一种钻井用复合堵漏材料及其应用
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发堵漏技术领域，尤其涉及一种钻井用复合堵漏材料及其应用。
背景技术
漏失是钻井过程中常遇到的问题，其不仅大大增加了作业成本，同时增加了钻井作业的不可控因素，可能导致井垮、井喷等井下复杂事故。这就对钻井堵漏技术的高效性有较高的要求。目前堵漏失败的原因主要有以下几点：1)堵漏材料强度不足，如常用的核桃壳一类堵漏材料，在堵漏过程中常常被压力挤碎，导致无法起到承压作用，使堵漏失败；2)目前现场采用较多的还是SCT(Stress Cage Theory)应力笼理论来指导堵漏施工，直接表现为封门现象，通常是由于堵漏材料粒径设计以单一的大颗粒为主，在后续施工中遇到抽汲作用，很容易使封堵部位发生返吐，导致复漏；3)目前一些封堵缝中和缝尖的理论已逐步被人们接收并应用，但成功率也不太理想，尤其是遇到诱导性裂缝漏失时，裂缝在钻井过程中常常产生呼吸效应，开启和闭合的动作反复出现，若堵漏材料选择不好则会被挤出裂缝，发生返吐导致复漏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻井用复合堵漏材料及其应用。本发明提供的钻井用复合堵漏材料能够对裂缝进行有效填充与封堵，防止返吐复漏。
本发明提供了一种钻井用复合堵漏材料，包括以下重量份数的组分：纤维1～2份，无机硅材料50～70份，弹性材料15～35份，韧性材料13～14份；所述弹性材料为弹性石墨。
优选地，所述纤维的长度≤2mm。
优选地，所述纤维为碳纤维、聚酯纤维、硅酸铝纤维和玻璃纤维中的一种或几种。
优选地，所述无机硅材料的粒径为10～40目。
优选地，所述无机硅材料为大理石、石英砂、云母片和硅灰石中的一种或多种。
优选地，所述弹性石墨的粒径为20～60目。
优选地，所述弹性石墨的抗压性能为经30MPa压缩后，回弹率≥85％。
优选地，所述韧性材料为丁腈橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶和氟橡胶中的一种或几种。
本发明还提供了上述技术方案所述的钻井用复合堵漏材料在钻井堵漏中的应用，所述钻井用复合堵漏材料的添加量为钻井液总重量的3～6％。
本发明提供了一种钻井用复合堵漏材料，包括以下重量份数的组分：纤维1～2份，无机硅材料50～70份，弹性材料15～35份，韧性材料13～14份；所述弹性材料为弹性石墨。本发明的钻井用复合堵漏材料中无机硅材料和韧性材料的使用，在一定压力下使钻井用复合堵漏材料形成具有一定强度的封堵段塞，实现封堵；弹性石墨位于裂缝中时，能有效抵抗裂缝不断开启-闭合产生的压力，使封堵段塞不发生破坏，避免复漏的发生。
本发明还提供了上述技术方案所述的钻井用复合堵漏材料在钻井堵漏中的应用，所述钻井用复合堵漏材料的添加量为钻井液总重量的3～6％。本发明提供的钻井用复合堵漏材料能够应用于水基钻井液或油基钻井液，且对钻井液的粘稠度没有任何影响。
附图说明
图1为本发明所得钻井用复合堵漏材料进行抗返吐测试所用仪器照片；
图2为本发明所得钻井用复合材料进行抗返吐测试所用仪器示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种钻井用复合堵漏材料，包括以下重量份数的组分：纤维1～2份，无机硅材料50～70份，弹性材料15～35份，韧性材料13～14份；所述弹性材料为弹性石墨。
在本发明中，如无特殊说明，本发明使用的原料均为市售产品。
本发明提供的钻井用复合堵漏材料包括重量份数为1～2份的纤维，优选为1.2～1.8份，进一步优选为1.4～1.6份，更优选为1.5份。在本发明中，所述纤维的长度优选≤2mm。在本发明中，所述纤维优选为碳纤维、聚酯纤维、硅酸铝纤维和玻璃纤维中的一种或几种，进一步优选为碳纤维。
在本发明中，所述纤维能够使固相(固相包括无机硅材料、弹性材料和韧性材料)直接缠绕在一起，提高复合堵漏材料的抗剪切力。
以纤维的重量份数为基准，本发明提供的钻井用复合堵漏材料包括重量份数为50～70份无机硅材料，优选为55～65份，进一步优选为60份。在本发明中，所述无机硅材料的粒径优选为10～40目。在本发明中，所述无机硅材料优选为大理石、石英砂、云母片和硅灰石中的一种或多种，进一步优选为云母片、石英石和硅灰石；所述韧性材料中云母片、石英石和硅灰石的质量比优选为15:30:25、10:25:25、10:20:20。
在本发明中，所述无机硅材料能够提高复合堵漏材料的整体强度，并增大与漏失通道璧面的摩擦力，提高抗返吐能力。
以纤维的重量份数为基准，本发明提供的钻井用复合堵漏材料包括重量份数为15～35份的弹性材料，优选为20～30份，进一步优选为25份，所述弹性材料为弹性石墨；所述弹性石墨的粒径优选为20～60目。在本发明中，所述弹性石墨的抗压性能为经30MPa压缩后，回弹率≥85％。
