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CN104531109B - 一种钻井用有机合成堵漏颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钻井用有机合成堵漏颗粒及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井用有机合成堵漏颗粒及其制备方法和应用，属于钻井技术领域的有机合成颗粒堵漏剂领域，堵漏颗粒由碳酸钙晶须、硼酸镁晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，与聚醚醚酮以及聚醚酰亚胺共混而成。制备方法：将碳酸钙晶须、硼酸镁晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，与聚醚醚酮以及聚醚酰亚胺加入高速混合机中，在380℃的共混温度下以2.5/s的剪切速度混合10～30分钟后，在300℃下挤出、冷却、干燥、造粒即可。应用：作为堵漏颗粒，配合堵漏纤维和堵漏柔性碎片应用于桥接堵漏。本发明解决传统堵漏颗粒分散性差，密度不适宜，易吸水，易降解或者脆性强，易破碎，易沉降等问题；提高堵漏架桥颗粒的抗压能力和耐温能力。

Description

一种钻井用有机合成堵漏颗粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于钻井技术领域的有机合成颗粒堵漏剂领域。
背景技术
中国经济的快速发展带动能源消费量急剧增加。能源最重要的种类是石油和天然气。钻井工程是油气资源获得的首要手段。而井漏是钻井过程中常见的复杂情况，易造成较大的损失。在钻井实践中，虽然对井漏的原因与预防已积累了一些成功经验。有时虽然方法有效，但如果材料选用不当，不能对症下药，同样无法解决问题。
井漏主要是由于钻井液液柱压力大于地层孔隙压力或破裂压力造成的。其主要原因有：1.地层因素：天然裂缝、溶洞、高渗透低压地层；2.钻井工艺措施不当引起的漏失：钻井工艺措施不当发生的漏失，主要发生在上部地层环空堵塞，造成环空憋压引起漏失；开泵过猛、下钻速度过快、加重过猛造成井漏；3.井身结构不合理，中间套管下深不够。或不下中间套管致使高低压地层处于同一裸眼井段，造成井漏。
一般情况下为了堵住漏层，使用各种堵漏材料，在距井筒很近范围的漏失通道里建立一道堵塞隔墙，用以隔断漏液的流道。
处理井漏常用方法包括调整钻井液性能与钻井措施、静止堵漏以及桥接材料堵漏法。
桥接堵漏由于经济价廉，使用方便，施工安全，目前现场己普遍采用。桥接堵漏占整个处理方法的50％以上，并取得明显的效果；使用此方法可以对付由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失。
桥接堵漏是利用不同形状、尺寸的惰性材料，以不同的配方混合于钻井液中直接注入漏层的一种堵漏方法。采用桥接堵漏时应根据不同的漏层性质，选择堵漏材料的级配和浓度，否则在漏失通道中形不成“桥架”，或是在井壁处“封门”，使堵漏失败。
桥接剂可分三类：硬质果壳(核桃壳等)、薄片状材料(云母、碎塑料片等)、纤维状材料(锯末、甘蔗渣、棉籽壳等)。
现有堵漏颗粒的缺陷：
目前钻井液中使用的桥接堵漏材料多为天然的矿物颗粒和植物颗粒。但这两种桥接堵漏材料均存在很多的缺陷。
矿物颗粒：
第一，我国现用于钻井液的桥接堵漏材料多有方解石、云母、石英等。这些矿物颗粒密度太大，配浆易沉降。
第二，脆性太强，受压易破碎。当矿物颗粒进入井壁或者地层裂缝中后，裂缝的任何微小的形变都可能导致矿物颗粒的碎裂，使得原本的桥接结构瓦解。
植物颗粒：
第一，常用于钻井液中的植物堵漏颗粒有核桃壳、棉籽壳、锯末等。这些材料的密度太小，配浆易漂浮。
第二，植物颗粒多含有纤维素等易吸水结构，在钻井液体系中易吸水形变，影响钻井液体系的稳定性以及植物颗粒的堵漏效果。
第三，井下堵漏多是高温水环境，植物颗粒含有大量的碳水化合物和蛋白质成分，在井下环境中易于降解，堵漏效果持续性不理想。
