油基鉆井液用改性樹脂類抗高溫防漏堵漏劑研究

（中國石油集團工程技術研究院有限公司 北京 102206）

引言

深層油氣勘探開發(fā)過程中，鉆遇復雜地層時，由于微裂縫發(fā)育，地層破碎程度增加，地層承壓能力差，極易發(fā)生井漏[1-2]。與水基鉆井液相比，油基鉆井液泥頁巖抑制性強、抗溫能力高、潤滑性能優(yōu)良[3]，普遍用于深層鉆探，但油基鉆井液的漏失問題也非常普遍[4-5]。適用于油基鉆井液的防漏堵漏材料種類少，部分采用親水性堵漏材料，堵漏成功率低[6-8]；油基鉆井液膨脹性堵漏材料膨脹量不足或者膨脹后強度降低，在外力作用下很難在裂縫中滯留；聚合物凝膠堵漏材料耐溫性不足，高溫下凝膠結構容易被破壞，尤其在高溫高壓地層條件下，抗高溫性能、承壓堵漏能力差，難以滿足堵漏要求[9]。此外，部分堵漏材料與油基鉆井液配伍性差，導致在油基鉆井液體系中無法發(fā)揮很好的防漏堵漏效果[10-13]。本文制備出了一種與油基鉆井液配伍性好、承壓能力高、封堵能力強的新型抗高溫改性樹脂類堵漏劑，期望改善油基鉆井液鉆井時所遇到的嚴重漏失問題。

1.實驗部分

(1)實驗藥品與儀器

實驗藥品：樹脂顆粒（粒徑10-100μm）、對苯乙烯磺酸鈉（SSS，純度99%）、丙烯酸丁酯（BA，純度99.0%）、丙烯酸十八酯（純度大于98%）、丙烯酰胺（AM，純度99.0%）、二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC，純度99.0%）、乳化劑OS（MS-1，純度40%）、NN亞甲基雙丙烯酰胺（MBA，純度99%）、過硫酸鉀(K2S2O8，純度大于99%)。

實驗儀器：電子分析天平，F(xiàn)A1104，上海恒平；六速旋轉黏度計，ZNN-6型，青島海通達；滾子加熱爐，BGRL-45，青島同春石油儀器有限公司；泥漿失水量測定儀，SD-3型，青島同春石油儀器有限公司；高溫高壓失水儀，GGS71-B型，青島同春石油儀器有限公司；中壓砂床封堵儀，青島同春石油儀器有限公司；高溫高壓動靜態(tài)堵漏儀，青島同春石油儀器有限公司。

(2)實驗方法

①漏堵漏劑的制備

將對苯乙烯磺酸鈉10g、丙烯酰胺5g、二甲基二烯丙基氯化銨5g、與100ml離子水混合，以400r/min攪拌速率攪拌10min，制備得到混合液；保持400r/min攪拌向混合液中加入丙烯酸丁酯10g、丙烯酸十八酯10g、乳化劑1g之后保持攪拌10min，得到預乳液。將預乳液添加至裝有攪拌器、冷凝管、滴液漏斗的四口燒瓶中，通氮氣20min，升溫至60℃后加入NN亞甲基雙丙烯酰胺0.2g、過硫酸鉀0.5g、樹脂顆粒30g。在60℃條件下保持反應狀態(tài)3h，然后將產(chǎn)物在100℃下烘干剪碎，最后粉碎過篩（產(chǎn)物粒徑可控制在μm），最終產(chǎn)品為白色粉末。

②防漏堵漏劑的表征

取合成后的樣品，放入105℃烘箱中烘干24h后，用瑪瑙研缽把干燥后的樣品研磨粉碎。利用熱重分析儀對堵漏劑進行熱穩(wěn)定性分析，溫度范圍為40℃-600℃，升溫速率為10℃/min，保護氣體為氮氣。

