化学堵漏技术研究进展.docx

1化学堵漏技术研究新进展王永松张浩符军放陈凡斌李厚铭中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院河北三河065201摘要钻井过程中常遇到漏失处理漏失事故要花费大量时间和材料本文介绍了化学类堵漏材料堵漏机理并对化学类堵漏材料的研究进展进行了综合评述以期为新型堵漏材料的研发提供新的思路关键词井漏化学类堵漏材料堵漏机理作者简介张浩1983中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院工程师井漏是指在钻井固井测井或修井等各种井下作业过程中各种工作液包括钻井液水泥浆完井液及其它液体等在压差作用下漏入地层的现象1这是钻井固井中最普遍最常见而又损失较为严重的一种问题在钻井作业中因处理井漏所耗费时间约占钻井时间的102井漏处理不当会引起恶性井下事故且造成严重的环境污染在钻井液或完井液中加入堵漏材料是常见的堵漏方法按照来源堵漏材料可分为一般堵漏材料及化学堵漏剂两类化学堵漏材料是利用高聚物在界面上的静力分子间的作用力化学键力使化合物在界面处形成粘结而起到堵漏作用这类材料包括凝胶堵漏剂树脂堵漏剂膨胀性堵漏剂3本文主要介绍化学堵漏剂的研究现状及进展以期为新型堵漏材料的研发提供新的思路21凝胶类化学堵漏剂凝胶类堵剂从广义上来讲分为无机凝胶类堵剂及有机凝胶类堵剂最常见的无机凝胶类堵剂是各种水泥与石灰等的混合物是钻井工程最为普遍的一种堵漏材料4因为水泥来源广泛使用简单价格低等优点而被广泛应用于现场近年来通过外加剂和工艺等方面的研究在提高水泥浆的可泵性缩短凝固时间提高水泥石早期强度和稳定性等方面取得了很大的进展有机凝胶类堵剂主要是聚丙烯腈聚丙烯酰胺或其二者的共聚物其聚合物可以和无机多价离子或具有双官能团的有机物进行交联而形成吸水性能很好的凝胶使用时与多种材料形成稠浆共同泵入井底在地底漏失层间形成粘弹体固化以达到堵漏的目的苏联5采用以水解聚丙烯酰胺为基础的水泥浆有效隔绝了十个强吸收地层如克拉斯诺谢尔的621井分子量8001000万的聚丙烯酰胺6具有良好的絮凝作用可使固相沉淀速度大为加快在巴什基里亚地区此种堵漏方法已得到成功的使用此外还有7聚丙烯腈与片状填充材料配合使用堵漏的文献报道近年来又发展出了多种有机凝胶类堵剂如将聚乙烯醇43份硼酸钠22份泥煤苔35份均匀混合并制成小球将82公斤小球m3泥浆加热至约71约2小时单个的小球就膨胀至原体积24倍且在此膨胀状态下具有很高的强度2树脂类化学堵漏剂按照堵漏机理树脂类堵剂可分为吸水膨胀型及固化型吸水树脂8是遇水溶胀但不溶解的交联聚合物利用吸水树脂在漏失地层发生吸3水膨胀通过填充堵塞和挤紧压实双重作用有效的封堵漏失地层在其分子结构上含有亲水性基团如羧基羟基酰胺基等根据亲水基团种类可分为阴离子型阳离子型非离子型以及复合离子型阴离子型吸水树脂主要包含聚丙烯酸类磺酸类和磷酸类等聚丙烯酸类吸水树脂耐盐性差9不能在盐水环境中应用而磺酸类磷酸类树脂都具有很好的耐温抗盐性能通过改变反应单体配比及反应条件能得到不同性能的吸水树脂材料1012阳离子型吸水树脂主要是季铵盐类秦涛13张娜娜14等人分别合成了阳离子聚丙烯酰胺型树脂堵剂并通过加入刚性单体的方式提高了堵剂的热稳定性非离子型吸水树脂主要有聚甲基丙烯酰胺及聚多糖类等13其吸水倍率低但耐盐性好其中聚甲基丙烯酰胺是目前应用最多的非离子型吸水树脂材料黄珠珠15采用适当分子量的PAM和交联剂乙酸铬制备了随钻堵漏型弱凝胶堵漏剂该堵漏剂在60下具有很好的稳定性加入重铬酸钾后其抗温性提高到80Heying16将不同配方不同粒径的适度交联的PAM颗粒加入到钻井液体系中到达漏失地层附近后逐渐吸水在漏失通道处膨胀堵塞漏失裂缝或孔隙通常来说离子型吸水树脂吸水倍率