一种密度可调堵漏材料及其制备方法与流程

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1.本发明属于油气、干热岩、地热钻井领域，更具体地，涉及一种密度可调堵漏材料及其制备方法。

背景技术：

2.在油气、干热岩、地热钻井过程中，当钻遇压力衰竭地层、破碎或弱胶结地层、裂缝发育地层及多套压力层系等时，经常会发生井漏，桥接堵漏工艺仍然是最常用的方式。桥接堵漏作用机理就是惰性材料进入裂缝架桥封堵漏失层，不同粒径，不同软硬程度的颗粒材料形成“架桥”，“架桥”形成以后，形成了封堵漏失通道的基本骨架，漏失通道由大变小。骨架的强度决定着堵漏的成功与否。根据单颗粒桥堵非弹性破坏的最大压差理论，封堵带的强度与桥接材料的强度成正比例，即桥接材料的强度越高，形成的封堵带强度越高，因此选用高强度的架桥材料，有利于保证封堵墙的强度，提高堵漏效果。
3.为保证堵漏效果，现有堵漏浆一般由不同形状、不同大小、不同性质的多种堵漏材料复配而成，常用的有核桃壳、锯末、棉纤维等生物材料，橡胶粉、塑料片、纤维等有机材料及云母、蛭石、长石等矿物材料等。但是这些堵漏材料在应用中存在着一些问题。
4.(1)这些堵漏材料成分不同，密度差异大，当同时加入到堵漏浆时，由于不同堵漏材料之间及堵漏材料与堵漏浆之间存在密度差，重力作用下会出现低密度的核桃壳、橡胶粉上浮，而云母等矿物材料下沉，且大粒径材料上浮或下沉速度大于小粒径材料的问题，破坏堵漏浆的稳定性。
5.(2)常用的堵漏材料中核桃壳、锯末、纤维的密度较低，但抗温能力不足150℃，且由于吸水作用在溶液环境下强度衰减很快；大多树脂类塑料材料密度低于1.1g/cm3，但在一定温度下会发生变形，或者性质发生变化，不能满足150℃以上地层堵漏要求。而云母、蛭石等矿物材料虽然抗温能力强且具有较高的强度，但密度大于2.0g/cm3，很容易沉降，见表1。处于中间范围与钻井液基浆密度接近的、密度1.1-2.0g/cm3且抗高温(150℃以上)承压能力好，且性能稳定的堵漏材料非常少。
6.(3)现有堵漏浆中的堵漏材料有多种组成，为了满足浆体的悬浮稳定性，需要堵漏浆保持一定的粘度和切力，但高粘度的堵漏浆一方面会增加泵送压力，另一方面浆体粘稠也限制了堵漏材料加量。且当堵漏浆进入较高温度漏层时，堵漏浆粘度变低，仍会发生堵漏材料分层现象，影响堵漏效果。
7.随着深井超井井日益增多，及干热岩开发潜力巨大，高温地层漏失对桥接堵漏材料在高温下的强度保持提出了更高要求。急需优选及研发与堵漏浆密度接近，且具备良好的抗温能力和高强度的桥堵材料。该堵漏材料应用时与钻井液体系密度接近，在钻井液中能够很好悬浮，可以简化堵漏材料种类，同时抗温抗压能力强，在漏层温度下能够形成一定强度的封堵墙。
8.表1部分常用堵漏材料性能
9.