③防漏堵漏劑吸油膨脹性能評價

稱取1g堵漏劑，浸泡于白油中，密封靜置后取出，稱量堵漏劑吸油后質量，計算其吸油膨脹率。

④油基鉆井液基漿的配制

油基鉆井液基漿的配置：取320ml白油放入高腳杯，保持5000r/min的攪拌速度，依次向其中加入3.0%主乳化劑、1.5%輔乳化劑保持攪拌5min后，向其中加入80ml質量分數(shù)為20%的CaCl2水溶液，攪拌10min后加入3%有機土和4%CaO，提高攪拌速度至6000r/min，持續(xù)攪拌20min，制得一份油基鉆井液基漿。

⑤防漏堵漏性能評價

A.砂床實驗

配制加入一定濃度堵漏劑的油基鉆井液基漿，放入老化爐中進行老化（180℃，16h），結束后取出待用。然后稱取350cm3一定目數(shù)范圍的石英砂，洗凈烘干后倒入中壓砂床濾失儀的圓柱筒中，將砂子均勻鋪展壓實后，緩慢加入250mL老化后含有一定濃度堵漏劑的油基鉆井液基漿，封閉后加壓至0.7MPa，觀察膨潤土漿在砂層滲透濾失情況，30min后測量濾液進入砂床的深度。

B.封堵實驗

再次，人們在社會生活中很可能會同時運用內(nèi)部情緒管理和人際情緒管理，兩種管理策略之間的關系仍有待考察.個體到底會采用內(nèi)部情緒管理策略還是人際情緒管理策略，哪種管理方式更為有效，這都會受到文化、環(huán)境、情境等因素的影響.除此之外，個體差異也會影響情緒管理策略的選擇和使用，有待進一步研究.

高溫高壓動靜態(tài)堵漏儀評價系統(tǒng)是通過對待試驗堵漏液加壓使之通過模擬漏層試驗塊產(chǎn)生漏失，再依據(jù)選定的試驗溫度、試驗壓力和試驗模塊特征，以及記錄的漏失時間、漏失量、封堵時間和模擬漏層的封堵狀態(tài)，來評價研究堵漏劑的組分配比，確定合理的施工工藝條件，為相關的科研和生產(chǎn)提供科學可靠的依據(jù)。

本次實驗使用儀器的裂縫堵漏模片部分。首先，將裂縫堵漏模片安裝完畢，將兩端裝置自帶的堵隔裝置用螺絲上后橫向接在測試釜體下端。關死釜體下端另一側的開關，向測試釜體內(nèi)加入實驗測試的老化后含有一定濃度隨鉆堵漏劑的油基鉆井液基漿，利用活塞封死測試釜體后上好各類實驗裝置所要求的不同管線和閥門。在檢查所有裝置安裝完畢后，打開儀表盤上的開始開關，然后打開測試釜壓力開關同時點擊電腦上的實驗開始。

選擇尺度為0.5mm和1.0mm的裂縫堵漏模片，其它操作步驟相同。從1MPa開始依次加壓，保持1MPa/10min的加壓速率，最后得到實驗結果。

2.結果與討論

(1)防漏堵漏劑的抗溫性能

圖1為合成的堵漏劑的TGA/DTG圖。由圖可以看出，其熱重曲線分為三個階段：第一階段為40℃-163℃，樣品失重率約為0.32%，主要是由于聚合物分子結構中含有少量的吸附水和結合水，在升溫過程中該部分水首先受熱揮發(fā)掉。第二階段為163℃-360℃，該階段聚合物分解較為緩慢，反映出在該階段，聚合物的分子結構仍比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)較大程度的結構破壞以及分解的情況，說明堵漏劑具有良好的熱穩(wěn)定性。第三階段發(fā)生在360℃-470℃，這一階段熱重曲線迅速下降，聚合物分解加劇，在392℃左右聚合物分解速率達到最大，此階段聚合物分子內(nèi)部結構遭到破壞，聚合物分子結構的主鏈和側鏈開始發(fā)生斷裂分離?？傮w而言堵漏劑的熱分解在360℃以后，360℃時的失重率僅為15%，表明堵漏劑的結構穩(wěn)定性強，熱穩(wěn)定性好。

