新型防漏堵漏剂TFD与油气层保护技术.pdf

第 2 8 卷 第 1 期 2 O l 1 年1月 钻井液与完井液 DRI LLl NG FLUI D C0M PLET1 0N FLUI D V_o l _ 2 8 No ．1 J a n．2 0l 1 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 O l 一 0 0 2 0 0 4 新型防漏堵漏剂 T F D与油气层保护技术 王先兵 ， 陈大钧 ， 蒋宽 ， 杜怡 1 ． 川庆钻探钻采T程技术研究 院，四川广汉 ； 2 ． 西南石油大学化学化工学院 ，成都 ； 3 ． 西部钻探青海钻井公 司，青海敦煌 摘要 通过分析低渗透地层孔隙、裂缝特点和目前各油田常用随钻防漏堵漏材料优缺点，针对低渗透地层纳 米． 微米级细微裂缝的封堵，研制出了一种新型随钻防漏堵漏剂T F D。T F D是由多种天然优质果壳经一系列预处理 工艺、超微粉碎和包裹特 性高分子量聚合物等工艺并造粒 、干燥后制得 ，颗粒粒径在 0 ． 1 2 0 0“ m 范 围内可调 ； 具有强度高、延时膨胀性、可变形性、与水基和油基钻井液配伍性好等特点 ； 封堵强度高，能提高地层漏失压力 和承压能力，正 向突破压力大干 1 2 MP a ，反 向突破压 力大干 8 MP a ，可起到稳定 井壁 、降低地层坍塌压力的作用， 因此能够扩大安全密度窗口，较好地保护油气层。 关键词 防漏 ； 堵漏剂 ；井眼稳定 ；防止地层损害 ； 超微粉碎 ； 造粒 中图分类号 T E 2 8 2 文献标识码 A 目前对地层中 0 ． 1 mm 以上级裂缝与微裂缝的 封堵已解决，对微米级微裂缝的封堵还未解决，而 对纳米级细微孔隙 、裂缝 的封堵完全未解决。针 对新疆某油 田超低渗透纳米． 微米级微裂缝和细微 裂缝的封堵 ，研制 出了一 种能较好地解决纳米． 微 米级微裂缝 和细微裂缝 、孔 隙漏失 的新型堵漏剂 TF D【 1 ] ，该堵漏剂对稳定井壁、降低地层坍塌压力 、 提高地层破裂压力和扩大安全密度窗 口有很好的作 用效果，防漏堵漏的同时又能较好地保护油气层 f 5 】 。 1 新型防漏堵漏剂 1 ． 1 堵漏材 料优选 目前油 田常用的堵漏材料粒径为 0 ． 1 ～1 0 mm， 如云母 、 果壳类 、 砾石 、 棉籽壳 、 锯末 、 S QD 一 9 8系列、 S L D系列等， 它们均能很好地解决粒径大于 0 ． 1 mm 的裂缝与微裂缝 的封堵，却很难封堵粒径小于 0 ． 1 mm的微裂缝、 孔隙。 近年发展起来的新型堵漏材料， 如超级凝胶堵漏材料和国外膨胀性段塞随钻堵漏剂 L C P 一 2 0 0 0以及与之配套使用的 F L C ． 2 0 0 0堵漏剂 ， 均对微米 、纳米级微裂缝 、 孔隙有较好的封堵效果 ， 但是它们均属于聚合物或聚合物和常用堵漏材料的 混合物 ，其形成的泥饼承压能力差，不能明显提高 地层 的破裂压力 、降低坍塌压力和扩大安全密度窗 口，对油气层的保护作用不明显 。 为了提高泥饼的承压能力 ，选用多种天然优质 硬果壳作为新型堵漏剂的原材料 ，经过一系列特殊 工艺预处理后进行超微粉碎 [6 - 8 1 ，得到颗粒粒径为 0 ． 3 5 ～4 0 m的超细粉末 粒径在 0 ． 1 ～2 o 0 m 范 围内可调 ，然后包裹特种高分子量聚合物 、分散 剂和无机盐 ，并调节成适宜的 p H值进行造粒 ，干 燥后得到块状或大颗粒状 的成品堵漏材料，取代号 为 T F D， 对于常年有较大风力的井场也能方便使用。 1 ． 2 T F D 堵漏剂外观形态和粒度分析结果 经过超微粉碎工艺得到的超细粉末状半成品， 其外观形态如图 1 左所示 ，再经造粒得到的块状成 品 T F D堵漏剂 ，其外观形态如 图 l 右所示 。经造 粒后的块状大颗粒堵漏剂在钻井液中能迅速分散为 造粒前 的超细粉末状 ，保证 了超细粉末 对纳米一 微 米级微裂缝和细微裂缝封堵的优点 ，使用激光粒度 分析仪测试 T F D的超 细粉末状粒度分布 图，结果 第一作者简介 王先兵，助理工程师，1 9 8 4年生，毕业于西南石油大学应用化学专业。地址 四川省广汉市中山大道 南二段川庆钻探钻采工程技术研究院钻 井液 室 ； 邮政编码 6 1 8 3 0 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 l 期 王先兵等 新型防漏堵漏剂T F D与油气层保护技术 2 1 见 图 2 。 