聚合物凝胶堵漏研究进展

聚合物凝胶堵剂在解决钻井过程中出现的漏失现象时,具有高黏弹性、可变形性的优势,综述了常规聚合物凝胶堵剂和“智能”聚合物凝胶堵剂的最新进展。其中,常规聚合物凝胶堵漏材料成胶时间不可控,无法实现高效精准堵漏,而“智能”聚合物凝胶材料能够以多种机理实现高效、精准堵漏,日益成为当下堵漏材料研究的热点。今后,具有刺激响应功能的聚合物凝胶的研究将成为堵漏材料领域的重要方向之一。      

堵漏型聚合物凝胶材料研究与评价

聚合物凝胶在油气井钻井过程中具有独特的排水堵漏作用。选择聚丙烯酰胺作为成胶剂，采用三价铬和酚醛作为交联剂，利用常规方法研究了聚合物凝胶的组成和性能，实验研究了聚丙烯酰胺分子量及浓度、交联剂类型和浓度对聚合物凝胶性能的影响，得出聚丙烯酰胺交联凝胶成胶最佳配比关系为：聚丙烯酰胺浓度为0．8％、铬交联剂加量为120mg／L、交联温度为60℃。在此基础上对影响凝胶成胶性能的主要因素进行了探索实验，结果表明：水质对聚合物凝胶影响较小；pH值对凝胶的影响显著，在pH值为8时形成的凝胶粘度、稳定性较好，随着pH值升高，交联速度变快，成胶时问缩短；当盐浓度过高时，体系成胶性能变差，尤其是钙离子浓度高时，易形成果冻型块状沉淀。实验表明，聚合物凝胶时间的延长粘度损失小，具有稳定性好，流动性好等特点。通过高温高压失水仪砂床堵漏实验进一步证明，聚合物凝胶与其它堵漏材料配合，能够起到封堵漏层的良好作用。     

纳米复合凝胶在循环漏失处理中的应用

钻井过程中由于泥浆漏失导致的费用在钻井费用中占很大的比列,目前借助于交联聚合物来堵漏的方法效果显著,能够在井下的温度和压力下封堵大的裂缝.本文主要描述了用于控制严重井漏的纳米复合有机/无机凝胶的实验研究,这种新型堵漏材料由四种组分组成:水溶性黏性聚合物基、交联剂、可膨胀交联聚合物颗粒以及胶体物质.所形成的纳米复合有机/无机凝胶具有良好的黏着性和伸缩性,承压能力强;实验考察了交联聚合物颗粒浓度、矿化度以及压力对交联动力学的影响;评价了对地层的伤害;设计了特殊的实验设备来模拟现场堵漏,评价凝胶的封堵性能.交联时间、凝胶形成前的黏度、形成凝胶的强度以及这些参数与压力、温度相关性的表征借助于一种可控的切力流变仪Haake RS 150.     

超深水裂缝储层钻井堵漏高效降解凝胶体系

针对南海永乐超深水区块花岗岩储层裂缝发育、钻井液漏失严重、裂缝性储层的堵漏与储层保护无法兼顾的难题,构建了高效降解凝胶堵漏体系。以甲基硼酸、甲基膦酸、氢氧化钠为原料制得动态共价硼酸酯键交联剂,其与聚乙烯醇、黄原胶等在可控时间内以动态共价键的交联方式发生物理化学交联反应,形成具有较高强度的凝胶堵漏体系。研究了该凝胶堵漏体系的成胶时间、堵漏性、流变性、抗污染性、降解性、储层保护性,并现场应用于裂缝性地层的堵漏。结果表明,动态共价硼酸酯键交联剂在低pH环境中易在过氧化物破胶剂的作用下发生键断裂,具有较好的降解性能。高效降解凝胶堵漏体系的成胶时间可调、封堵能力强。对于裂缝宽度为3.5mm的模拟岩心,在110℃下的承压可达5.8 MPa。凝胶固化前具有较好的流动性和触变性。该凝胶堵漏体系破胶时间短,在pH=4、6%过硫酸钾溶液中,6.1 h时即可完全破胶,破胶后残液黏度低,有助于裂缝性储层钻井防漏堵漏过程中的储层保护,实现超深水裂缝性油气储层钻进过程中的防漏堵漏与储层保护兼顾的目标。     