技术实现要素：

10.本发明的目的在于解决上述问题，开发一种可指定密度且抗温抗压能力好的堵漏材料及其制备方法，堵漏材料能够很好悬浮于堵漏浆中，不发生分层，解决桥接堵漏浆中堵漏材料悬浮稳定性的问题，简化堵漏材料种类，同时满足高温条件下的承压要求。
11.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种密度可调堵漏材料，该密度可调堵漏材料包括：
12.有机材料、无机材料；
13.所述无机材料与所述有机材料的质量比为10:1～0.05:1；
14.所述有机材料选自聚苯乙烯、废旧聚苯乙烯泡沫、聚碳酸酯和abs中的至少一种；
15.所述无机材料包括膨润土、碳酸钙和重晶石粉末中的至少一种。
16.将上述获得的堵漏材料加入到堵漏浆中，堵漏材料悬浮不沉降，堵漏浆中堵漏材料的粒度级配可保持均匀稳定。
17.根据本发明，所述无机材料还可以选用本领域技术人员常规采用的其他无机材料，只要满足本发明的目的即可。
18.作为优选方案，所述密度可调堵漏材料的组成为：有机材料和无机材料，即只含有有机材料和无机材料。
19.作为优选方案，所述无机材料与所述有机材料的质量比为4:1～0.1:1。该范围为最优的操作范围。如果无机材料含量太高，会造成形成的均匀溶液太粘稠，或无法混合，均匀性受到影响。而无机材料含量太低的话形成的堵漏材料密度低，抗温承压能力相对较差。(备注：无机材料含量越高，制备的堵漏材料抗温性越好，承压能力越高，但混合时形成的溶液越粘稠，操作难度加大)
20.作为优选方案，所述有机材料为聚苯乙烯，也可以是聚苯乙烯泡沫。
21.本发明的第二方面提供上述密度可调堵漏材料的制备方法，该制备方法包括：
22.(1)将有机材料溶解到有机溶剂中，形成溶解均匀的粘稠溶液；
23.(2)向溶解均匀的粘稠溶液中加入无机材料，混合均匀得到混合物；
24.(3)将混合物抽真空、低温干燥并回收有机溶剂；
25.(4)粉碎，获得目标粒径的堵漏材料。
26.根据本发明，一般而言，堵漏材料密度越低，需混入的有机材料越多，但相应抗温抗压能力下降，本发明的方法可以根据需要制备出不同密度的、满足抗温抗压能力要求的堵漏材料。
27.作为优选方案，所述有机溶剂为二氯甲烷和/或。更优选为二氯甲烷。
28.根据本发明，粉碎方式为冷冻粉碎和/或直接粉碎。
29.作为优选方案，有机材料与有机溶剂的质量比为1～40:100。更优选为12～25:100。
30.本发明的有益效果：
31.(1)本发明的方法简单、易操作，可以根据需要制备出不同密度的堵漏材料，可规模化应用。
32.(2)本发明的方法在溶液状态下有机材料和无机材料均匀混合，因此溶剂蒸发后形成的材料整体结构均匀，密度介于有机材料和无机材料之间，且可以根据需要通过调整有机材料和无机材料的种类制备出任意密度的堵漏材料。
33.(3)本发明的方法可以利用废弃的聚苯乙烯泡沫、废旧聚碳酸酯塑料为原料，有利于环境保护。
34.(4)本发明的方法中有机溶剂不参与反应，其所起的作用是将有机材料转化为液态，便于与无机材料均匀混合。可以通过回收装置回收，成本低。
35.(5)本发明形成的堵漏材料抗温性好，抗压能力高，将制备出的堵漏材料加入到堵漏浆中，堵漏材料悬浮不沉降，堵漏浆中堵漏材料的粒度级配可保持均匀稳定。
36.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
37.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
38.堵漏材料粒径搭配规律按照san-2工程分布规律进行，具体为：
[0039][0040]
式中：
[0041]v1
—留于s尺寸筛上的颗粒体积，％；
[0042]vt
—留于smin筛上的颗粒总体积，％；
[0043]smin
—所用最大目数筛尺寸，mm；
[0044]
k—常数，一般取1.1～1.2；
[0045]
w—需要封堵的裂缝宽度，mm。
[0046]
按照san-2工程分布规律计算出不同粒径材料的体积比，再根据体积比确定不同粒径的材料重量。
[0047]
堵漏评价：利用dlm-01a型堵漏模拟装置进行堵漏评价，仪器最大承压范围7mpa。
[0048]
实施例1：
[0049]
(1)称取100g二氯甲烷，加入25g聚苯乙烯(可以是废弃的聚苯乙烯泡沫)，搅拌均匀后加入2.5g膨润土，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为1.1g/cm3。
[0050]
(2)配置堵漏浆a。在密度1.1g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的8％重量体积比。
[0051]
(3)配置堵漏浆b。在密度1.1g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的8％重量体积比。
[0052]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵3mm裂缝，承压3mpa。堵漏浆b封堵失败。
[0053]
实施例2
[0054]
(1)称取100g二氯甲烷，加入25g聚苯乙烯(可以是废弃的聚苯乙烯泡沫)，搅拌均匀后加入14g膨润土，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为1.3g/cm3。
[0055]
(2)配置堵漏浆a。在密度1.3g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的8％重量体积比。
[0056]
(3)配置堵漏浆b。在密度1.3g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的8％重量体积比。
[0057]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵3mm裂缝，承压4.8mpa。堵漏浆b封堵失败。
[0058]
实施例3：