粒径／ la m 图 2 T F D堵漏剂粒度分析结果 褂 南图 2可知 ，T F D的颗粒粒径为 0 ． 3 5 ～4 0 g m， 其 中粒 径为 4 ～ 1 6 g m 的颗 粒 占很 大 比例 ，频率 分布均在 6 ％ 以上 ； 颗粒平均粒径为 8 ． 5 3 m，占 颗粒 总数 一半 的颗粒粒 径不大 于 7 ． 2 4 u m。并且 ， T F D 的 粒 径 范 围不 局 限 于 0 ． 3 5 ～ 4 0 g m，而 是 在 0 ． 1 ～2 0 0 m 范同 内可调 ，可根 据地层实 际孔 隙 、 裂缝尺寸大小选择颗粒粒径相匹配的 T F D。 2 T F D堵 漏剂性能评价 2 ． 1 在钻 井液中 的分散性 测试 了 T F D在 自来水 、聚合物溶液 和钻井液 中完全分散为超细粉末状所需的时问，结果 见表 1 。 表 1 T F D堵漏 剂的分散性 注 搅拌速度 为 1 5 0 ～ 1 8 0 r ／ mi n 。 T F D在 5 ％ 预 水 化 膨 润 土 浆 和 2 ％P AM 组 成 的基浆 中的分散过程见 图 3 。由表 1 和 图 3可 知 ， T F D堵漏剂具有很好的分散性 ，在聚合物钻井液中 图 3 T F D在基浆巾的分散过 程 2 ． 2 与地层孔隙 裂缝 的匹配性 根据岩石铸体薄片分析得知 ，新疆某油 田地层 的喉道宽度最大值 为 4 5 ． 5 g m，最小值 为 1 ． 1 g m ； 孑 L 隙直径最大值为 4 0 5 ． 3 3 m，最小值为 1 ． 2 3 g m。 岩石 以细砂岩为主 ，主要是压嵌． 孑 L 隙型和压嵌 型 胶结 ，孔 隙各种发育程度都有 ，其中地层裂缝 、孔 隙形态极不规则。因此，若要达到 良好 的封堵效果 ， 堵漏剂颗粒要具备不规则性 ，还需具有膨胀性和可 变形性。T F D超细粉末的显微镜照片见图 4 。从 图 4可知 ，T F D的超细粉末状颗粒也属于不规则形状 ， 能与地层裂缝孑 L 隙的不规则性相匹配 ，能达到 良好 的封堵效果 。 一 一 放大 1 0 0倍 放大 4 0 0倍 放 大 6 0 0 倍 图 4 T F D超细粉末 的显微镜照片 2 ． 3 膨 胀性及变 形性 实验采用 WZ 一 2型黏土膨胀仪测量 T F D在 3 ％ 孽 ． ◆ ． 囊 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1年1月 K C 1 质量 比 水溶液中的吸水膨胀曲线和膨胀率 ， 吸水前干粉厚度为 8 1T I1 T I ，吸水膨胀过程见图 5 。 萋 避 图 5 T F D在 3 ％KC 1 水溶液中的膨胀性 由图 5可知 ，在开始的 6 h内，T F D吸水很快 ， 体积迅速膨胀，在 9 0 h内一直吸水缓慢膨胀 ，最终 体积增加了 7 ． 3 5 r d R为黏土膨胀仪的容器半径 ， 膨胀率为 7 ． 3 5 ／ 81 0 0 ％ 9 2 ％，表明 T F D可以延缓 膨胀时间并具有较大的膨胀率 ， 同时具有可变形性 ， 能很好地稳定井壁、保护油气层 。 2 ． 4与钻井液的配伍性 不 同加量 T F D 对低固相不分散钻井液性能的 影响见表 2 。由表 2可知 ，随着 T F D加量的增大 ， 钻井液的 A P I 滤失量和高温高压滤失量明显降低 ； 当 T F D为最佳加量 3 ％～5 ％时 ，滤失量降低到 很小且增黏较小 ，并提高了动塑 比，能更好地携带 钻屑 ，对钻井液密度 的影响小 ，抗温大于 2 0 0。 C。 表 2中的基浆配方如下。 1 5 ％预水化膨润土 0 ． 3 ％F A3 6 7 0 ． 4 ％XY - 2 7 0 ． 3 ％两性离子聚合物降滤失剂 J T 4 1 表 2 T F D在 1 配方钻井液中的性能评价 2 ． 5 封堵能力 在 一定 压 差下 ，在 1 配方 中加入 不 同量 的 T F D，在裂缝性岩心表面形成封堵层后 ，再继续加 压，观察钻井液再次发生漏失 封堵层被压裂 的 压力 ，用该突破压力值作 为封堵强度的评价指标。 将形成的封堵层取出，沿轴 向剖开 ，用钢尺测量封 堵层厚度，即为封堵深度，实验结果见表 3 。