一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑及其製備方法和應用的製作方法

2023-09-16 08:13:35 2

一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑及其製備方法和應用，屬於鑽井【技術領域】的有機合成纖維堵漏劑領域，由氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦白粉，與聚醚碸以及聚四氟乙烯共混而成。製備方法：將氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦白粉組成的填料，與聚醚碸以及聚四氟乙烯加入至高速混合機中，在360℃下進行共混，以2.5/s的剪切速率混合30～45分鐘後，在260℃下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。應用：作為堵漏纖維，配合堵漏顆粒和堵漏柔性碎片應用於橋接堵漏。本發明是一種同時具有良好耐溫性和耐鹼性，以及架橋、滯留性能，不吸水、不吸油的橋接堵漏纖維材料。
【專利說明】一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑及其製備方法和應用

【技術領域】
[0001] 本發明屬於鑽井【技術領域】的有機合成纖維堵漏劑領域。

【背景技術】
[0002] 隨著經濟的快速發展，進而帶動能源需求量急劇增加。能源最重要的種類是石油 和天然氣。鑽井工程是油氣資源獲得的首要手段。
[0003] 井漏是鑽井施工過程中經常發生的複雜情況，輕微的井漏會導致鑽井作業中斷， 嚴重的漏失處理需要耗費更多的人力、財力、物力。如果井漏處理不當或不及時，還會誘發 井塌、井噴和卡鑽等事故，甚至導致部分井眼或全部井段報廢，由此帶來巨大損失。在鑽井 實踐中，雖然對井漏的原因與預防已積累了一些成功經驗，有時雖然方法有效，但如果材料 選用不當，亦無法解決問題。
[0004] 發生井漏的最根本原因是鑽井液液柱壓力大於地層壓力，具體原因細分為地層本 身存在裂縫或溶洞等流動通道、地層破裂壓力小於鑽井施工的鑽井液當量液柱壓力等情 況，在實際施工中井漏由單一原因引起或多種因素並存。因此，必須要對此進行堵漏。
[0005] 堵漏就是在低壓地層中填充堵漏材料，從而堵塞裂縫、孔隙等流體流動通道，或通 過堵漏材料的吸水膨脹而加固井壁，使地層的承壓能力得到提高。常用的堵漏材料主要有 纖維類堵漏劑、剛性顆粒類堵漏劑、可變形顆粒類堵漏劑、複合堵漏劑以及可凝固類堵漏 劑。堵漏技術分為隨鑽堵漏技術、固結堵漏技術、橋接堵漏技術等多種技術，它適應於不同 的地層條件。
[0006] 1、隨鑽堵漏技術：
[0007] 隨鑽堵漏適應於低壓滲漏地層的鑽井堵漏，一般要求漏失速度小於3m3/h。它主要 是在鑽井液中添加顆粒直徑較小的纖維類堵漏材料、剛性顆粒類堵漏材料以及可變形顆粒 類堵漏材料，在鑽井液液柱正壓差的作用下，堵漏材料通過滲濾作用，在地層孔隙或微裂縫 上架橋、填充和封堵，堵塞流體流動通道，達到堵漏目的。它適合於高滲透砂層、礫石層、破 碎煤層以及其它存在微裂縫的地層堵漏。
[0008] 2、固結堵漏技術：
[0009] 固結堵漏包括水泥眾堵漏、膠質水泥堵漏、MTC堵漏、柴油水泥堵漏及石灰乳堵漏 等多種方法，它是利用水泥、石灰凝固而堵塞地層裂縫、孔隙等流體流動通道，達到堵漏或 提高地層承壓能力的目的。適用於漏失層位明確的惡性井漏，其施工工藝比較複雜，風險 大。
[0010] 3、橋接堵漏技術：
[0011] 橋接堵漏主要是利用多種堵漏材料按一定配比配製堵漏漿，使固體顆粒堵塞裂 縫、孔隙通道，其中剛性顆粒在漏失通道中起架橋和支撐作用，纖維和片狀堵漏劑在剛性顆 粒間起連接、封堵作用，可變形堵漏劑主要是填充作用，通過擠壓變形堵塞剛性顆粒、纖維 和片狀堵漏劑封堵後剩下的孔隙空間，降低封堵滲透濾，達到堵漏的目的。常用的橋接堵漏 材料必須滿足如下條件：①與攜帶液（鑽井液）無明顯的化學作用，對鑽井液性能無破壞性 影響，具有抗溫能力；②具有一定強度，在水中和鹼液中浸泡一段時間，強度無明顯降低； ③材料便於加工和管理，不易腐爛變質；④來源廣，價格便宜。
[0012] 二、傳統纖維堵漏劑的缺陷：
[0013] 傳統纖維堵漏材料主要來源於植物、動物、礦物，以及一系列合成纖維，如鋸末、各 種樹木粉末、棉纖維、皮革粉、亞麻纖維、花生殼、玉米心、紙纖維、甘蔗渣、棉籽殼、石棉粉、 廢棕繩等，當用纖維材料進行堵漏時，必須要有能力在堵橋上形成密封，以降低堵塞滲透 率。也就是說，它們必須具有足夠的強度，才能橋接填塞顆粒材料中形成的間隙，而且還必 須具有足夠的彈性和塑性，才能變形封堵大部分縫隙的有效流動面積。