因此，现有技术一直没找到一种同时具有良好分散性，合适密度，不易吸水、降解、破碎，沉降等，具有较强的抗压能力和耐温能力的桥接堵漏颗粒材料。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种钻井用有机合成堵漏颗粒及其制备方法和应用，解决传统堵漏颗粒分散性差，密度不适宜，易吸水，易降解或者脆性强，易破碎，易沉降等问题；提高堵漏架桥颗粒的抗压能力和耐温能力。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种钻井用有机合成堵漏颗粒，由碳酸钙晶须、硼酸镁晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，与聚醚醚酮以及聚醚酰亚胺共混而成，该堵漏颗粒粒度范围为0.180mm～4.750mm，密度1.3～2.0g/cm3，耐温≥120℃，耐碱pH≥12.5，堵塞能力≥16.5MPa，滤失量≤500ml，25MPa抗压承压破碎率≤15％。
前述钻井用有机合成堵漏颗粒的制备方法，将碳酸钙晶须、硼酸镁晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，与聚醚醚酮以及聚醚酰亚胺加入高速混合机中，其中聚醚醚酮与聚醚酰亚胺的质量比为1:1，填料晶须的质量分数4％～40％，在380℃的共混温度下以2.5/s的剪切速度混合10～30分钟后，在300℃下挤出、冷却、干燥、造粒即可。
上述方案中，发明人经研究发现，380℃下聚醚醚酮和聚醚酰胺可以完全熔融，同时不会破坏其本身的化学结构；2.5/s的剪切速度可以最高效的进行材料间的完全共混，使晶须填料均匀分布在共混物中；
前述钻井用有机合成堵漏颗粒的应用，作为堵漏颗粒，配合堵漏纤维和堵漏柔性碎片应用于桥接堵漏。
本发明的有益效果：本发明采用改性PEEK/PEI共混并通过晶须增韧，提高了堵漏颗粒的分散性，提高堵漏颗粒的抗承压能力，对堵漏颗粒耐温、耐碱、耐盐、耐腐蚀性有很好的改观，在高温的井下液体环境中不易降解。本发明能耗低、原材料节省、工序节省、加工、操作、控制、使用简便、环境污染程度低，并具有以下特点：
1.不吸油，不吸水，易于造粒；
2.耐温，耐碱，耐盐，耐腐蚀；
3.密度可根据井下环境需要进行调整，分散性好；
4.抗压性好，井下裂缝形变时不易破碎；
5.在高温的井下液体环境中不易降解。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
实施例1：
下列各组分按重量份配比：聚醚醚酮(PEEK粉料)48份，聚醚酰亚胺(PEI粒料)48份，硫酸钙晶须4份，染料。前述原料加入高速混合机中，在380℃的共混温度下以2.5/s的剪切速度混合10～30分钟后，在300℃下挤出、冷却、干燥、造粒即可。产物颗粒粒度0.180mm～4.750mm，密度1.35g/cm3，在120℃pH值12.5的烧碱溶液中质量损失率13.51％，堵塞能力16.5MPa，滤失量483ml，25MPa抗压承压破碎率10.80％。
前述数据的测试标准或方法如下：
承压破碎率检测方法：称取试样(例：规格为1.000mm～1.200mm的颗粒，取过1.200mm筛不过1.000mm筛的筛余样品)10g(精确至0.01g)记为m，加到压力杯(压力杯放置于底板上)中，抚平。再加入活塞柱，置于压力机上，匀速升压至25MPa并恒压保持5min后，卸压，取出试样，过下限筛(例：规格为1.000mm～1.200mm的颗粒，下限筛即为1.000mm筛)至无颗粒漏下为止，取筛余物称量记为m1。承压破碎率
耐温耐碱检测方法：称取试样(例：规格为1.000mm～1.200mm的颗粒，取过1.200mm筛不过1.000mm筛的筛余样品)10g(精确至0.01g)记为m，放入高温老化罐中，再加入350mlpH≥12.5的烧碱溶液，密封好后放入高温滚子加热炉中于120℃下老化16小时后冷却、开罐，清洗颗粒至无NaOH残留后，于105℃下烘干，在干燥器内干燥冷却后加到压力杯(压力杯放置于底板上)中，抚平。再加入活塞柱，置于压力机上，匀速升压至25MPa并恒压保持5min后，卸压，取出试样，过下限筛(例：规格为1.000mm～1.200mm的颗粒，下限筛即为1.000mm筛)至无颗粒漏下为止，取筛余物称量记为m1。质量损失率F≤20％视为耐温120℃，耐pH值12.5。