由表 3可知，T F D在较小的压差下即可形成封堵层 ，而 且形成的时间不超过 1 5 mi n； 当 T F D加量为 4 ％左 右时，在 3 ． 5 MP a 、1 0 mi n内就可以形成有效封堵 ， 封堵强度正向突破压力达 1 2 MP a以上 ，反向突破 压力达 8 MP a以上 ，封堵深度小于 5 mm，形成薄 而韧的泥饼 ，完全能够被射孔弹射穿。 表 3 T F D的封堵能力实验 T F D ／ 封堵压差 ／ N 堵／P 向 ／ JP 向 ／L堵 人 ／ ％ MPa mi n M Pa M Pa mm 3 T F D保 护油气层 技术 T F D防漏堵漏剂可形成薄而韧的泥饼 ，或渗透 入 近井壁带形成致密的封堵层，约 0 ． 1 c m厚的外 泥饼紧密黏附在井壁 ，约 0 ． 1 ～0 ． 2 c m厚 的内泥饼 通过膨胀和可变形性使松软的井壁牢固起来 ，外泥 饼不易被冲洗掉 ，内泥饼和井壁紧密结合在一起完 全不会脱落或被反冲洗出来，一旦封堵便不会发生 重复漏失。 由于 T F D的膨胀作用使形成 的泥饼会 随着时间的延长 ，渗透率逐渐降低 ，封堵效果越来 越好 ，提高地层的正向承压能力达到 1 2 MP a以上 ， 地层的反向承压能力达 8 MP a以上 ，降低地层的坍 塌压力 ，封堵地层原生漏失通道 ，减少次生诱导漏 失通道 ，使原本较窄的安全密度窗口变宽，可以更 好地完成钻井作业和保护油气层。 同时 T F D能降低钻井液的滤失量 ，利用其膨 胀性和特种高分子量聚合物的黏滞作用 ，能稳固泥 岩等松软地层或胶结不好的砂岩，可防止固井时水 泥浆侵入地层 ，减少水泥浆 的失水量 ，达到较好的 4 5 0 5 O 5 5 5 O 0 5 5 0 0 5 2 3 4 6 8 8 8 5 2 O 6 5 2 2 3 如 9 7 7 5 5 5 0 O 5 5 0 0 2 2 3 3 3 3 4 4 0 O 5 0 5 O 5 0 ● 2 2 3 3 4 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 1 期 王先兵等新型防漏堵漏剂T F D与油气层保护技术 2 3 保护油气层作用。 4 结 束 语 I ． 针 对超 低 渗 透纳米一 微米 级 微 裂缝 和细 微 裂缝地层 的封堵 ，研制 f 了一 种新型 防漏堵漏 剂 T F D，其颗粒粒径在 0 ． 1 ～2 0 0 g m范围内可调。 2 ． T F D颗粒具有不规则性 ，能与地层孑 L 隙 、裂 缝的不规则性很好地配伍 。 其与钻井液的配伍性好 ， 且任钻井液中能迅速分散为超微粉末状。 3 ． T F D具有较高强度 、 延时膨胀性和可变形性 ， 能有效封堵低渗透地层 ，f _1 一 封堵强度高 ，正向承乐 能力达 1 2 MP a以 L，反 承压能力达 8 MP a以上 ， 封堵过程体现 特殊 的 “ 软木塞”原理和 “ 阻滞 ” 作用。其最件加量为 3 ％～5 ％。 4 ． T F D通过提高地层承压能力和漏失压力 ，降 低地层坍塌压力，可有效扩大安全密度窗 口，达到 较好 的保护油气层作用。 5 ． 由于 T F D形成 的泥饼薄 而韧，在 同井作业 时不必除去井壁上的泥饼 ， 为崮升作业带来了便利 。 6 ． T F D的原材料来源广 ，无毒无害无污染 ，现 场使用方便 ，产品便宜 ，价格约为国外膨胀性段塞 随钻堵漏剂 L C P ． 2 0 0 0价格的 1 ／ 6 ～ 1 ／ 8 倍 。 参 考 文 献 [ 1 ] 胡 _二清 ，何保生 ． 保护油层堵漏钻井液 的研究 ． 石油 钻探技术 ，2 0 0 0 ，2 8 1 3 3 3 5 ． [ 2 ] 宋军 ，严君 风 ． 高膨胀材料堵漏技术及工艺 [ J ] ． 西部探 矿 T程 ，2 0 0 0 ，1 2 1 8 9 9 0 ． [ 3 ] 张歧安 ，徐先 国，董维 ，等 ． 延迟膨胀颗粒堵漏剂的研 究 与应用 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ，2 2 2 2 1 - 2 4 ． [ 4 ] 孙金声 ，张家栋 ，黄达全 ，等 ． 超低渗透钻井液防漏堵 漏技术研究与应用 【 J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 4 21 23 ． [ 5 ] 工正良，周玲革 ，胡 清 ． J P D吸水膨胀型聚合物堵漏 剂的研究 l J 1 ． 