智能凝胶塞在晋中3井的应用

晋中3井钻至井深2736米时出现2.09米的放空,钻井液失返。采用锯末、复合堵漏剂、大裂隙用堵漏剂等堵漏材料,先后组织20余次不同类型的堵漏作业。经过连续两个月的不间断堵漏,累计漏失量2067方,都未堵漏成功,无法进行正常的钻进。根据晋中3井地层井漏情况,在分析常规堵漏技术缺点的基础上,提出一种新的智能凝胶堵漏技术。对其流变性,成胶时间和成胶强度进行了评价。智能凝胶流变性良好,能够进入各种缝隙和孔洞;具有成胶强度高、成胶时间可控、滞留性好等特点,因此能在漏点附近形成一道防渗墙。智能凝胶堵漏技术在晋中3井进行了现场应用,并堵漏成功。智能凝胶堵漏技术配置工艺简单,有望解决晋中地区堵漏问题,具有广阔的应用前景。     

聚合物凝胶堵漏技术研究进展

介绍了近年来国内外聚合物堵漏材料的研究应用及发展状况，聚合物凝胶堵漏的施工工艺以及聚合物凝胶为主的堵漏材料的各种实验评价手段。经分析对比发现：采用不同装置评价得到的聚合物凝胶堵漏性能差异很大，聚合物堵漏材料堵漏技术的施工工艺严重影响聚合物凝胶堵漏的成败，施工前要分析井漏发生的原因，确定漏层位置、类型及漏失严重程度，建立科学的施工设计，精心施工，堵漏浆液的配制必须按要求保质保量，确保聚合物堵漏剂能够进入漏层，发挥功效。虽然聚合物凝胶堵漏技术处理井漏已获得一些成功，但仍然没有根本解决裂缝性、溶洞性地层严重井漏问题，其堵漏机理的研究还处于初步阶段，还没有形成统一的标准，聚合物堵漏技术的机理研究还需进行大量的工作。     

新型多功能复合凝胶堵漏性能评价

文章系统地介绍了一种能有效对付在钻井中常见的井漏问题的新型多功能复合凝胶堵漏材料。纯粹的聚合物凝胶力学强度相对较低，而新型多功能复合凝胶的力学强度相对较高，能有效的解决井下地层漏失。在纯粹的聚合物凝胶中添加刚性无机材料制备成的复合凝胶堵漏材料有着独特的堵漏机理：复合凝胶聚合物分子链段上的功能性基团能与刚性无机材料有着特殊的相互作用--在凝胶体系内的刚性无机材料起到了增强凝胶刚度与强度的作用；井下岩石与凝胶产生较大的静切力，这两方面的共同作用从而能有效的保证复合凝胶堵漏成功。在凝胶中加入桥接堵漏材料和刚性无机材料后，更能有效地解决超大裂缝的漏失问题。     

提高普光气田开发井钻井速度的技术研究

普光气田气井在钻井过程中存在钻速低、易井漏、易井斜等技术难题,为此,中原油田开展了提高开发井钻井速度的技术攻关,逐步形成了上部陆相地层气体钻井技术、深部海相地层"螺杆+PDC钻头"复合钻井技术和减少井下复杂情况的凝胶聚合物承压堵漏技术等配套钻井技术.在该气田25口开发井的现场应用表明,气体钻井技术大幅度提高了上部陆相地层的机械钻速,是常规钻井技术机械钻速的3～8倍;复合钻井技术大幅度提高了深部海相地层的机械钻速,是常规钻井技术机械钻速的2～3倍;凝胶聚合物承压堵漏技术为普光气田的安全钻井和完井提供了保障.详细介绍了气体钻井技术、复合钻井技术和承压堵漏技术等在普光气田开发井钻井中的应用效果.     