[0014] 傳統纖維主要存在以下幾個不足之處：
[0015] 1)傳統植物纖維吸水（油）性強，在堵漏漿或遇地層水後易變軟，從而降低結網堵 漏能力；
[0016] 2)傳統植物纖維、合成纖維耐溫性差、耐鹼性不好，遇地層高溫或高pH地層條件 後發生形變，改變原有特性，降低堵漏能力；
[0017] 3)傳統纖維柔性強不易架橋且不易滯留，在遇地層異常壓力或返排時易將堵漏層 衝開導致堵漏失敗。
[0018] 因此，現有技術一直沒找到一種同時具有良好耐溫性和耐鹼性，以及架橋、滯留性 能，不吸水、不吸油的橋接堵漏纖維材料。


【發明內容】

[0019] 本發明的目的在於：提出一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑及其製備方法和應 用，在石油工業鑽井過程中對漏失地層能夠進行有效封堵，利用有機合成合金纖維架橋成 功後，搭配合成纖維進行結網作用使得架橋結構更加牢固，後續堵漏材料能夠更好地截留 停滯在架橋處，從而避免進入漏層，成功實現控制漏失，達到堵漏作用。
[0020] 本發明目的通過下述技術方案來實現：
[0021] 一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑，由氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦白粉，與 聚醚碸以及聚四氟乙烯共混而成，該合金纖維堵漏劑耐溫多120°c，耐鹼pH多12. 5,堵塞能 力彡16. 5MPa，濾失量彡500ml，流動度彡100_。
[0022] 前述鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑的製備方法，將氣相二氧化矽、活性碳酸鈣 和鈦白粉組成的填料，與聚醚碸以及聚四氟乙烯加入至高速混合機中，其中聚醚碸與聚四 氟乙烯的質量比為1:1?6:4,氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦白粉的質量比為1:1: 1，聚合 物與填料的質量比為85:15?90:10,在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30? 45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。
[0023] 上述方案中，發明人經研宄發現，360°C下聚醚碸以及聚四氟乙烯可以完全熔融， 同時不會破壞其本身的化學結構；2. 5/s的剪切速度可以最高效的進行材料間的完全共 混，使填料均勾分布在共混物中；最終纖維長度在0. 5?10_。
[0024] 前述鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑的應用，作為堵漏纖維，配合堵漏顆粒和堵 漏柔性碎片應用於橋接堵漏。
[0025] 本發明的有益效果：本發明採用改性PES/PTFE共混物增強了合成合金纖維的強 度，對合金纖維的耐溫、耐鹼、耐鹽、耐腐蝕性有很好改觀，在高溫的井下液體環境中不易降 解，本發明通過樹脂增韌提高纖維堵漏劑的抗壓能力。
[0026] 本發明具有以下特點：
[0027] 1、不吸附水、不吸附油；
[0028] 2、耐溫性好、耐酸鹼強、不易腐蝕；
[0029] 3、抗壓性好，井下裂縫形變時不易折斷；
[0030] 4、在高溫的井下液體環境中不易降解。

【具體實施方式】
[0031] 下列非限制性實施例用於說明本發明。
[0032] 實施例1 :
[0033] 聚醚碸（PES粉料）53份，聚四氟乙烯（PTFE粉料）35份，氣相二氧化矽4份，活性 碳酸鈣4份，鈦白粉4份，染料，加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切 速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。
[0034] 測試結果：質量損失率：6· 4%，耐溫120°C，耐鹼pH值12. 5,堵塞能力16. 5MPa，濾 失量427ml，流動度125mm。
[0035] 前述數據的測試標準或方法如下：
