新型復(fù)合堵漏材料的研制及效果評(píng)價(jià)

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

新型復(fù)合堵漏材料的研制及效果評(píng)價(jià)

于小龍陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

新型復(fù)合堵漏材料以石英砂和瀝青作為原材料，通過試驗(yàn)優(yōu)選，確定瀝青與石英砂的最佳加量比例為5∶17.5，最佳加熱時(shí)間為5.5m in。用新型復(fù)合堵漏材料YC—1配方進(jìn)行高溫高壓封堵試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，采用YC—1配方后的封堵效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于未加工石英砂的封堵效果，在加壓到500 psi后基本上實(shí)現(xiàn)了完全封堵，且模擬地層可以承受500 psi的壓力。由于粗顆粒和細(xì)顆粒YC—1都具有變形性，故新型復(fù)合堵漏材料的橋堵、充填都可以達(dá)到最佳和最穩(wěn)定效果。粗顆粒和細(xì)顆粒YC—1加量的比例可以采用1∶1，但是總濃度不應(yīng)超過5%。

橋接堵漏材料；剛性；可變形性；高溫高壓試驗(yàn)；粒徑分布

符合橋接堵漏要求的材料種類有很多，但同時(shí)具有顆粒和可變形性特性的材料卻非常少，如能實(shí)現(xiàn)橋接材料性能一體化，則可以極大推動(dòng)橋接堵漏材料的發(fā)展。因此，通過特殊的加工工藝或者物理化學(xué)方法，研制一種成顆粒狀、具有剛性和可變形性，同時(shí)能起到架橋和變形填充的復(fù)合橋接堵漏材料具有十分重要的意義。

1 新型復(fù)合堵漏材料的研制

1.1材料選擇及物性分析

要想研制出新型復(fù)合堵漏材料，需要用多種材料進(jìn)行嘗試。目前，剛性堵漏材料主要包括建筑用石英砂、方解石、超細(xì)碳酸鈣，新型復(fù)合堵漏材料需要較好的包裹與分散特性，故采用圓度好、顆粒較細(xì)的石英砂作為剛性材料。石英砂是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2，石英砂的顏色為乳白色或無色半透明狀。可變形性堵漏材料包括建筑用瀝青、乳膠手套（作為乳膠材料）、橡皮筋（可作為橡膠材料）。由于乳膠和橡膠加熱后會(huì)產(chǎn)生有毒的氣體，故可變形性材料選擇建筑用瀝青。石油瀝青是原油蒸餾后的殘?jiān)?，為棕黑色有機(jī)膠凝狀物質(zhì)，在常溫下呈液體、半固體或固體，具有較高的感溫性。石英砂與瀝青的物理機(jī)械性能見表1。

表1 石英砂與瀝青的物理機(jī)械性能

1.2最佳加量比例的確定

通過試驗(yàn)優(yōu)選，確定瀝青與石英砂的最佳加量比例為5∶17.5。加砂量若小于17.5 g，則瀝青過量，使得攪拌后的砂和瀝青混合黏結(jié)成塊，無法分離；加砂量若大于17.5 g，則砂過量，導(dǎo)致石英砂包裹瀝青不均勻，有部分砂粒的表面仍然是裸露的。

1.3最佳加熱時(shí)間的確定

試驗(yàn)中一次加砂量為17.5 g，通過不同加熱時(shí)間下材料形成的效果來確定最佳加熱時(shí)間。

試驗(yàn)表明，最佳加熱時(shí)間為5.5min，此時(shí)材料的分散性最好，顆粒大小合適。若加熱時(shí)間較短，無法使材料很好地混合和分散；若加熱時(shí)間過長(zhǎng)，則裹在剛性材料表層的可變形性材料在過高的溫度下變焦、變脆，導(dǎo)致材料的抗壓能力降低，不能滿足實(shí)際需要。