高温延迟交联聚合物堵漏剂的制备与性能

针对目前凝胶堵漏材料注入性差、高温成胶时间短等问题,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体, 偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂,聚乙烯亚胺和N,N^''-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以自由基聚合与聚合物交联 相结合的方法,研发了一种具有成胶强度高、高温成胶时间可控等优点的高温延迟交联聚合物堵漏剂PM-1,并 通过正交实验和单因素实验得到了PM-1 的最优制备条件,评价了PM-1 的注入性、成胶性和堵漏性,并分析了 PM-1 的高温延迟交联机理。结果表明,堵漏剂PM-1 的最佳制备条件为：单体质量分数为10%（AM、AMPS物质 的量比为4∶1）,聚乙烯亚胺加量为0.4%,N,N^''-亚甲基双丙烯酰胺加量为0.2%,偶氮二异丁脒盐酸盐加量为 0.1%,自制聚合物BRZ加量为1.2%;该堵漏剂具有良好的注入性能;堵漏剂在130 ℃下老化96 h 后仍可封堵粒 度1.7～4 mm的砂层,与惰性材料所形成的复合凝胶对5 mm的裂缝漏层承压能力达6 MPa;添加0.4%聚乙烯亚 胺能够使堵漏剂的交联时间延长3～5 h,可保证地下交联凝胶堵漏施工的顺利进行。     

凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地表层的应用

吐哈盆地鲁克沁油田火焰山腹地表层钻井过程中,恶性井漏频繁发生,堵漏时间占表层钻井周期的60%以上,严重影响了鲁克沁油田的开发上产效果。针对火焰山腹地表层恶性漏失技术难题,在多次常规堵漏、注水泥堵漏、综合堵漏、膨胀堵漏、雷特堵漏和凝胶堵漏等多种堵漏方式效果不佳的情况下,研发了凝胶复合防漏堵漏技术。该技术的主剂是一种水溶性高分子聚合物堵漏凝胶,其分子链呈空间网状凝胶结构,利用结构性流体较强的剪切稀释性,通过引入不同粒径的刚性堵漏材料和可变形颗粒实现紧密堆积和压实,提高地层承压能力,形成具有防漏和堵漏双重功能的堵漏体系。凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17、玉北8-16等5口井表层进行了现场试验。应用结果表明,比同区块平均漏失量降低74.3%,堵漏损失时间节约93.5%,表层钻井周期节约57.8%。该技术对失返性漏失、溶洞型漏失以及返出量较小的裂缝性漏失具有良好的堵漏效果。      

油基钻井液凝胶堵漏技术实验探讨

钻井工程中使用油基钻井液一旦发生严重漏失,现场处理更困难,且目前尚未形成油基钻井液的高效堵漏技术,因此提出并探讨了油基钻井液用凝胶堵漏方法。研选结果表明,胶凝剂NJZ能够在柴油中具有良好的溶解性,且成胶性能较好,胶凝剂NJZ与交联剂JLJ成胶效果最好,而其与交联剂AlCl₃·6H₂O、AlCl₃·6H₂O和NaOH复配的成胶效果较差,无法满足要求,胶凝剂NJZ浓度为10.0%、交联剂JLJ浓度为4.0%时,使用乳化剂EHJ的交联效果最好,凝胶强度最高。用正交实验法优化了凝胶堵漏体系配方,分析了温度、pH值、剪切作用等对成胶性能的影响。通过填砂管室内实验评价表明,采用双液注入方法,结合多次挤注工艺,相对水基凝胶堵漏体系,新研制的油基凝胶具有更强的堵漏作用效果,且具有良好的抗温性,在120℃下仍具有较高的凝胶强度,承压能力梯度达到1.05 MPa/m。      