在本发明中，所述弹性石墨具有一定的抗压性，当其位于裂缝中时，能有效抵抗裂缝不断开启-闭合产生的压力，使封堵段塞不发生破坏，避免复漏的发生。
以纤维的重量份数为基准，本发明提供的钻井用复合堵漏材料包括重量份数为13～14份的韧性材料。在本发明中，所述韧性材料优选为丁腈橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶和氟橡胶中的一种或几种，进一步优选为丁苯橡胶和硅橡胶；所述丁苯橡胶和硅橡胶的质量比优选为10:4或9:4。在本发明中，所述丁腈橡胶的抗温为120℃，24h溶胀率小于5％，所述硅橡胶的抗温为200℃以上，24h溶胀率小于5％，所述丁苯橡胶的抗温为150℃，24h溶胀率小于5％，所述氟橡胶的抗温为200℃以上，24h溶胀率小于5％。
在本发明中，所述韧性材料的加入使其他固体材料(固体材料包括纤维、无机硅材料和弹性材料)在受到地层压力作用时，不易破碎；使复合堵漏材料具有一定压缩性，封堵时不易产生封门现象。
本发明对所述钻井用复合堵漏材料的制备方法不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的混合物制备方法即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的钻井用复合堵漏材料在钻井堵漏中的应用，所述钻井用复合堵漏材料的添加量为钻井液总重量的3～6％。
在本发明中，所述钻井液优选为水基钻井液或油基钻井液。
在本发明中，所述钻井用复合堵漏材料在应用时，优选与其他堵漏剂复合使用，优选地如诱导剂颗粒、堵漏浆；本发明对所述钻井用复合堵漏材料与诱导剂颗粒和堵漏浆的用量比不做具体限定，本领域技术人员根据实际进行选择即可。
本发明提供的钻井用复合堵漏材料能够应用于水基钻井液或油基钻井液，且对钻井液的粘稠度没有任何影响。
下面结合实施例对本发明提供的钻井用复合堵漏材料及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
长度为2mm的碳纤维1份，无机硅材料(粒径为10～20目的云母片10份、粒径为20～40目的石英石20份、粒径为20～40目的硅灰石20份)50份，弹性石墨烯(粒径为20～60目；经30MPa压缩后回弹率为85％)35份，韧性材料(丁苯橡胶10份、硅橡胶4份)14份，常温常压下搅拌均匀，得到钻井用复合堵漏材料。
对所述钻井用复合堵漏材料施加压力30MPa-0.5h，原始体积36cm3，加压后体积26.96cm3，卸压后体积32.15cm3，体积变化为5.19cm3，说明本实施例所得钻井用复合堵漏材料在高压载荷下未受到较大破坏，弹性恢复能力较强，能有效应对裂缝的张开和闭合的变化。
在钻井堵漏中，带井下工具，随钻时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为钻井液总重量的6％，水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的92％。不起钻堵漏时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为堵漏浆总重量的20％，水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的90％。光钻杆堵漏时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为堵漏浆总重量的30％，水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的87％。通过上述实验可以看出，所得钻井用复合堵漏材料对钻井液的粘性影响很小，同时具有很好的弹性恢复能力，有望在钻井堵漏中应用。
实施例2
长度为2mm的碳纤维2份，无机硅材料(粒径为10～20目的云母片10份、粒径为20～40目的石英石25份、粒径为20～40目的硅灰石25份)60份，弹性石墨(粒径为20～60目；经30MPa压缩后回弹率为85％)25份，韧性材料(丁苯橡胶9份、硅橡胶4份)13份，常温常压下搅拌均匀，得到钻井用复合堵漏材料。
对所述钻井用复合堵漏材料施加压力30MPa-0.5h下，原始体积36cm3，加压后体积30.67cm3，卸压后体积33.26cm3，体积变化为2.59cm3，说明本实施例所得钻井用复合堵漏材料在高压载荷下未受到较大破坏，弹性恢复能力较强，能有效应对裂缝的张开和闭合的变化。
在钻井堵漏中，带井下工具，随钻时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为钻井液总质量的3％，加入后水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的95％。不起钻堵漏时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为堵漏浆总重量的15％，加入后水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的92％。光钻杆堵漏时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为堵漏浆总重量的30％，加入后水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的89％。