1.4細(xì)粉砂與瀝青試制復(fù)合材料

由于石英砂原材料顆粒比較粗，包裹上一層可變形性材料后顆粒尺寸基本上都在20目以上，無法完全滿足鉆井堵漏材料的要求。要制成更細(xì)的復(fù)合堵漏材料，就需要采用更細(xì)的石英砂與建筑瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。因此，后期試驗(yàn)主要采用45～80、80～120、大于120目這三種細(xì)粉砂作為試驗(yàn)材料。

通過試驗(yàn)初步得出采用80～120目石英砂時(shí)，瀝青與石英砂的最佳加量比例為5∶19.5。

單尺寸砂與混配細(xì)粉砂對(duì)比試驗(yàn)見表2。試驗(yàn)表明，當(dāng)各種尺寸的材料采用1∶1∶1∶1的比例混和時(shí)，粗砂與細(xì)砂之間有一定的孔隙，可以更好地容納熔融狀瀝青。因此，材料的包裹比較均勻，形成的材料尺寸較細(xì)，比例亦比較接近，材料質(zhì)量?jī)?yōu)于單尺寸原料形成的材料質(zhì)量。單尺寸原料形成的材料顆粒過粗，比例不均，并且在攪拌的時(shí)候易成泥狀，攪拌困難。尤其是當(dāng)采用尺寸較細(xì)的砂時(shí)，試驗(yàn)效果很不理想。

表2 單尺寸砂與混配細(xì)粉砂對(duì)比試驗(yàn)

2 高溫高壓封堵效果試驗(yàn)

2.1未加工的石英砂封堵試驗(yàn)

配方：土漿＋2%石英砂（40～80目）＋1%石英砂（80～120目）＋1%碳酸鈣（600目）＋1%磺化瀝青（SAS）。

測(cè)定在80℃下高溫高壓罐加壓到100、200、300、400、500 psi（1 psi=6.895 kPa）時(shí)材料的失水量、總失水量和模擬地層的承壓狀況。

按照試驗(yàn)步驟，用未加工的石英砂配方進(jìn)行高溫高壓封堵試驗(yàn)。當(dāng)壓力加到200 psi時(shí)，模擬地層被壓穿了，這說明當(dāng)采用未加工的石英砂作為堵漏材料來封堵地層時(shí)，其承壓能力只能到200 psi，失水速度為0.4mL/min。未加工石英砂封堵試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 未加工石英砂封堵試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2新型復(fù)合堵漏材料YC—1封堵試驗(yàn)

配方：土漿＋1%YC—1（40～80目）＋2% YC—1（80～120目）＋1%碳酸鈣（600目）。

測(cè)定在80℃下高溫高壓罐加壓到100、200、300、400、500 psi時(shí)材料的失水量、總失水量和模擬地層的承壓狀況。

按照試驗(yàn)步驟，用新型復(fù)合堵漏材料YC—1配方進(jìn)行高溫高壓封堵試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，采用YC—1配方后的封堵效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于未加工石英砂的封堵效果，在加壓到500 psi后基本上實(shí)現(xiàn)了完全封堵，且模擬地層可以承受500 psi的壓力。YC—1封堵試驗(yàn)見表4。

表4 YC—1封堵試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 YC—1的適用條件

要想封堵一定孔徑的地層，需選擇適當(dāng)?shù)亩聞┝椒植迹詫?shí)現(xiàn)堵劑粒徑與孔隙的最佳匹配。由于YC—1的堵漏方式與屏蔽暫堵技術(shù)較為相似，故其粒徑采取以下原則：對(duì)于顆粒較粗的YC—1，其平均粒徑應(yīng)為儲(chǔ)層孔隙平均直徑的2/3；對(duì)于顆粒較細(xì)的YC—1，其平均粒徑應(yīng)該在儲(chǔ)層孔隙平均直徑的1/3～1/4范圍內(nèi)。由于粗顆粒和細(xì)顆粒YC—1都具有變形性，故新型復(fù)合堵漏材料的橋堵、充填都可以達(dá)到最佳和最穩(wěn)定效果。粗顆粒和細(xì)顆粒YC—1加量的比例可以采用1∶1，但是總濃度不應(yīng)超過5%。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.057