一种随钻封堵裂缝防气侵剂及制备方法

摘要

本发明涉及一种随钻封堵裂缝防气侵剂及其制备方法；该随钻封堵裂缝防气侵剂由质量份数10.0-15.2份的聚乙二醇，14.0-25.5份的顺丁烯二酸酐，14.5-25.5份的三羟甲基丙烷二烯丙基醚，0.2-0.5份的膨润土粉，30-35份的超细碳酸钙粉，3.0-5.0份的棉纤维组成；本发明提供的随钻封堵微裂缝防气侵剂可有效地封堵含气裂缝，1～5%加量时，可使钻井液基浆在微裂缝中的漏失量从500ml降低到6ml，封堵率达98.8%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为3.5KPa。

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，特别涉及一种随钻封堵裂缝防气侵剂及制备方法。 

背景技术

在石油与天然气裂缝型气藏直井或者定向井钻井中，经常遇到气藏裂缝中的气体（天然气、硫化氢、二氧化碳）在井筒重力置换作用或者裂缝内部的气液置换作用下通过裂缝侵入井筒中，产生局部负压气侵，导致溢流发生，严重影响到钻井作业和地面工作人员的安全。实际钻井中发现，气侵井段并未发生明显井漏，表明裂缝开口尺寸并不大，如果开口尺寸大，发生明显的井漏，将会采取降低密度或者堵漏作业的方式及时进行处理。正是由于这种难以发现的井下不漏或者微漏，导致气体一点一点的侵入井筒中，少量气体很难被井下控压设备系统及时探测发现，导致气侵由少到多地最后产生较大体积膨胀而引发严重溢流井涌。因此，正平衡下井筒重力置换作用或者裂缝内部的气液置换作用是发生局部负压气侵的诱因，而气体由地层向井筒侵入的裂缝通道则是气侵的唯一途径，需要在钻井中及时封堵阻塞住，本发明正是基于此而提出来的。 

实验室模拟实验发现，地层气体可以通过小于500微米开口宽度的裂缝通道侵入井筒中。采用传统的固体颗粒堵漏材料只能在外部堵塞住微裂缝开口部位，一旦井筒流体循环，这些堵漏材料被冲刷离开微裂缝开口之处，将再次出现气侵溢流的风险，而且，这些堵漏材料均为传统的刚性固体材料，形成的堵层没有可压缩性，不能够获得可压缩性致密封堵。因此，需要采用一类在钻井中能够进入微裂缝内部，通过架桥、逐级填充和压实作用，形成致密封堵层的刚柔相济封堵材料，阻挡气体从地层气藏内部通过微裂缝进入井筒，隔断其通道，从而达到钻井中随钻封堵裂缝防气侵的安全钻井目的。 

研究表明，能够封堵微裂缝的随钻封堵裂缝防气侵剂必须具备以下必要条件： 

（1）随钻封堵裂缝防气侵剂的粒度小于标准分样筛200目，便于颗粒通过钻井振动筛，同时，便于进入气藏裂缝内部，形成裂缝内封堵； 

（2）在一定条件下（温度、压力等）随钻封堵裂缝防气侵剂中部分成分具有变形变软特性，有助于形成可压缩、渗透率极低的气液分隔层，所形成的气液分隔层应具有一定的反向抗气压能力； 

（3）随钻封堵裂缝防气侵剂不能溶解但必须很好地分散于水或者油中，便于钻井液循环输送。 

（4）随钻封堵裂缝防气侵剂应该具有一定的酸溶率，有利于储层的酸溶性解堵。 

基于以上条件，所研究的随钻封堵裂缝防气侵剂方能满足随钻封堵裂缝堵气防气侵原理和工艺技术的要求，对减少气侵以及气侵带来的溢流风险，保证气层钻井安全，加快油气资源的勘探开发进程具有重要意义。 

解决裂缝型气藏钻井中因气液置换产生气侵的生产技术难题，减小气藏钻井井下地层气侵带来的溢流等不安全风险。 

发明内容

本发明目的是提供一种在裂缝型气藏钻井中封堵裂缝防止气侵的钻井液用防气侵剂及其制备方法。本发明由聚合物颗粒、超细碳酸钙颗粒、棉纤维和少量膨润土粉组成，聚合物颗粒能够在（120℃）软化点温度下产生变软变形密封作用，超细碳酸钙、棉纤维和膨润土粉起到架桥和逐级填充作用，共同完成非致漏含气裂缝内的沉积封堵，并形成致密堵气层，有效封堵住含气裂缝的气流通道，防止因重力置换和气液置换所导致的气体侵入井筒中，保证气层井段钻井的安全。本发明制备方法合理，使用方便，易于推广使用。 