圖1 堵漏劑TGA/DTG曲線

(2)防漏堵漏劑的吸油性能評價

不同溫度下堵漏劑在白油中的吸油膨脹率結果如圖2所示。實驗結果表明，不同溫度下，初始階段堵漏劑吸油膨脹率較大，24h后吸油速率趨于緩慢。與常溫下相比，隨溫度的提高，初始吸油速率增大，最終吸油率也有所增加，120℃堵漏劑吸油率可達到8g/g左右。通過測試堵漏劑吸油前后的體積變化，發(fā)現(xiàn)在120℃下，堵漏劑吸油飽和后體積膨脹倍數(shù)為3～4倍。表明封堵劑通過其自身膨脹性，可有效填充漏失空間，提高封堵成功率。

圖2 不同溫度下SD-OS白油吸油率隨時間變化曲線

(3)防漏堵漏性能評價

①中壓砂床封堵實驗

在油基鉆井液基漿中分別加入2%、4%、6%的堵漏劑，分別使用20-40目、40-60目、60-80目的石英砂進行中壓砂床封堵實驗，實驗結果見圖3。

圖3 中壓砂床封堵實驗結果

由圖3可知，一定堵漏劑加量、不同目數(shù)范圍的砂床的情況下，油基鉆井液濾液的侵入深度隨砂床目數(shù)的增大而逐漸變淺，但是侵入深度均較淺，說明堵漏劑對不同目數(shù)范圍砂床均有良好的堵漏效果；隨著堵漏劑加入濃度的上升，油基鉆井液基漿濾液侵入砂床的深度逐漸降低，4%堵漏劑加量和6%堵漏劑加量的油基鉆井液基漿對同種目數(shù)范圍砂床的封堵效果較為接近，說明合成的堵漏劑能夠有效的提升油基鉆井液的隨鉆堵漏性能，且4%為堵漏劑的最佳加量。

②裂縫封堵實驗

加入老化（180℃，16h）后含有4%堵漏劑的油基鉆井液基漿，使用0.5mm和1.0mm的裂縫堵漏模片構建裂縫堵漏模型，在180℃下進行裂縫堵漏實驗，得到漏失-壓力-時間曲線如圖4所示。

圖4

由圖4可知，在使用0.5mm和1.0mm的裂縫堵漏模片構建裂縫堵漏模型時，發(fā)現(xiàn)堵漏劑能夠很好的對0.5mm和1.0mm的堵漏裂縫模型進行堵漏，這是由于合成的堵漏劑具有吸油膨脹的特性，吸油膨脹后的堵漏劑顆粒具有一定的柔性，能夠有效的對不同尺度的裂縫進行有效的堵漏。由堵漏曲線可知，堵漏劑在0.5mm和1.0mm的裂縫模型下的承壓極限為6MPa，能夠有效地進行堵漏。

3.結論

（1）以對苯乙烯磺酸鈉、丙烯酰胺、丙烯酸樹脂、丙烯酸十八酯、二甲基二烯丙基氯化銨對樹脂顆粒進行改性，過硫酸鉀為引發(fā)劑，NN亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑進行乳液聚合反應，合成了一種改性樹脂防漏堵漏劑。

（2）利用熱重分析，顯示其熱分解溫度達到360℃，表明合成的堵漏劑具有良好的熱穩(wěn)定性。在120℃下，堵漏劑吸油飽和后體積膨脹倍數(shù)為3～4倍。表明堵漏劑有著良好的吸油膨脹效果，可有效填充漏失空間，提高堵漏成功率。

（3）合成的堵漏劑在油基鉆井液中的最佳用量為4%；中壓砂床封堵實驗（4%，40-60目砂床）侵入深度僅為4.2cm；裂縫封堵實驗（0.5mm，1.0mm），堵漏劑承壓能力達到6MPa。