延迟膨胀颗粒堵漏剂的研究应用

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1、延迟膨胀颗粒堵漏剂的研究应用张歧安、徐先国、董维、付建国（新疆石油管理局钻井准东泥浆技术服务公司）摘要：井漏是严重影响钻井生产正常进行的井下复杂情况之一，目前所采用的堵漏方法主要是桥塞堵漏和快干水泥堵漏，桥塞堵漏所采用的材料多为天然物质加工而成，它们的吸水膨胀能力较小或不具备吸水膨胀能力，在钻井堵漏时，往往易造成堵漏效果不佳和堵漏后发生重复性漏失。延迟膨胀颗粒堵漏剂是一种吸水膨胀性很强的树脂，具有延迟膨胀的特征，这样能够保证颗粒材料有足够的时间进入井下漏失层位后继续膨胀，其吸水膨胀体积倍数可以达到

2、4～8倍。同时，延迟膨胀颗粒堵漏剂的机械弹性形变能力强，拉伸强度大，封堵强度高，与各种水基钻井液配伍性好。从而达到良好的堵漏效果和有效提高地层的承压能力。主题词：钻井、井漏、堵漏剂、堵漏一、前言井漏是钻井过程中一项非常棘手的技术难题，它不仅影响钻井的正常作业、钻井液的流失，还危及井壁稳定性，而且对油气层造成损害，并给试油和采油带来了许多后遗症的问题。同时，井漏在某些情况下又是无法避免的。因此，井漏发生时，及时有效的治理井漏就显得尤为重要。在治理井漏的诸多工艺当中，利用各种天然物质加工而成的堵漏材料

3、进行桥塞堵漏是目前较为普遍采用的堵漏方法。长期以来，工程技术人员针对不同情况的井漏，在实践中对各种堵漏材料进行了优选。但是，这些材料的共同缺陷在于：一是堵漏过程中自身的可变形性较差，稍大于漏层孔隙裂缝或是与漏层孔隙裂缝形状不匹配的颗粒就不易进入，在漏层表面形成堆积，并未深入漏层。二是这些堵漏材料不具有膨胀性或只有微小的膨胀量，在外部作用力的作用下不易稳定的滞留在漏层当中。由于上述原因，使用这些材料处理井漏时，往往易造成堵漏效果不佳和堵漏后发生重复性漏失。这就促使我们去研究和开发一种具有延迟膨胀性和

4、可变形性的新型膨胀颗粒堵漏剂来提高治理井漏的效果。国外膨胀颗粒堵漏剂在水库堤坝管涌堵漏、地铁隧道渗透堵漏、水基功能性建筑密封堵漏等领域都有应用。国内市场上现在出售的吸水膨胀颗粒主要以丙烯酰胺、纤维素和淀粉等多糖类化合物、无机或有机交联剂、粘土等填充材料组成，属于合成高分子水凝胶物质范畴。成功应用最多的应该是高吸水树脂或保水材料。采油堵水作业也有部分成功应用。但在这些合成方法中，吸水树脂的分子结构较为简单，主要是由交联剂参加接枝聚合反应过程中一次形成。因此高吸水树脂吸水过程中就容易出现“面团现象”，

5、吸水后易积聚成团，明显表现出吸水树脂凝胶强度弱，剪切易破碎，加压保水性能差等缺点。采用吸水膨胀颗粒作为钻井堵漏材料，不同于水库堤坝管涌堵漏、地铁隧道渗透堵漏、水基功能性建筑密封堵漏，除了应该具有良好强度，特别还应该具有延迟膨胀的特征，这样才能够保证颗粒材料有足够的时间进入井下漏失层位后继续膨胀，满足深入漏失地层深部堵漏的钻井生产工艺要求。WEA-1延迟膨胀颗粒堵漏剂的创新思路就在于，第一是堵漏材料具有较强的可变形性，易使其能够适应不同性状的漏层，解决漏层对堵漏材料的选择效应，弥补材料级配很难达到合

6、理的缺陷。第二是堵漏材料进入漏层后自身体积持续膨胀，使得漏层内的堵漏材料具有一定的扩张填充和内部挤紧压实的双重作用。第三是WEA-1的膨胀量受钻井液性能的影响小，在任何体系的水基钻井液中都具有良好的膨胀能力。因此，延迟膨胀颗粒堵漏剂在治理钻井井漏及其他方面的治漏上具有良好的发展前景。6二、延迟膨胀聚合物颗粒的合成技术延迟膨胀颗粒堵漏剂WEA-1是以丙烯酰胺为基础原材料，选用具有疏水性的有机化合物为交联剂，以化学共价键组成大分子交联网络，用双交联方法制备出互穿网络聚合物型吸水膨胀材料，用现有聚合方法

7、得到粒状固体聚合物。用疏水性物质（表面活性剂等）对聚合物材料颗粒的表面进行化学改性，使其达到亲油疏水的效果，最终达到延缓吸水速度，延迟膨胀时间的目的。三、作用机理：延迟膨胀型颗粒堵漏剂WEA-1以聚合物大分子所特有的酰胺基等化学官能团为基础，借助化学键和分子间力的作用，选用适当的亲油疏水物质，对聚合物颗粒表面进行化学改性，依靠疏水分子或分子膜的作用，阻止水分子进入聚合物中，延缓聚合物与水分子的作用。延迟膨胀物质的疏水作用主要是为了使其在一定温度和水浸泡环境下，随着疏水性物质的分散，达到聚合物逐渐吸

8、水、缓慢溶胀的目的，这样可以保证有足够的时间用水基钻井液将聚合物颗粒带进漏失层深部。同时，因整个交联网络的强烈作用，导致聚合物只溶胀而不溶解，固体聚合物颗粒体积增大，溶胀体强度高，抗冲刷能力强，从而提高封堵效果。四、WEA-1主要技术指标：1.粒径：根据造粒和筛分条件，粒径可以控制在0.1μm～3mm，也可以根据钻井漏失地层的实际裂缝尺寸做特殊加工处理；2.颗粒密度：1.30～1.50g/cm3；3.膨胀倍数：4～8倍（wt%）；4.膨胀时间：遇水开始缓慢膨胀，膨胀时间和膨胀速率可