本发明所述的一种在裂缝型气藏钻井中封堵裂缝防止气侵的钻井液用防气侵剂，其特征在于随钻封堵裂缝防气侵剂包括质量份数10.0-15.2份的聚乙二醇，14.0-25.5份的顺丁烯二酸酐，14.5-25.5份的三羟甲基丙烷二烯丙基醚，0.2-0.5份的膨润土粉，30-35份的超细碳酸钙粉，3.0-5.0份的棉纤维。 

以上所述的随钻封堵裂缝防气侵剂制造工艺为： 

（1）称取10.0-15.2份的聚乙二醇加入质量份数180-260份水中，在常温下静置30-40分钟后，在恒温30-35℃条件下，搅拌混合均匀； 

（2）称取质量份数14.0-25.5份的顺丁烯二酸酐和14.5-25.5份的三羟甲基丙烷二烯丙基醚，加入上述溶液中，搅拌混合均匀； 

（3）将上述溶液加热到40-50℃，用pH调节剂调节溶液pH值为7-9； 

（4）加入引发剂，在60-80℃与上述混合溶液搅拌反应60-100分钟，反应制得 粘稠状聚合物； 

（5）将粘稠状聚合物在90-104℃条件下烘干，碾磨粉碎过标准筛20目样筛，得到聚合物颗粒； 

（6）顺序称取质量份数0.2-0.5份的膨润土、30-35份的超细碳酸钙粉、3.0-5.0份的棉纤维加入聚合物颗粒中，搅拌混合40—60分钟，经球磨研细到平均粒径200微米制得随钻封堵裂缝防气侵剂。 

以上所述的引发剂为叔丁基过氧化氢，其加量为顺丁烯而酸酐和三羟甲基丙烷二烯丙基醚质量的0.4-0.7%。 

以上所述的的pH值调节剂为工业级固体氢氧化钠。 

以上所述的聚乙二醇为相对分子量为400的工业级聚乙二醇。 

以上所述的超细碳酸钙粉为分样标准筛目数为1250目的碳酸钙粉。 

以上所述的棉纤维为分样标准筛目数为200目的棉纤维。 

以上所述的膨润土为分样标准筛目数为200目的膨润土粉。 

本发明在含气微裂缝内封堵裂缝通道防止气侵的作用机理为：钻井液与地层压力之差迫使分散于钻井液中的防气侵剂进入裂缝内朝裂缝内低压处流动，当裂缝外压力与防气侵剂和裂缝壁面的摩擦阻力及气层压力之和相等时，防气侵剂停止滑动，多个防气侵剂迅速形成密集堆积体，密集堆积体进一步壮大形成致密堆积体，加上防气侵剂组分内聚合物颗粒的变形密封作用，致密堆积体进一步形成极低渗透隔离体，从而阻止微裂缝内的气体流动和气液交流，阻止地层气体沿微裂缝通道向井筒流动，有效地防止钻井中气侵的发生。 

本发明具有如下有益有利效果： 

（1）能够有效封堵500微米以下的含气裂缝，阻止在裂缝内部产生的气液置换发生，阻止气体通过裂缝通道由地层方向裂缝开口方向的流动。本发明所述的随钻封堵裂缝防气侵剂平均粒度为标准分样筛目数200目，可以在钻井过程中随循环的钻井液通过地面振动筛200目以下筛布孔径，具有随钻使用特点。（2）作为关键变软变形特效材料的聚合物具有温度敏感性和压力敏感性，在温度和压力作用下与刚性粒子共同形成封堵层密集体，使得该密集体具有可压缩特性，进一步降低封堵层密集体的渗透率，阻止气体的通过。（3）本发明所述的随钻封堵裂缝防气侵剂具有一定的酸溶率，可用于储层段封堵裂缝气侵。 

采用模拟含气裂缝封堵试验装置，对比了未加和加入随钻封堵裂缝防气侵剂后的 堵缝裂缝防气侵效果。模拟裂缝形状为具有一定楔形度的微裂缝，裂缝长度42cm，高度30cm，在沿裂缝口部到尾部方向上。 