大但耐电解质盐能力差而非离子型吸水树脂则恰恰相反17在现场应用时通常是将两种或两种以上的单体进行共聚或交联得到一种亲水基团多样化的吸水树脂堵漏材料它同时含有非离子型亲水基团和离子型亲水基团并可通过调节单体配比提高其吸水性和吸水速度同时提高其耐温耐盐4性18以更好满足堵漏的需求吸水树脂类堵剂使用过程中的主要难题是如何控制其发生吸水膨胀反应的速率若未进入地层即发生吸水膨胀不仅堵漏效果差而且还会造成施工困难通过包括延时溶解材料接枝疏水性单体或采用非水携带液的方法可延迟其吸水膨胀反应发生的时间可固化树脂与吸水树脂不同在未使用时保持流动度较好的低粘态加入固化剂后或在高温的影响下则迅速固化生成具有一定强度的固体树脂目前较为常见的可固化树脂为脲醛树脂及酚醛树脂脲醛树脂是尿素与甲醛缩聚得到的线性脲醛低聚物以氯化铵为固化剂时可在室温固化促进剂如硫酸锌磷酸三甲酯草酸二乙酯等可加速固化过程梁涛19等人研制了一种改性脲醛树脂堵漏剂其基本配方堵漏剂使用温度高达140固化时间在1072h范围内可调封堵率可达99赵文娜20等人研究了各反应因素对脲醛树脂性能的影响并制得综合性能较好游离甲醛含量低的低毒脲醛树脂刘晓平21等人通过组分用量筛选研制了一种脲醛树脂堵水堵剂适用于井温60120固化时间在524小时可调目前已在中原油田15口井试用堵漏成功率为100酚醛树脂是由苯酚和甲醛在酸触媒或碱触媒条件下进行缩聚反应生成可作为堵剂使用的酚醛树脂为热固性酚醛树脂其固化过程分为三个阶段分别称为A阶B阶及C阶A阶树脂是线型树脂能溶解于酒精或丙酮中一般是指从合成釜中生产得到的酚醛树脂B阶树脂是A阶树脂经进一步反应而转变成支链型的酚醛树脂其中部分5树脂已接近凝胶因此B阶树脂只能部分溶解于酒精或丙酮中C阶树脂是已转变成体型结构的完全固化的树脂热固性酚醛树脂在受热时能自动地从A阶树脂转变为B阶树脂进而成为C阶树脂在热固性酚醛树脂A阶的贮存过程中也会逐渐发生此类变化因此树脂有一定的贮存期一般贮存期为3个月左右酚醛树脂常见的固化剂有苯磺酰氯对甲苯磺酰氯硫酸乙酯和石油磺酸等它们都能分解出氢离子对固化反应有催化作用其中对甲苯磺酰氯的酸度较低因而固化速度较慢当环境温度较低时可能几个小时甚至十几个小时也不固化苯磺酰氯作为固化剂固化速度适宜通常在20下4060分钟内完成初凝固化后产物的物理机械性能较好但在施工时会放出刺激性氯化氢气体石油磺酸作为酚醛树脂的固化剂的优点是毒性低易与树脂混匀施工条件好通常使用的固化剂是一种或几种物质的混合物以便于调节固化产物的性能酚醛树脂类堵剂的研究应用较广泛余吉良22研制了一种改性酚醛树脂封窜堵漏剂固化时间在38小时可调固化后的抗拉强度为125108MPa抗压强度为1387MPa抗剪切强度为200292MPa使用该剂在华北油田3口油井实施封层2口油井实施封窜其中包括储层渗透性很低的井和套管补贴后失效的井封堵率均为100郑莉23研究了高活性高固含低挥发性物质并能快速固化的工程堵漏用酚醛树脂探讨了适用于工程堵漏用酚醛树脂的合成工艺条件如反应温度时间及催化剂种类用量对树脂活性的影响6从而降低了酚醛树脂堵漏的现场施工难度及成本拓宽了其适用范围3膨胀型堵漏剂膨胀型堵漏剂是指在水或钻井液侵泡下发生体积膨胀并堵塞漏失通道的一类堵剂按照组成不同可分为上文提及的化学凝胶类吸水树脂类及一些复合体膨型堵漏材料如左凤江等24研制了水化膨胀复合堵漏材料该堵剂引入了具有遇水延时膨胀特性的材料同时复配长纤维在进入裂缝后能产生较高的桥塞强度达到快速安全有效堵漏的目的Ali25等研发了复合堵漏材料blendoflostcirculationmaterialsBLCM主要是由粒径2120mm的特殊纤维颗粒植物纤维及聚合物颗粒组成当投入井下时BLCM材料吸水膨胀形成具有强度和黏弹性的网状结构在压差作用下被挤入漏失层填