[0059]
(1)称取100g二氯甲烷，加入25g聚苯乙烯(可以是废弃的聚苯乙烯泡沫)，搅拌均匀后加入32g膨润土，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为1.5g/cm3。
[0060]
(2)配置堵漏浆a。在密度1.5g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的10％重量体积比。
[0061]
(3)配置堵漏浆b。在密度1.5g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳、云母、长石堵漏材料，三种材料的比例为2:2:1，堵漏材料总体加量为浆体的10％重量体积比。
[0062]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵3mm裂缝，承压6mpa，浆体放置24h后仍然能够成功封堵。堵漏浆b热滚后出现分层现象，搅拌均匀后立即进行堵漏实验，承压3mpa，搅拌后放置24h再进行堵漏实验，则封堵失败。
[0063]
实施例4：
[0064]
(1)称取120g二氯甲烷，加入25g聚苯乙烯(可以是废弃的聚苯乙烯泡沫)，搅拌均匀后加入82g膨润土，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为1.8g/cm3。
[0065]
(2)配置堵漏浆a。在密度1.8g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的12％重量体积比。
[0066]
(3)配置堵漏浆b。在密度1.8g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳、云母、长石堵漏材料，三种材料的比例为2:2:1，堵漏材料总体加量为浆体的12％重量体积比。
[0067]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵3mm裂缝，承压7mpa，浆体放置24h后仍然能够成功封堵。堵漏浆b热滚后出现分层现象，搅拌均匀后立即进行堵漏实验，承压3mpa，搅拌后放置24h再进行堵漏实验，则封堵失败。
[0068]
实施例5：
[0069]
(1)称取100g二氯甲烷，加入25g聚碳酸酯(可以是废弃的聚碳酸酯塑料)，搅拌均匀后加入58g膨润土，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为1.8g/cm3。
[0070]
(2)配置堵漏浆a。在密度1.8g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的12％重量体积比。
[0071]
(3)配置堵漏浆b。在密度1.8g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳、云母、长石堵漏材料，三种材料的比例为2:2:1，堵漏材料总体加量为浆体的12％重量体积比。
[0072]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵4mm裂缝，承压7mpa，浆体放置24h后仍然能够成功封堵。堵漏浆b热滚后出现分层现象，搅拌均匀后立即进行堵漏实验，承压3mpa，搅拌后放置24h再进行堵漏实验，则封堵失败。
[0073]
实施例6：
[0074]
(1)称取200g二氯甲烷，加入20g聚碳酸酯(可以是废弃的聚碳酸酯塑料)和5g聚苯乙烯(可以是废弃的聚苯乙烯泡沫塑料)，搅拌均匀后加入70g超细碳酸钙，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为2.0g/cm3。
[0075]
(2)配置堵漏浆a。在密度2.0g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的12％重量体积比。
[0076]
(3)配置堵漏浆b。在密度2.0g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳、云母、长石堵漏材料，三种材料的比例为2:2:1，堵漏材料总体加量为浆体的12％重量体积比。
[0077]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵4mm裂缝，承压7mpa，浆体放置24h后仍然能够成功封堵。堵漏浆b热滚后出现分层现象，搅拌均匀后立即进行堵漏实验，承压5mpa，搅拌后放置24h再进行堵漏实验，则承压1mpa。
[0078]
实施例7：
[0079]
(1)称取100g二氯甲烷，加入10g聚碳酸酯(可以是废弃的聚碳酸酯塑料)和10g聚苯乙烯(可以是废弃的聚苯乙烯泡沫塑料)，搅拌均匀后加入80g膨润土，搅拌均匀后放入真空干燥器中，设定温度50℃，溶剂通过干燥器回收。等样品完全干燥后冷冻粉碎成不同粒径尺度的堵漏材料，测得堵漏材料的密度为1.9g/cm3。
[0080]
(2)配置堵漏浆a。在密度1.9g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入上述所得的堵漏材料，堵漏材料总体加量为浆体的10％重量体积比。
[0081]
(3)配置堵漏浆b。在密度1.9g/cm3的钻井液基浆中，按照san-2工程分布规律，加入同样粒度及配比的核桃壳、云母、长石堵漏材料，三种材料的比例为2:2:1，堵漏材料总体加量为浆体的10％重量体积比。
[0082]
(4)堵漏浆a与堵漏浆b分别在150℃下热滚16h后对比其封堵性能。堵漏浆a能够封堵4mm裂缝，承压7mpa，浆体放置24h后仍然能够成功封堵。堵漏浆b热滚后出现分层现象，搅拌均匀后立即进行堵漏实验，承压5mpa，搅拌后放置24h再进行堵漏实验，则承压1mpa。
[0083]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：