实施例3
长度为2mm的碳纤维1份，无机硅材料(粒径为10～20目的云母片15份、粒径为20～40目的石英石30份、粒径为20～40目的硅灰石25份)70份，弹性石墨(粒径为20～60目，经30MPa压缩后回弹率为85％)15份，韧性材料(丁苯橡胶10份、硅橡胶4份)14份，常温常压下搅拌均匀，得到钻井用复合堵漏材料。
对所述钻井用复合堵漏材料施加压力30MPa-0.5h下，原始体积36cm3，加压后体积32.59cm3，卸压后体积34.17cm3，体积变化为1.58cm3，说明本实施例所得钻井用复合堵漏材料在高压载荷下未受到较大破坏，弹性恢复能力较强，能有效应对裂缝的张开和闭合的变化。
在钻井堵漏中，带井下工具，随钻时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为钻井液总重量的3％，加入后水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的93％。不起钻堵漏时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为堵漏浆总重量的13％，加入后水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的90％。光钻杆堵漏时，所述钻井用复合堵漏材料的加量为堵漏浆总重量的25％，加入后水基钻井液无明显增稠，油基钻井液破乳电压降至初始值的89％。
对比例1
纤维材料(碳纤维)1份，核桃壳30份，贝壳粉30份，碳酸钙15份，天然橡胶14份，常温常压下搅拌均匀，得到堵漏材料。
对所述堵漏材料施加压力30MPa-0.5h，原始体积36cm3，加压后体积33.16cm3，卸压后体积33.59cm3，体积恢复极小，核桃壳明显大部分破碎。
在钻井堵漏中，所述堵漏材料的加量为钻井液总重量的2～15％。其加量为2％时，对水基钻井液增稠较小，油基钻井液破乳电压降至初始值60％；其加量为8％时，对水基钻井液增稠较大，油基钻井液破乳电压降至初始值40％；其加量为15％时，对水基钻井液增稠较大，油基钻井液破乳电压降至初始值40％；显然，对比例所得堵漏材料相比本发明实施例提供的钻井用复合堵漏材料而言，几乎没有弹性恢复能力，且对钻井液性能影响较大。
对比例2
与实施例1的原料类似，区别仅在于，所述弹性石墨的用量为10份。
对比例3
与实施例1的原料类似，区别仅在于，所述弹性石墨的用量为40份。
对比例4
与实施例2类似，区别仅在于，所述碳纤维的用量为3份。
对比例5
与实施例2类似，区别仅在于，所述韧性材料的用量为15份。
对比例6
与实施例3类似，区别仅在于，所述无机硅材料的用量为45份。
对比例7
与实施例3类似，区别仅在于，所述无机硅材料的用量为80份。
室内抗返吐能力测试：
①在图1所示的装置的填砂筒中装满粒径为4～10mm砂砾；同时给填砂筒加上环向压力10MPa。
②通过堵漏仪上部想浆筒中加入4000mL的堵漏浆(堵漏浆包括4000mL的淡水、200g水基悬浮剂(荆州嘉华科技有限公司出售，Blockvis-W)和1200g的复合堵漏材料和4000g重晶石)，从设备上部开始加压，1MPa开始，最高加压7MPa，每个压力状态下保持滴漏或无漏失30min后则提高1MPa压力；
③当压力达到7MPa后，维持30min，卸去压力，将剩余堵漏浆清除，在浆筒中填充测试基浆(基浆包括100份淡水+0.8份黄原胶+100份重晶石)，用量以装满浆筒为准；所述复合堵漏材料为实施例1～3及对比例1～7所得复合堵漏材料；
④开始进行反吐实验，上部接头接压力表，从下部开始加压；
⑤在堵漏仪器的下部，根据实验需要设置，每隔1MPa逐步加压，进行反吐测试，每次加压后稳压30min，观察上部压力表数据，若无数据显示，则封堵部位未发生返吐，若有压力显示则发生返吐，记录上部的压力数据，即为返吐压力；
⑥测试结束后，拆卸实验装置，观察填砂筒内砂床中堵漏材料的停留位置，记录为侵入深度。
通过上述测试得到的实施例1～3及对比例1～7的室内抗返吐能力测试结果如图1所示。
表1实施例1～3及对比例1～7所得复合堵漏材料的室内抗返吐能力测试结果
从表1可以看出：本发明提供的钻井用复合堵漏材料，相比现有技术的堵漏材料(即对比例1提供的堵漏材料)，返吐压力普遍较高，且侵入漏缝的能力较强，并且弹性石墨加量越大，其抗返吐压力与侵入漏缝的能力越强；无机硅材料用量过大时，会影响侵入深度，从而影响抗返吐能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