可控胶凝堵漏剂的研究与应用

针对重庆涪陵焦石坝区块页岩气开发过程中,从钻表层至完钻频繁发生溶洞、裂缝性恶性漏失,且堵漏成功率低的难题。中原固井公司通过对堵漏胶凝材料、触变剂、纤维增韧剂、膨胀剂、微胶囊及表面调节剂等材料的研究,研制出一种可控胶凝堵漏剂,并在室内对其堵漏性能、机理进行了评价、分析。可控胶凝剂对渗透性、大孔道、裂缝性和溶洞性漏失地层具有很好的堵漏效果。该堵剂适应温度为30～80℃,凝结时间可调,固化体强度常压4 h可达到5.0 MPa,8 h强度达到10 MPa以上,承压强度大于14 MPa,并具有抗水侵能力和强触留能力。现场应用的45口井,堵漏成功率达到了80%以上。可控胶凝堵漏剂为溶洞、裂缝性漏失堵漏的探索作出了积极的贡献。      

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明:柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。      

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明：柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。     

超分子化学堵漏技术研究与应用

采用目前国际上近年发展起来的超分子化学理论,研发了一种超分子堵漏新材料,其能够适应不同深度地层,在不同温度下形成不同强度和弹性的凝胶,具有广泛适应性。经过实验研究,分别研发出针对不同漏失情况的堵漏技术,解决了以前堵漏剂在漏层中停不住、易被水混合冲稀、难以滞留堆集在漏层入口附近、难以堵死漏失通道等技术难题。使用该超分子堵漏剂配制的堵漏浆在可控时间内在漏失层形成具有一定强度的凝胶颗粒（粒径为100～2 000 μm）,凝胶颗粒有弹性、易变形,可以进入地层孔隙或裂缝,封堵孔隙尺寸为0.15～1.5 mm的孔隙,承压达到7.5 MPa以上。采用该超分子堵漏材料,在准东区块克205井等3口井进行了应用。现场应用表明,该超分子堵漏材料结合常规堵漏材料,能够很好地解决钻进过程中存在的各类漏失,堵漏成功率高,对不同的漏失情况能够起到较好的堵漏效果,在后期作业过程中没有发生重复漏失的现象,有利于降低综合钻井成本。      

温敏型凝胶堵漏剂的室内研究

针对凝胶堵漏成胶可控性差、高温下结构强度弱的问题,以为基础,制备了一种温敏型凝胶堵漏剂BZ-WNJ,并对其成胶性能进行了综合评价。室内研究表明,BZ-WNJ在80～180℃之间均可形成固态凝胶,具有广谱温敏效应,凝胶强度较可得然胶提高137%,同时BZ-WNJ解决了大颗粒固相对高温成胶的影响,可与其他颗粒状、纤维状堵漏剂复合使用,封闭漏层裂缝同时提升漏失通道内黏滞阻力,提升地层承压能力。      

遇水快速膨胀胶凝堵漏技术在长宁页岩气区块的应用

长宁页岩气区块地表为喀斯特地貌,地下溶洞暗河发育,在表层钻进过程中地层出水严重且常发生失返性漏失。针对表层出水漏失难题,先后采用桥浆、高失水堵漏材料、水泥浆、智能凝胶等系列堵漏材料,但堵漏效果差且容易出现复漏。为此室内研发出一种遇水快速膨胀胶凝的堵漏材料,堵漏机理为“膨胀+交联+充填”,堵漏材料遇到地层水后可以与其混合发生交联反应,同时发生膨胀反应,释放CO₂气体促使堵漏材料快速膨胀数倍体积,形成不透水的无毒弹性胶状体;借助CO₂气体压力可将未固化的弹性胶状体进一步压入并充填漏层的孔隙,起到膨胀与弹性堵水的效果。通过配方优化形成遇水快速膨胀胶凝堵漏浆,性能评价表明,堵漏浆胶凝时间在15～70 min范围内可控,膨胀率为250%～350%,可以锁住3倍体积的蒸馏水和5倍体积水基钻井液;在CDL-Ⅱ型高温高压堵漏试验仪中对4～3 mm、5～4 mm模拟漏失通道承压分别达到3.8、1.7 MPa,复合桥浆堵漏后承压能力提高至6.25、5.2 MPa。现场应用一次性封堵出水漏层,提高承压能力5.8 MPa,解决表层出水漏失难题并保障了安全钻进。