1.一种密度可调堵漏材料，其特征在于，该密度可调堵漏材料包括：有机材料、无机材料；所述无机材料与所述有机材料的质量比为10:1～0.05:1；所述有机材料选自聚苯乙烯、废旧聚苯乙烯泡沫、聚碳酸酯和abs中的至少一种；所述无机材料包括膨润土、碳酸钙和重晶石粉末中的至少一种。2.根据权利要求1所述的密度可调堵漏材料，其中，所述密度可调堵漏材料的组成为：有机材料和无机材料。3.根据权利要求1或2所述的密度可调堵漏材料，其中，所述无机材料与所述有机材料的质量比为4:1～0.1:1。4.根据权利要求1或2所述的密度可调堵漏材料，其中，所述有机材料为聚苯乙烯。5.权利要求1-4中任意一项所述密度可调堵漏材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：(1)将有机材料溶解到有机溶剂中，形成溶解均匀的粘稠溶液；(2)向溶解均匀的粘稠溶液中加入无机材料，混合均匀得到混合物；(3)将混合物抽真空、低温干燥并回收有机溶剂；(4)粉碎，获得目标粒径的堵漏材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述有机溶剂为二氯甲烷和/或。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述有机溶剂为二氯甲烷。8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，粉碎方式为冷冻粉碎和/或直接粉碎。9.根据权利要求5所述的制备方法，其中，有机材料与有机溶剂的质量比为1～40:100。10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，有机材料与有机溶剂的质量比为12～25:100。

技术总结

本发明属于油气、干热岩、地热钻井领域，具体涉及一种密度可调堵漏材料及其制备方法。该密度可调堵漏材料包括：有机材料、无机材料；所述无机材料与所述有机材料的质量比为10:1～0.05:1；所述有机材料选自聚苯乙烯、废旧聚苯乙烯泡沫、聚碳酸酯和ABS中的至少一种；所述无机材料包括膨润土、碳酸钙和重晶石粉末中的至少一种。该材料具有有机材料和无机材料的双重优点，既有好的抗温承压能力，同时具有一定弹韧性，且能够很好悬浮于堵漏浆中，不发生分层，解决桥接堵漏浆中堵漏材料悬浮稳定性的问题，简化堵漏材料种类。可大规模应用于深井及恶性漏层堵漏中，应用潜力巨大。应用潜力巨大。