实验用基浆配方为：5%预水化膨润土浆+0.08%CMC-HV（高粘羧甲基纤维素钠），可以达到悬浮固体效果，其基本性能如表1所示。 

表1实验基浆基本性能数据 

针对微裂缝开展了封堵裂缝实验，裂缝内充满了氮气，气压为3-4KPa。表2为随钻封堵裂缝防气侵剂在微裂缝内封堵情况的实验数据，数据表中的封堵位置是以封堵段距离裂缝开口部的长度来表示，漏失量以流出裂缝出口端的钻井液或者钻井液滤液为计量标准，裂缝板内的钻井液体积不计入漏失量，防气侵剂加量按质量体积百分比计算。表2中封堵率计算如下式所示。 

式中，V₀为基浆漏失量，ml；V₁为加入封堵剂后的漏失量，ml。 

表2封堵微裂缝防气侵实验结果 

注：反向承压是取消正向压力后，反向施加气压至正向溢出的数据。 

实验结果表明，随着封堵裂缝防气侵剂的加入，通过微裂缝发生的钻井液漏失量急剧降低，1%的加量即可达到89%的封堵率，5%加量时封堵率达到98.8%，抵抗气体通过微裂缝侵入井筒的封堵层被穿透的反向承压力可达4KPa。增大正向压差，漏 失量进一步降低，表明封堵层具有可压缩性。 

随着封堵裂缝防气侵剂的加入，一个最明显的效果是漏失量急剧降低。实验开始后，防气侵剂在裂缝内快速形成封堵层，封堵层后出现透明的滤液，此外，加入防气侵剂后封堵位置的范围变宽，封堵位置均向裂缝尾部延伸。可以明显发现加入防气侵剂后封堵位置发生很大变化，从7-9.0cm变为8-10cm，漏失量发生大幅度的下降,说明较高浓度的防气侵剂对封堵效果的影响较大，使得封堵位置向裂缝口部大幅移动，同时增加了封堵层的致密性。 

综上所述，本发明提供的随钻封堵微裂缝防气侵剂可有效地封堵含气裂缝，5%加量时，可使钻井液基浆在微裂缝中的漏失量从500ml降低到6ml，封堵率达98.8%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为3.5KPa。 

具体实施方式：

所述引发剂为叔丁基过氧化氢，其加量为顺丁烯而酸酐和三羟甲基丙烷二烯丙基醚质量的0.4-0.7%。 

所述的pH值调节剂为工业级固体氢氧化钠。 

在室内采用模拟实验对所发明的随钻封堵微裂缝防气侵剂进行了封堵能力评价。实验采用长度42cm的钢制底板、可视化有机玻璃顶板组合微裂缝模块，对防气侵剂在充满氮气的微裂缝宽度条件下进行了封堵微裂缝防气侵效果评价。 

实施例1 

所述的随钻封堵裂缝防气侵剂的制备方法： 

1）称取15.2份的聚乙二醇加入质量份数260份水中，在常温下静置40分钟后，在恒温35℃条件下，搅拌混合均匀； 

2）称取质量份数25.5份的顺丁烯二酸酐和25.5份的三羟甲基丙烷二烯丙基醚，加入上述溶液中，搅拌混合均匀； 

3）将上述溶液加热到50℃，用pH调节剂调节溶液pH值为9； 

4）加入引发剂，在80℃与上述混合溶液搅拌反应100分钟，反应制得粘稠状聚合物； 

5）将粘稠状聚合物在104℃条件下烘干，碾磨粉碎过20目样筛，得到聚合物颗粒； 

6）顺序称取质量份数0.5份的膨润土、35份的超细碳酸钙粉、5.0份的棉纤维加入聚合物颗粒中，搅拌混合60分钟，经球磨研细到过标准分样筛200目，制得随 钻封堵裂缝防气侵剂。 

选取开口宽度为0.6mm，尾部宽度为0.15mm的微裂缝模块，配制钻井液基浆1.0L，基浆配方为：5%预水化膨润土浆+0.08%CMC-HV（高粘羧甲基纤维素钠）。随钻封堵微裂缝防气侵剂加量为钻井液基浆的1%，正向压差为3.0KPa，通过微裂缝发生的钻井液漏失量从500ml降低到55ml，防气侵剂的封堵率为89%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为1KPa。 

