具核结构的油基钻井液封堵剂的研制.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 铭井 液与 完井 液 2 0 1 5年 9月 胶粒乳液。用喷雾干燥设备 ， 将胶粒乳液干燥成粉末 ， 即是封堵剂。 表 1 封堵剂合成配料表 组分 原料 ’ g鬻 孽 C组分 缓冲剂0 ． 9g小苏打溶解于 5 ． 0 g去离子水中 反 F组 分 引发剂 0 ． 9 g过硫酸钾溶解 于 1 0 g 水 G组分 引发 剂 1 ． 5 g过硫酸钾溶解于 8 0g水 I 组分 硬质内核 1 O 0 g活性石英粉 粒径为 0 ． 0 3 8 5 mm 1 ．2 ．2 油基钻井液基浆的配制 具体配制方法为 ①配制质量分数为 2 5 ％ 的氯 化钙 溶 液 ；② 向 5 白油 中加入 乳化 剂 V e r s a c o a t 和 V e r s a mu l ，搅拌使其完全溶解 ，再加人氯化钙溶液 ， 在 3 0 0 0 r ／ mi n下搅拌 2 0min ，配制成 白油乳状液 ； ③ 加入有机土，在 3 0 0 0 r ／ m i n 下高速搅拌 1 0 ra i n； ④ 加入提切剂 V e r s a mo d ，在 3 0 0 0 r ／ mi n下高速搅拌 3 0 rai n； ⑤加入 C a O，在 3 0 0 0 r ／ mi n下高速搅拌 3 0 min ， 得到油基钻井液基浆 。白油基钻井液基浆配方如下。 基 液 油水 比 8 0 2 0 3 ％ 主乳 化 剂 V e r s a mu l 1 ％ 辅 乳 化 剂 V e r s a c o a t 2 ％ 有 机 土 vG一 6 9 3 ％C a O 0 ． 5 ％提切剂 V e r s a mo d 1 ． 2 ． 3突破压 力测 定 连接好仪器，选择恒流的模式，用恒流泵驱动基 浆或加入封堵剂的基浆，流经中低渗岩心，随时加围 压 ，保 持围压 比泵压大 0 ．5 ～ l MP a ，保证钻井液不 会从岩心周围窜 出。实验开始以 2 mL ／ min的驱替速 度进行加压，当泵压大于 1 MP a 后 ，驱替速度改为 1 mL ／ mi n 。观察 岩心末端是 否有钻井液流 出，记录钻 井液流 出时的泵压 ，钻井液持续流出时的泵压 即为突 破 压 力 2 结果 与讨论 2 ． 1 封堵剂及 其基本 性能 通过乳液聚合的方法 ，使用柔性单体丙烯酸酯类 单体与刚性单体苯乙烯共聚， 生成了一种丙烯酸树脂。 乳 液制备过程 中，加入 了粒径为 0 ．0 3 8 5 mm 的活性 石英粉 。活性石英粉可以进入油相 单体相 ，而非 水相 。这样 ，就制备了一种 以活性石英粉为核 、丙烯 酸树脂材料为壳的高分子封堵剂 。 由于合成所需单体 中的硬单体苯乙烯对产物的贡 献为增加产物强度 ，软单体丙烯酸十八酯和丙烯酸丁 酯对产物的贡献为增加产物的弹性和黏性 ，这样软硬 单体结合 ，生成的树脂类材料即具有一定强度 ，也具 有一定的弹性和黏性。树脂材料有一定的弹性 ，而石 英材料是刚性 的。这样在封堵裂缝过程中 ， 刚柔结合 ， 具有更大的优势 。取 2 0 g封堵剂 ，使用页岩膨胀仪 自带的压制设备在 2 MP a 下压制 1 0 min ，将其压制 为 圆柱状 ，置 于 白油 中 7 d ，测得 吸油前 的密度 为 1 ． 1 3 g ／ c m ， 吸油后密度为 1 ．0 2 g ／ c m ， 吸油倍数为 1 ．3 6 。 材料密度小 ，更有利于悬浮在钻井液 中。 本文 中合成的材料吸油倍数小 ，可以保持 良好的 力学性能。利用乳液聚合方法 ，使用预乳液与引发剂 同时滴加的方法 ，避免 了反应过程中爆聚，同时引入 反应型乳化剂 ，聚合过程中乳液十分稳定 ，可以制备 出粒径小 ，力学性能优异的乳胶颗粒 [8 4 o ] 。 2 ． 2封堵剂对钻井液基浆性能的影响 实验分别测定了老化前后不 同加量的封堵剂对钻 井液性能 的影 响 ，同时与 沥青 材料 V e r s a t r o l 进行 了 对 比，实验结果见表 2 。据表 2可知 ，研制的封堵剂 对油基钻井液基浆 的表观黏度和塑性黏度影响很小 ， 可以大幅度降低油基钻井液的滤失量 ，且可以大幅度 提高油基钻井液的破乳 电压 。结合文献分析 ，其原因 可能是 P i c k e ti n g机理 _】 ] ，即固体 粒子加入到乳状 液中后 ，会被结合到油水界面而防止液滴聚并 ，从而 使乳状液更加稳定 ，使破乳 电压大幅度提升 。 