堵塞能力、漏失量检测方法：基浆：量取5000ml蒸馏水，在电动搅拌器搅拌条件下加入膨润土370.0g，碳酸钠2g，累计搅拌1h，室温下密闭放置16h备用。基浆表观粘度应在16mPa·s～22mPa·s。试验浆：取3000ml基浆，加入试样580g(0.550mm～1.000mm200g，1.000mm～1.700mm200g，1.700mm～2.800mm60g，2.800mm～4.000mm60g，3.350mm～4.750mm60g)，有机合成类纤维(比如填料如二氧化硅、超细碳酸钙和钛白粉等增强聚醚砜/聚四氟乙烯共混的合金纤维)12g，有机合成类柔性碎片(比如填料如纳米SiO2等增强聚氨酯/环氧树脂预聚物)12g，同时加入150g随钻堵漏剂，搅拌30min，静置30min，再搅拌5min，即为试验浆。分别称取14mm钢珠400g，10mm钢珠400g，4mm钢珠600g，将所称钢珠放在堵漏装置配置的钢珠床内(先放小的，后放大的)，将钢珠摇匀铺平后放入堵漏装置内腔中。将3000ml配制好的试验浆注入堵漏材料装置中，旋紧罐盖，连接加压管线，静置5min。打开排放口，打开气源加压，先加0.7MPa压力，收集试验浆漏失量，稳定后每间隔2min增加0.5MPa压力，直到将压力增加至16.5MPa，稳压30min，读取总的试验浆漏失量。若将压力增至16.5MPa下稳压30min后滤失量≤500ml，即视为堵塞能力≥16.5MPa成功。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：下列各组分按重量份配比：聚醚醚酮(PEEK粉料)33份，聚醚酰亚胺(PEI粒料)33份，碳酸钙晶须4份，硼酸镁晶须30份，染料。产物颗粒粒度0.180mm～4.750mm，密度2.0g/cm3，在120℃pH值12.5的烧碱溶液中质量损失率9.85％，堵塞能力18.5MPa，滤失量321ml，25MPa抗压承压破碎率5.22％。实验检测方法如上所述。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：下列各组分按重量份配比：聚醚醚酮(PEEK粉料)40份，聚醚酰亚胺(PEI粒料)40份，碳酸钙晶须5份，硼酸镁晶须15份，染料。产物颗粒粒度0.180mm～4.750mm，密度1.67g/cm3，在120℃pH值12.5的烧碱溶液中下质量损失率10.51％，堵塞能力17MPa，滤失量383ml，25MPa抗压承压破碎率7.32％。实验检测方法如上所述。
对比例1：
纯聚醚醚酮：密度1.29g/cm3，在120℃pH值12.5的烧碱溶液中质量损失率25.33％，25MPa抗压承压破碎率35.6％。试验方法同实施例1。
对比例2：
纯聚醚酰亚胺：密度1.38g/cm3，耐温120℃，在pH≥12.5的烧碱溶液环境下质量损失率58.23％，在120℃纯水环境下质量损失率34.18％，25MPa抗压承压破碎率33.8％。试验方法同实施例1。
对比例3：
聚醚醚酮和聚醚酰亚胺按质量比1:1共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度1.34g/cm3，在120℃pH值12.5的烧碱溶液中质量损失率27.85％，25MPa抗压承压破碎率23.35％。试验方法同实施例1。
对比例4：
聚醚醚酮和聚醚酰亚胺按质量比3:7共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度1.38g/cm3，在120℃pH值12.5的烧碱溶液中质量损失率56％。试验方法同实施例1。
对比例5：
聚醚醚酮和聚醚酰亚胺按质量比7:3共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度1.29g/cm3，在120℃pH值12.5下的烧碱溶液中质量损失率18.63％，25MPa抗压承压破碎率29.35％。试验方法同实施例1。
