新型体膨堵漏剂STP研究(论文修改稿4)

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1、核壳结构新型体膨堵漏剂STP的研究张歧安徐先国薛民生（西部钻探准东钻井泥浆公司，新疆阜康）摘要：井漏是石油钻井过程中经常遇到的井下复杂问题，由于目前使用的桥塞堵漏剂缺乏适度的形变能力和膨胀性能，往往造成钻井井漏的堵漏效果不佳和材料消耗量较大。通过研究发现具有核壳结构模式的新型体膨堵漏材料则具有一定变形性和强度，特别是在一段时间内具有可持续膨胀的特性，因此，在钻井堵漏中可以利用常规堵漏材料对漏失通道产生一定的封堵和架桥作用，再利用膨胀堵漏剂的膨胀性和变形性来大幅度提高对漏失通道的封堵效果和承压能力，从而达到降低井漏产生的复杂损失和提高钻井综

2、合效率的目的。关键词：井漏堵漏体膨堵漏剂核壳结构井漏是石油钻井过程中经常遇到的井下复杂问题，它不仅影响钻井作业的正常进行，造成钻井时间延长，而且往往会衍生出其它类型的井下复杂，严重时可能造成井塌、卡钻、井喷等恶劣后果，同时造成钻井成本的大幅度上升。如何快速有效的做好堵漏工作，尽快恢复井下正常，多年来一直是钻井界不断研究与发展的技术课题。在治理井漏的诸多工艺当中，利用各种堵漏材料进行桥塞堵漏是较为普遍和见效的常规现场作法[1-3]。然而，目前普遍使用的桥塞堵漏剂在变形性和膨胀性方面都还存在较大的缺陷，在处理井漏中由于堵漏材料颗粒级配或技术操

3、作不当等原因，往往容易形成两种局面，一是在漏层表面大量堆积，并未深入漏层，在钻井液液流的冲刷下容易发生二次或反复性漏失，造成堵漏效果不佳。二是堵漏材料的膨胀性差，进入漏层后不能有效膨胀以提高滞留和堵漏承压效果，造成井漏持续发生。因此，开发出具有一定变形性和强度，特别是在一段时间内具有可持续膨胀特性的新型体膨堵漏剂将有助于提高堵漏效果和地层承压能力，从而降低钻井井漏复杂损失和提高钻井综合效率。一核壳结构新型体膨堵漏剂STP分子结构的确立国内外有关吸水膨胀材料方面现有的技术和产品都是高吸水倍数（500～2000倍数）和高膨胀速度（100～45

4、0毫升/克·分钟），它们大多数以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸钠、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、二烯丙基二甲基氯化铵9等水溶性化合物为主体的线形高分子聚合物质，部分产品还填充了蒙脱土、高岭土等可以水化膨胀的粘土物质，由于吸水后体积无限制膨胀，最终形成溶解而失去强度，从而无法实现长期有效的钻井堵漏目的。近年来出现了以无机化合物与有机化合物杂化化学反应，生成一种在无机化合物上嫁接的高分子杂化材料[4]。基于杂化材料的反应原理，新型体膨堵漏材料STP的结构设计就是将能够吸水膨胀的高分子化合物嫁接到刚性无机纳米材料表面，使其成为

5、一个核壳结构（Core–shellStructure）有机整体[5]。其中，作为核材料的纳米级无机矿物质，在形成“硬核—软壳”包覆结构后，使堵漏材料既保持了刚性强度，良好弹性变形能力，同时又可以调节堵漏剂的自身密度。由此产生的新型体膨堵漏剂STP其技术特征在于低吸水倍数（1～8倍数）、低膨胀速度（1～3倍/小时.25℃，4～8倍/小时.50℃）和不溶解，可控的膨胀速度、适度的膨胀体积以及一定的机械强度，更好地满足了堵漏工艺的技术要求。核壳结构体膨堵漏剂STP的优势就在于，第一是体膨堵漏剂STP具有一定的可变形性，使其能够进入不同形状的漏层

6、当中，力图解决漏层对堵漏材料的选择效应。第二是体膨堵漏剂STP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向外扩张填充和内部挤紧压实的双重作用。第三体膨堵漏剂STP膨胀量可以根据不同的温度、溶液介质pH值等环境因素来调整其膨胀性能。二核壳结构体膨堵漏剂STP膨胀性能的控制钻井堵漏（桥塞）的现场工艺大致分为三个阶段：第一阶段是根据漏失情况配置堵漏泥浆。第二阶段是将配制好的堵漏泥浆泵送到预测的漏失层位进行循环或憋压挤堵。第三阶段是静候堵漏或试压判断堵漏效果。根据堵漏工艺三阶段的技术特征，体膨堵漏剂STP通过科学的控制产品结构来达到合理

7、满足钻井堵漏工艺要求的膨胀堵漏目的。2.1体膨堵漏剂STP必须具备的膨胀特征通常，体膨材料可以具有三种膨胀方式①核与壳同步膨胀[6]；②核膨胀，壳不变化[6]；③核不变化，壳适度控制膨胀。这些膨胀过程都可以具有初级膨胀和再膨胀两个阶段。显然，具有核物质膨胀的体膨剂在膨胀后将直接导致材料应力强度的损失，核物质不膨胀而壳物质膨胀，不仅可以保持原有物质的物理强度，而且还有利于整体材料的物理形变，所以理想的体膨堵漏剂STP应该选择第③种控制膨胀方式，如图1所示。同时，钻井堵漏时，为更好地提高堵漏效果，在地面配浆过程中，堵漏剂STP的膨胀变化9能保

8、持相对较小的体积，当堵漏泥浆注入漏层后，堵漏剂STP的体积还能产生持续有效的增加。图1体膨堵漏剂核壳结构模式2.2体膨堵漏剂STP弹性变形机理硬核一软壳结构的堵漏剂STP吸水膨胀后在外界压力作