[0036] 耐溫耐鹼檢測方法：稱取試樣（例：長度在0. 5mm?10mm) 10g(精確至0. Olg) 記為m，放入高溫老化罐中，再加入350ml pH多12. 5的燒鹼溶液，密封好後放入高溫滾子 加熱爐中於120°C下老化16小時後冷卻、開罐，清洗有機合成合金纖維至無鹼液殘留後， ·%γ·. - D 胃 於105°C下烘乾，在乾燥器內乾燥冷卻後稱重，記為ml。質量損失率S ? 100% m 。 S彡10%視為耐溫120°C，耐pH值12. 5。
[0037] 堵塞能力、漏失量檢測方法：基漿：量取5000ml蒸餾水，在電動攪拌器攪拌條件下 加入膨潤土 370. 0g，碳酸鈉2g，累計攪拌lh，室溫下密閉放置16h備用。基漿表觀粘度應在 16mPa *s?22mPa ^s。試驗眾：取3000ml基眾，加入試樣12g，有機合成堵漏顆粒（比如填料 如碳酸鈣晶須、硼酸鎂晶須和碳酸鈣晶須等增強聚醚醚酮/聚醚醯亞胺）580g (0. 550mm? I. 000mm200g，I. OOOmm ?I. 700mm200g，I. 700mm ?2. 800mm60g，2. 800mm ?4. 000mm60g， 3. 350mm?4. 750mm60g)，有機合成類柔性碎片（比如填料如納米SiO2等增強聚氨醋/環 氧樹脂預聚物）12g，同時加入150g隨鑽堵漏劑，攪拌30min，靜置30min，再攪拌5min，即 為試驗眾。分別稱取14mm鋼珠400g，IOmm鋼珠400g，4mm鋼珠600g，將所稱鋼珠放在堵漏 裝置配置的鋼珠床內（先放小的，後放大的），將鋼珠搖勻鋪平後放入堵漏裝置內腔中。將 3000ml配製好的試驗漿注入堵漏材料裝置中，旋緊罐蓋，連接加壓管線，靜置5min。打開排 放口，打開氣源加壓，先加〇. 7MPa壓力，收集試驗漿漏失量，穩定後每間隔2min增加0. 5MPa 壓力，在壓力增加到IOMPa後可加大增壓幅度，直到將壓力增加至16. 5MPa，穩壓30min，讀 取總的試驗漿漏失量。若將壓力增至16. 5MPa下穩壓30min後濾失量< 500ml，即視為堵塞 能力彡I6· 5MPa成功。
[0038] 流動度檢測方法：將上述試驗堵漏漿裝入高溫罐中，旋緊罐蓋，放入恆溫箱中在 120°C條件下恆溫2小時。用溼布擦淨流動試驗環及流動板，使之處於潤溼狀態，但不應帶 水珠；將恆溫冷卻至室溫的密閉容器打開，用電動攪拌器將堵漏漿攪拌5min，立即主乳流 動環至滿，刮平。將流動環按垂直方向迅速提起，待堵漏漿攤開靜止後，用直尺量取最大直 徑和最小直徑，取平均值作為流動度。
[0039] 實施例2 :
[0040] 聚醚碸（PES粉料）50份，聚四氟乙烯（PTFE粉料）38份，氣相二氧化矽4份，活性 碳酸鈣4份，鈦白粉4份，染料，加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪 切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。質量損 失率2%，耐溫120°C，耐鹼pH值12. 5,堵塞能力16. 5MPa，濾失量455ml，流動度126mm。 試驗方法同實施例1。
[0041] 實施例3:
[0042] 聚醚碸（PES粉料）45份，聚四氟乙烯（PTFE粉料）40份，氣相二氧化矽5份，活性 碳酸鈣5份，鈦白粉5份，染料，加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪 切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。質量損 失率8%，耐溫120°C，耐鹼pH值12. 5,堵塞能力16. 5MPa，濾失量472ml，流動度132mm。 試驗方法同實施例1。
[0043] 對比例1 :
[0044] 純聚醚碸（PES粉料）88份，氣相二氧化矽4份，活性碳酸鈣4份，鈦白粉4份，染 料，加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後， 在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。測試結果：質量損失率：15. 8%，耐溫 < 120°C，耐鹼pH值< 12. 5,堵塞能力8. 5MPa，濾失量1207ml，流動度151mm。試驗方法同 實施例1。
[0045] 對比例2 :
[0046] 純聚四氟乙烯（PTFE粉料）88份，氣相二氧化矽4份，活性碳酸鈣4份，鈦白粉4 份，染料，加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分 鍾後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。測試結果：質量損失率：11. 6%， 耐溫< 120°C，耐鹼pH值< 12. 5,堵塞能力16. 5MPa，濾失量203ml，流動度85mm。試驗方法 同實施例1。