对比例6：
质量比1:1的聚醚醚酮和聚醚酰亚胺，和相对总质量2％的碳酸钙晶须，硼酸镁晶须，硫酸钙晶须填充材料共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度1.45g/cm3，在120℃pH值12.5下的烧碱溶液中质量损失率19.81％，25MPa抗压承压破碎率16.37％。试验方法同实施例1。
对比例7：
质量比7:3的聚醚醚酮和聚醚酰亚胺，和相对总质量40％的碳酸钙晶须，硼酸镁晶须，硫酸钙晶须填充材料共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度1.8g/cm3，在120℃pH值12.5下的烧碱溶液中质量损失率19.81％，25MPa抗压承压破碎率10.67％。选用最大加量的晶须填料，密度仍然无法至2.0g/cm3。试验方法同实施例1。
对比例8：
质量比3:7的聚醚醚酮和聚醚酰亚胺，和相对总质量34％的碳酸钙晶须，硼酸镁晶须，硫酸钙晶须填充材料共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度2.08g/cm3，耐温120℃，pH值12.5烧碱溶液下质量损失率25.62％，25MPa抗压承压破碎率12.33％。试验方法同实施例1。
对比例9：
质量比1:1的聚醚醚酮和聚醚酰亚胺，和相对总质量34％的玻纤共混：由于材料硬度较大，产物颗粒粒径5.500mm～9.750mm，无法粉碎成堵漏所需要的小颗粒，满足堵漏时级配对粒径范围涵盖的需要；密度1.76g/cm3。耐温120℃，pH值12.5烧碱溶液下质量损失率6.68％，25MPa抗压承压破碎率3.32％。试验方法同实施例1。
对比例10：
质量比1:1的聚醚醚酮和聚醚酰亚胺，和相对总质量34％的超细碳酸钙共混：产物颗粒粒径0.180mm～4.750mm，密度2.08g/cm3，耐温120℃，pH值12.5烧碱溶液下质量损失率30.15％，25MPa抗压承压破碎率26.33％。试验方法同实施例1。
对比总结：
通过上述严格、充分的对比例可知，本发明特定的参数选择，取得了显著的效果提升。本领域技术人员在权利要求的范围外的各种常规选择都远达不到本发明的效果。
其中，对比例1、2仅为纯聚合物；对比例3为本发明的共混聚合物未添加填料；对比例4、5为非本发明配比的共混聚合物同时未添加填料；对比例6为本发明的共混聚合物添加非本发明配比的填料；对比例7、8为非本发明配比的共混聚合物添加本发明的填料；对比例9、10为本发明的共混聚合物添加其他填料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种钻井用有机合成堵漏颗粒，其特征在于：由碳酸钙晶须、硼酸镁晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，与聚醚醚酮以及聚醚酰亚胺共混而成，其中聚醚醚酮与聚醚酰亚胺的质量比为1:1，填料晶须的质量分数4%～40%，该堵漏颗粒粒度范围为0.180mm～4.750mm，密度1.3～2.0g/cm³，耐温≥120℃，耐碱pH≥12.5，堵塞能力≥16.5MPa，滤失量≤500ml，25MPa抗压承压破碎率≤15%。
2.如权利要求1所述的钻井用有机合成堵漏颗粒的制备方法，其特征在于：将碳酸钙晶须、硼酸镁晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，与聚醚醚酮以及聚醚酰亚胺加入高速混合机中，其中聚醚醚酮与聚醚酰亚胺的质量比为1:1，填料晶须占混合物总质量的4%～40%，在380℃的共混温度下以2.5/s的剪切速度混合10～30分钟后，在300℃下挤出、冷却、干燥、造粒即可。
3.如权利要求1所述的钻井用有机合成堵漏颗粒的应用，其特征在于：作为堵漏颗粒，配合堵漏纤维和堵漏柔性碎片应用于桥接堵漏。
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