充从而解决漏失问题Davidson等人26介绍了体膨型聚合物体系此体系由适当尺寸的特殊纤维和水溶性交联聚合物组成此堵漏材料对地层无伤害受地层温度影响可在两星期内降解将此堵漏剂用于现场成功地治理了失返性漏失并恢复了循环钻进结论随着高分子化学技术的不断进步化学类堵剂在油井漏失助剂中所占的比例日益增大为满足不同井下状况的需要需研发不同性能的化学堵剂如能提高地层承压能力的漏堵材料以及能适应高温高压等复杂情况和能够用于处理恶性漏失的漏堵材料相信在不久的将来高性能低成本对环境友好的化学堵漏剂会不断涌现以更好地解决7井下漏失问题参考文献徐同台刘玉杰申威钻井工程防漏堵漏技术M北京石油工业出版社199714赖小林王中华郭建华等吸水材料在石油钻井堵漏中的应用J精细石油化工进展20101121721王正良周玲革胡三清JPD吸水膨胀型聚合物堵漏剂的研究J石油钻探技术20043213236魏发林叶仲斌岳湘安等高吸水树脂颗粒调堵剂胶囊化缓膨方法研究J油气地质与采收率20051267477刘波柳平林聚合物胶囊增稠堵漏技术实验研究J钻采工艺2001241112114万福忠陈昌镜朱艳梅等常温合成高分子量聚丙烯酸钠及其分子量的测定J湖北化工199411328余学军徐少仁刘明等速溶高分子量聚丙烯酸钠的合成研究J化学世界19996310李娟刘文堂沈士军吸水树脂堵漏材料的研究进展J2011281110114楮建云王罗刘晓东等聚丙烯酸盐高吸水树脂的应用及其改性J皮革科学与工程20031334245廖列文崔英德尹国强高耐盐性AAAMPS共聚高吸水性树脂合成J化工进展20062533153188严君凤新型堵漏材料的合成J钻井液与完井液19981514244刘永兵蒲万芬胡琴三元共聚复合吸水树脂的合成与性能J西南石油学院学报20052756264秦涛杜永慧李海营等新型高温抗盐化学堵剂的室内研究J断块油气田20031056870张娜娜武玉民许军等丙烯酰胺甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵二甲基二烯丙基氯化铵三元聚合物的表征与溶液性质J化学工程20103846568熊继有程仲随钻防漏堵漏技术的研究与应用进展J钻采工艺2007302710马光长吉永忠川渝地区井漏现状及治理对策J钻采工艺20062922528LiuSJinYFZhouXPreparationofsuperabsorbentpolymerswithincreasesalineabsorbencyJJDongHuaUniversity20021942023狄丽丽超强吸水树脂堵漏技术研究D西南石油大学2007梁涛刘晓平李海营等改性脲醛树脂FYC堵漏剂的研制J油田化学2002193226229赵文娜王煦颜菲等改性脲醛树脂堵漏剂的合成研究J精细石油化工进展200611230234刘晓平陈百利张守根一种地下缩聚固化的脲醛树脂堵水9堵漏剂J油田化学200521113639余吉良谢刚南庆义等改性酚醛树脂封窜堵漏剂的性能及应用J油田化学2005224190193郑莉胡平王磊工程堵漏用酚醛树脂的研制J玻璃钢复合材料增刊2008265267左凤江于玉兴海法等水化膨胀复合堵漏工艺技术J钻井液与完井液20062355659AliAKallooCLSinghUBPreventinglostcirculationinseverelydepletedunconsolidatedsandstonereservoirsJSocPetrolEngrsDrillingCompletion1994March3238DavidsonERichardsonLControlofcirculationinfracturedlimestonereservoirsZIADCSPE62734200019责任编辑汤静