实施例2 

所述的随钻封堵裂缝防气侵剂的制备方法， 

1）称取10.0份的聚乙二醇加入质量份数180份水中，在常温下静置30分钟后，在恒温30℃条件下，搅拌混合均匀； 

2）称取质量份数14.0份的顺丁烯二酸酐和14.5份的三羟甲基丙烷二烯丙基醚，加入上述溶液中，搅拌混合均匀； 

3）将上述溶液加热到40℃，用PH调节剂调节溶液pH值为7； 

4）加入引发剂，在60℃与上述混合溶液搅拌反应60分钟，反应制得粘稠状聚合物； 

5）将粘稠状聚合物在90℃条件下烘干，碾磨粉碎过20目样筛，得到聚合物颗粒； 

6）顺序称取质量份数0.2份的膨润土、30份的超细碳酸钙粉、3.0份的棉纤维加入聚合物颗粒中，搅拌混合40分钟，经球磨研细到过标准分样筛200目，制得随钻封堵裂缝防气侵剂； 

选取开口宽度为0.6mm，尾部宽度为0.15mm的微裂缝模块，配制钻井液基浆1.0L，基浆配方为：5%预水化膨润土浆+0.08%CMC-HV（高粘羧甲基纤维素钠）。随钻封堵微裂缝防气侵剂加量为钻井液基浆的2%，正向压差为3.0KPa，通过微裂缝发生的钻井液漏失量从500ml降低到25ml，防气侵剂的封堵率为95%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为2KPa。 

实施例3 

所述的随钻封堵裂缝防气侵剂的制备方法， 

1）称取12.2份的聚乙二醇加入质量份数200份水中，在常温下静置35分钟后，在恒温32℃条件下，搅拌混合均匀； 

2）称取质量份数20.5份的顺丁烯二酸酐和20.5份的三羟甲基丙烷二烯丙基醚， 加入上述溶液中，搅拌混合均匀； 

3）将上述溶液加热到45℃，用PH调节剂调节溶液pH值为8； 

4）加入引发剂，在70℃与上述混合溶液搅拌反应80分钟，反应制得粘稠状聚合物； 

5）将粘稠状聚合物在100℃条件下烘干，碾磨粉碎过20目样筛，得到聚合物颗粒； 

6）顺序称取质量份数0.4份的膨润土、32份的超细碳酸钙粉、4.0份的棉纤维加入聚合物颗粒中，搅拌混合50分钟，经球磨研细到过标准分样筛200目，制得随钻封堵裂缝防气侵剂； 

选取开口宽度为0.6mm，尾部宽度为0.15mm的微裂缝模块，配制钻井液基浆1.0L，基浆配方为：5%预水化膨润土浆+0.08%CMC-HV（高粘羧甲基纤维素钠）。随钻封堵微裂缝防气侵剂加量为钻井液基浆的3%，正向压差为3.0KPa，通过微裂缝发生的钻井液漏失量从500ml降低到15ml，防气侵剂的封堵率为97%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为3KPa。 

实施例4 

本随钻封堵裂缝防气侵剂制备方法与实施例1同； 

选取开口宽度为0.6mm，尾部宽度为0.15mm的微裂缝模块，配制钻井液基浆1.0L，基浆配方为：5%预水化膨润土浆+0.08%CMC-HV（高粘羧甲基纤维素钠）。随钻封堵微裂缝防气侵剂加量为钻井液基浆的5%，正向压差为3.0KPa，通过微裂缝发生的钻井液漏失量从500ml降低到6ml，防气侵剂的封堵率为98.8%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为4KPa。 

实施例5 

本随钻封堵裂缝防气侵剂制备方法与实施例2同； 

选取开口宽度为0.6mm，尾部宽度为0.15mm的微裂缝模块，配制钻井液基浆1.0L，基浆配方为：5%预水化膨润土浆+0.08%CMC-HV（高粘羧甲基纤维素钠）。随钻封堵微裂缝防气侵剂加量为钻井液基浆的5%，正向压差为4.5KPa，通过微裂缝发生的钻井液漏失量从500ml降低到5ml，防气侵剂的封堵率为99.0%，微裂缝内封堵层反向被气体穿透的承压力为4KPa。