石油钻探技术 ，2 0 0 4 ，3 2 1 3 2 3 4 ． 【 6 16 郑水林 ． 中同超细 粉碎和精细分级技术 现状与发展 【 J 】 ． 现代化 工 ，2 0 0 1 ，2 1 1 1 1 0 1 5 ． [ 7 ] 杨华明，王淀佐 ，邱冠周 ． 超细粉碎技术的进展 f J ] ． 金 属矿 山 ，1 9 9 8 ，1 1 9 2 0 2 6 ． [ 8 ] 张更超 ，应 富强 ． 超细粉碎技术 现状 及发展趋 势 [ J ] ． 中 国非金属矿丁业 导刊 ，2 0 0 3 ，9 2 4 4 4 8 ． 收稿 日期2 0 1 0 1 1 - 2 5 ；HG F I 1 0 1 N9 ；编辑 王小娜 术拳术术球拳术枣术率术聿术术举奉拳术牢术率术术求术求术术术术术术术术米术蚪 术米米率术术术率术举米术术术术3} l莹 术拳 {l 暑 上接第1 9 页 参 考 文 献 4 1 V a n O o r t ，e t a 1 ． P h y s i c o C h e mi c a l S t a b i l i z a t i o n o f S h a l e s [ R] ． S P E 3 7 2 6 3， 1 9 9 7 【 1 】 G a r r i s o n S ． T h e E n v i r o n me n t a l C h e ms i t r y o f Al u mi n u m． f 5 ] s t a t e n H A v a n ,de Br un P L．Pr e ci pi t a t i on f r o m Su pe r _ [ M] ． C RC P r e s s ， Ne w Yo r k 1 9 9 6 ． s a t u r a t e d Al u mi n a t e S o l u t i 0 n s ， I I ．Ro l e o f Te mp e r a tur e 『 J 1 ． [ 2 ] Bo l GM ， Wo n g SW，Da v i d s o nC J ， e t a 1 ． B o r e h o l e S t a C o l l o i dI n t e r f a c e S c i e n c e ．1 9 8 4，1 0 2 1 2 6 0 2 7 7 ． b i l i t y i “S h a 1 e s [ J ] - S P E D r i l l i n g a n d C o mp l e t i o n - 1 9 9 4 ，9 【 6 ] vi o 1 a n t e A ，Vi o1 a nt e P．I nf lue n ce 0 fpH ，Co nc e nt r a t i on, 2 J8 7 9 4 a n d Ch e 1 a t i n g P o we r o f Or g a n j c An i o n s o n t h e S y n t h e s i s [ 3 1 Mo d y F K， Ha l e A H B o r e h o l e S t a b i l i t y Mo d e l t o 0 f A1 u mi n u m Hy d r o x i d e s a n d O x y h y d r o x i d e s [ J 】 ．Cl a ys Co upl e M e c ha n i c s a nd Ch e mi s t r y of Dr i l l i ng Fl ui d ／ Sh a l e a nd Cl a y M i ne r a l s ，1 9 8 0 ，2 8 6 ， 4 2 5 4 3 4 ． I n t e r a c t i o n s ． 【 J ] J o u r n a l P e t r o l e u m T e c h n o l o g y ． 1 9 9 3 ，4 5 1 1 1 0 9 3 1 1 0 1 ． 收稿 日期2 0 1 0 0 6 0 9 ；H GF 1 1 0 1 N6 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m