对于大幅度降低滤失量的原因，除了物理封堵之 外，其他原因可能是研制的封堵剂加入钻井液中之后 乳化液滴乳化膜强度增大 ，导致乳化液滴不容易受压 变形而通过滤纸 ； 丙烯酸树脂材料具备一定的黏性 ， 与有机土之间有一定的黏滞力 ，对有机土颗粒起胶结 作用 ，导致基浆不易通过较小 的滤纸孔隙。相 比研发 的封堵剂 ，沥青类加入到基浆之后造成基浆表观黏度 和塑性黏度的增大 ，在一定程度上影响机械钻速 。同 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 5期 匡绪兵 具核结构的油基钻 井液封堵剂的研 制 l 7 时在高温条件下 ，沥青类易失效 。 表 2 在基 浆中加 入不同加量封堵剂对油基钻 井液性能的影响 封堵剂 A V ／ ． 一 PV ／ Y P／ F m L L ／ F L 札 HTH E v S ／ 注 钻井液密度为 0 ． 9 6 g ／ c m ； V e r s a t r o l 为沥青类。 2 ． 3岩心封堵实验 用正向封堵率和反 向封堵率来评价封堵剂对地层 的封堵能力 ，实验结果见表 3 。 表 3 封堵剂对地层岩心 的封 堵率实验结果 1 8 0℃、1 6 h 封堵 实验 ／ ／ ’／ 正向封反向封 材料 条件1 0 I． t m 1 0 i x m2 1 0 D m2堵率 ／ ％ 堵率 ／ ％ 注 实验条件 渗透率为 1 0 0 1 0 。g m 的人造岩心用 饱和水处理 ，用煤油驱替水，保持围压比气瓶提供的压力大 0 ．5 ～1 MP a ，保证钻井液不会从岩心周 围窜 出，测试温度为 6 0℃，污染压力 为 3 ． 5 MP a ，时间为 2h 。 由表 3 可知，油基钻井液基浆的正反向封堵率 都很低 ，基本不具有封堵能力 ； 老化前沥青类封堵剂 的正 、反 向封堵率在 5 0 ％左右 ，研发的封堵剂的正 、 反向封堵率都在 7 5 ％之上 ，较沥青类封堵剂封堵能 力有很大提高 ； 而老化后研发的封堵剂的正反 向封堵 率虽然有所降低，但降低程度很小，而沥青类封堵剂 老化后 的封堵率降低程度较大。 合成的柔性材料在压差作用下，不仅可以进入较 大的孔隙或裂缝 ，由于该封堵材料 的核结构较小 粒 径为 O ．0 3 8 5 mm ，还可以被挤入较小的孔隙或裂缝 中，从而实现较宽范围的封堵。不仅如此 ，弹性的树 脂材料 由于可以变形 ， 还可以在压差作用下塞满塞紧 ， 对孔隙或裂缝实现更加严密和结实的封堵 。然而虽然 沥青类也可以变形 ， 但是沥青类抗溶剂 白油 性差 、 松软无韧性 ，在压差作用下容易失去作用 ，造成封堵 率不高。 2 ． 4 突破压力的测定与抗温性分析 实验用突破压力评价封堵材料对岩心封堵强度的 大小 ，实验结果见表 4 。 表 4 封堵材料对岩心封堵强度 的的影 响 注 实验使用渗透率为 1 0 0 1 0 ～～1 2 01 0 】 的人造 岩心，规格为 2 ． 5 c m1 0 c m。 由表 4可见 ，稍加压力 0 ． 1 MP a 就可以使基 浆通过岩心 ，说明基浆基本不具有封堵性能 ； 对于研 制 的封堵剂 ，老化前后突破压力均大于 1 0 MP a ，说 明该封堵剂可 以封堵裂缝和孔 隙，承受较大的压力 ； 对于对 比组 的沥青类封堵剂 V e r s a t r o l ，老化前突破压 力为 6 ．4 MP a ，老化后突破压力降至 3 ． 1 MP a ，封堵 效果较差 。分析其原因 ，认为研发的封堵剂的树脂颗 粒进入孔隙或裂缝后 ，一定程度吸油膨胀而又不失韧 性 ，能够塞满孔隙，在压差作用下虽然会变形 ，但是 由于具有刚性的核结构和高分子树脂材料本身的韧 性 ，在较大液压条件下亦不会被冲破 。 通过上述 3 种实验 ，表 明研发的封堵剂有很好 的 抗温性。该高分子树脂材料是通过烯键断裂 、C C 结合形成的，c c主链具有特殊的光、热、化学稳 定性，不易降解，也不易失去强度 ； 而沥青类封堵剂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 钴井 液与 完井 液 2 0 1 5年 9月 在达到软点后容易失去强度，不具有较高的抗温性能。 3 结论 1 ． 采用乳液聚合法，使用柔性单体丙烯酸酯、刚 性单体苯乙烯与丙烯酸单体共聚 ，制备了以活性石英 粉为核 、以丙烯酸树脂为壳的封堵剂 。 聚合过程中， 预乳液与引发剂 同时滴加 ，控制了反应速度 ，防止 了 爆聚的发生。 2 ． 实验证明 ，该封堵剂对油基钻井液 的性能影响 不大，有利于降低钻井液滤失量，且有利于提高钻井 液的稳定性 ，具有 良好 的抗温性 。 