[0047] 對比例3 :
[0048] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比1:1共混（即PES粉料50份，PTFE粉料50份）， 加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在 260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。質量損失率：4. 2%，耐溫120°C，耐鹼pH 值12. 5,堵塞能力12. OMPa，濾失量1005ml，流動度187mm。試驗方法同實施例1。
[0049] 對比例4 :
[0050] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比1:1共混（PES粉料43份，PTFE粉料42份），並添加 其他填料（如：木粉、重晶石等），聚合物與填料的質量比為85:15,加入至高速混合機中，在 360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成 纖、水洗、冷卻後即可。質量損失率：5. 2%，耐溫120°C，耐鹼pH值12. 5,堵塞能力13. OMPa， 濾失量896ml，流動度142mm。試驗方法同實施例1。
[0051] 對比例5:
[0052] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:4共混（PES粉料60份，PTFE粉料40份），加入至 高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下 擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。質量損失率：8. 8 %，耐溫120 °C，耐鹼pH值12. 5， 堵塞能力13. 5MPa，濾失量847ml，流動度161mm。試驗方法同實施例1。
[0053] 對比例6 :
[0054] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:4共混（PES粉料54份，PTFE粉料36份），並添 加其他填料（如：木粉、重晶石等），聚合物與填料的質量比為90:10,加入至高速混合機中， 在360°C下進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝 固成纖、水洗、冷卻後即可。質量損失率：32. 3%，耐溫< 120°C，耐鹼pH值< 12. 5,堵塞能 力5. 3MPa，濾失量1541ml，流動度238mm。試驗方法同實施例1。
[0055] 對比例7 :
[0056] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:5共混，並添加活性碳酸鈣和鈦白粉的質量比為 1:1，聚合物與填料的質量比為88:12,加入至高速混合機中，在360°C下進行共混，以2. 5/s 的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即可。質 量損失率：6· 3%，耐溫120°C，耐鹼pH值12. 5,堵塞能力15. OMPa，濾失量681ml，流動度 133mm。試驗方法同實施例1〇
[0057] 對比例8 :
[0058] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:5共混，並添加氣相二氧化矽和鈦白粉的質量 比為1:1，聚合物與填料的質量比為88:12,加入至高速混合機中，在360°C下進行共混， 以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後 即可。質量損失率：11.2%，耐溫<120°0，耐鹼？!1值<12.5，堵塞能力13.01^，濾失量 731ml，流動度115mm。試驗方法同實施例1。
[0059] 對比例9 :
[0060] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:5共混，並添加氣相二氧化矽和活性碳酸鈣的質 量比為1:1，聚合物與填料的質量比為88:12，加入至高速混合機中，在360°C下進行共混， 以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後 即可。質量損失率：12.4%，耐溫<120°0，耐鹼？!1值<12.5，堵塞能力17.010^，濾失量 475ml，流動度87mm。試驗方法同實施例1〇