3 ． 岩心封堵实验和突破压力实验结果表明，合成 的封堵剂对岩心的正反向封堵率都可以达到 7 5 ％以 上 ，突破压力可达 1 0 MP a以上 ，且具有较高的封堵 率和封堵质量。 参 考 文 献 f 1 ] 张健强，工爽，黄燕飞，等 ． xP型封堵封窜剂的研究与 应用 『 J 1 ． 新疆石油科技 ， 2 0 0 9 ，1 9 3 3 6 3 8 ． Zh a n g J i a n q i a n g，W a n g S h u a n g，Hu a n g Ya nf e i ，e t a 1 ． T h e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f X P t y p e b l o c k i n g a g e n t [ J ] ． Xi n j i a n g Pe t r o l e u m S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y． 2 0 0 9 ， 1 9 3 3 6 38 ． f 2 】 李建成，钱志伟 ，杜兴国，等 ． 辽河油田油页岩地层全 油 基钻 井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 5 ，3 2 4 1 4 ． L i J i a n c h e n g ， Qi a n Z h i we i ， Du Xi n g g u o ， e t a 1 ． Wh o l e o i l b a s e d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y f o r o i l s h a l e d r i l l i n g i n L i a o h e o i l fi e l d [ J ] ． D r i l l i n g F l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 1 5 ， 3 2 4 9一 l 2． f 3 1 张凡，许明标 ． 一种油基膨胀封堵剂的合成及其性能评 价 [ J ] ． 长江大学学报 自然科学版 理工卷，2 0 1 0 ， 3 5 07 50 9． Z h a n g F a n， Xu Mi n g b i a o ． S y n t h e s i s a n d p e r f o r man c e e v a l u a t i o n o f a s w e l l i n g b l o c k i n g a g e n t for o i l b a s e d mu d[ J 1 ． J o u r n a l o fY a n g t z e U n i v e r s i ty N a t S c i E d i t ， 2 0 1 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wo r k wi t h r e s p e c t t o P i c k e r i n g e mu l s i o n [ J ] ． C h i n a S u r f a c t a n t De t e r g e n t ＆ C o s me t i c s ．2 0 1 4 ．4 4 8 4 6 0 4 6 6 ． [ 1 3 ]张芳芳，全丽娜 ． 利用有机化凹凸棒石颗粒制备 W／ O 型 P i c k e r i n g乳 液 [ J ] ． 日用 化 学工 业，2 0 1 4 ，4 4 1 0 5 4 1 ． 5 4 5 ． Z h a n g F a n g f a n g ，Qu a n L i n a ． W／ O P i c k e r i n g e mu l s i o n s p r e p a r e d wi t h o r g a n - a t t a p u l g i t e p a r t i c l e s [ J ] ． C h i n a S u rf a c t a n t De t e r g e n t ＆ Co s me t i c s ．2 0 1 4，4 4 1 0 5 41 5 4 5 ． 收稿 日期2 0 1 5 - 0 4 ． 1 6 ；HG F I 5 0 4 N2 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m