[0061] 對比例10 :
[0062] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:5共混，並添加氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦 白粉的質量比為3:5:5，聚合物與填料的質量比為87:13，加入至高速混合機中，在360 °C下 進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水 洗、冷卻後即可。質量損失率：3. 8%，耐溫120°C，耐鹼pH值12. 5,堵塞能力14. 5MPa，濾失 量525ml，流動度108mm。試驗方法同實施例1〇
[0063] 對比例11 :
[0064] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比3:4共混，並添加氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦 白粉的質量比為1:1:1，聚合物與填料的質量比為85:15,加入至高速混合機中，在360°C下 進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水 洗、冷卻後即可。質量損失率：21. 8%，耐溫< 120°C，耐鹼pH值< 12. 5,堵塞能力16. 5MPa， 濾失量218ml，流動度86mm。試驗方法同實施例1。
[0065] 對比例12 :
[0066] 聚醚碸與聚四氟乙烯按質量比6:5共混，並添加氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦 白粉的質量比為1:1:1，聚合物與填料的質量比為70:30,加入至高速混合機中，在360°C下 進行共混，以2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水 洗、冷卻後即可。質量損失率：22. 3%，耐溫< 120°C，耐鹼pH值< 12. 5,堵塞能力14. OMPa， 濾失量978ml，流動度181mm。試驗方法同實施例1。
[0067] 對比總結：
[0068] 通過上述嚴格、充分的對比例可知，本發明特定的參數選擇，取得了顯著的效果提 升。本領域技術人員在權利要求的範圍外的各種常規選擇都遠達不到本發明的效果。
[0069] 其中，對比例1、2僅為純聚合物；對比例3、5為本發明的共混聚合物未添加填料； 對比例4、6為本發明的共混聚合物添加其他填料；對比例7、8、9為本發明的共混聚合物添 加本發明的部分填料；對比例1〇、11、12為非本發明的組分配比，分別是非填料配比、非共 混聚合物配比、非聚合物和填料配比。
[0070] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑，其特徵在於：由氣相二氧化矽、活性碳酸 鈣和鈦白粉，與聚醚碸以及聚四氟乙烯共混而成，該合金纖維堵漏劑耐溫多120°C，耐鹼 pH彡12. 5,堵塞能力彡16. 5MPa，濾失量彡500ml，流動度彡100_。
2. 如權利要求1所述的鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑的製備方法，其特徵在於：將 氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦白粉組成的填料，與聚醚碸以及聚四氟乙烯加入至高速混 合機中，其中聚醚碸與聚四氟乙烯的質量比為1:1?6:4,氣相二氧化矽、活性碳酸鈣和鈦 白粉的質量比為1:1: 1，聚合物與填料的質量比為85:15?90:10,在360°C下進行共混，以 2. 5/s的剪切速率混合30?45分鐘後，在260°C下擠出、噴絲、凝固成纖、水洗、冷卻後即 可。
3. 如權利要求1所述的鑽井用有機合成合金纖維堵漏劑的應用，其特徵在於：作為堵 漏纖維，配合堵漏顆粒和堵漏柔性碎片應用於橋接堵漏。
【文檔編號】C08K3/36GK104498000SQ201410809323
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】操盛章, 梅林德, 吳嬌, 程鵬至, 周翰, 餘越琳 申請人:成都得道實業有限公司