破碎带堵漏树脂凝胶材料的评价及改性

发布时间：2020-10-31 15:56

　　破碎带地层是深孔钻探中常见的复杂地层,其地层层理、片理发育,岩石或上体软硬不均,地层常出现断层与断裂。由于其复杂的地质条件与组成情况导致在钻探施工过程中频繁出现漏失现象。甲基丙烯酸甲酯(MMA)成胶前为低粘度流体,成胶后胶块强度高,且自身性能稳定易引发。将MMA引入地层,在地层温度与添加剂引发作用下,封堵地层漏失通道,起到固结地层与提高地层承压能力的效果。本文评价不同因素对MMA聚合反应的影响,优选聚合反应条件,研究MMA预聚体的制备,并对预聚体进行成胶性能评价。开展了以下四方面的工作:1、聚甲基丙烯酸甲酯聚合反应条件优选:在70-90℃的反应温度内,随温度的升高成胶时间逐渐变短,胶块抗压强度逐渐降低。在50ppm-1000ppm引发剂加量下,可实现成胶时间10min-300min可调。过氧化二苯甲酰(BPO)引发聚合反应过程中,相同摩尔质量分数下成胶时间比AIBN更短,胶块致密性更差。2、聚甲基丙烯酸甲酯缓聚条件优选:100ppm加量范围内吩噻嗪(PTZ)与四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)对MMA成胶时间时间有明显的延迟作用,相同温度与引发剂加量下成胶时间与阻聚剂加量成正比;相同摩尔质量加量下,四甲基哌啶氮氧化物阻聚效果优于吩噻嗪。3、聚甲基丙烯酸甲酯预聚体反应条件优选:亚硫酸氢钠(SBS)与过二硫酸钾组成的氧化还原引发体系,在预聚体制备过程中提粘速率缓慢,可制备粘度2mpa·s-2600mpa·s的预聚体。4、聚甲基丙烯酸甲酯预聚体聚合反应条件优选:随着反应温度升高,成胶时间逐渐缩短,胶块抗压强度逐渐降低。引发剂加量越高成胶时间越短,胶块抗压强度越差。预聚体适用于75-85℃反应温度,引发剂加量应小于500ppm。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P634;TQ317
【部分图文】：

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1绪论21绪论钻探是实现地质深部资料获取的唯一手段[1]。随着钻探技术的发展，我们要向更深层次的地层进行钻进，随着钻进深度的加深钻遇复杂破碎地层与井下事故产生的概率也会同比增加[2]。由于深部地层地应力高，钻进时井壁岩石易破碎进而产生破碎带[3]。破碎带地层岩块大小不均、胶结差结构松散、软硬与颗粒级配悬殊，岩石在钻进过程中容易滑动，导致破岩效率降低，岩心采取率低，还容易出现垮塌、掉块和卡钻等井下事故，裂隙发育的层位会产生钻井液漏失现象[4]。破碎带地层钻进难、取心难、堵漏难，成为钻井工程中的一大难题。1.1研究的目的与意义随着化学高分子材料的应用与推广，MMA广泛应用于建筑、交通和工业等各个行业，并发挥着重要作用。对其进行改性研究引入到井下作业，对于发展创新破碎带堵漏技术，改善井漏情况，降低施工难度，控制钻井成本、维护钻井安全有着重要意义。图1-1MMA结构式MMA是一种物理化学性质优良的化学高分子材料，成胶前为低粘度流体，成胶后胶块强度高，且自身性能稳定易引发。本文的研究目的是将MMA引入地层，在地层温度与添加剂的多重调节下间接控制成胶时间，以达到封堵漏失通道、固结地层、提高地层承压能力的效果。

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1绪论4并且桥塞堵漏材料不与钻井液中的成分产生反应，粒径范围小，适当加量范围对钻井液性能几乎没有影响[26,27]。图1-1封堵示意图选取适应裂缝大小及颗粒级配的桥塞堵漏材料将其送入裂缝性漏失地层，材料在裂缝内通过多种形式形成封堵层，以此提高地层承压能力，使得钻井液与井筒中的压力无法向裂缝深处传播（如图1-1）。图1-2封堵层失稳示意图采用桥塞堵漏材料进行裂缝性地层承压时，传统认识认为需要兼顾封堵层承压能力与裂缝性扩展压力。封堵层承压能力过小或裂缝性扩展压力过大时，封堵层所受压差会随着井筒中机动压力的变化而变化，封堵层受压不稳会造成其自身失稳，导致承压封堵失败（如图1-2）；封堵层承压能力过大或裂缝性扩展压力过小时，受井筒压力、地层压力等综合力学因素影响，裂缝尖端应力强度因子达到临界值，会造成裂缝扩展、井周应力场变化、裂缝闭合应力下降、封堵层失稳等连锁反应（如图1-3）。图1-3裂缝扩张示意图承压堵漏方法应用范围较广，堵漏材料的种类多，其形成的桥塞承压力高[32]。但国内外学者对承压堵漏机理仍存在争议，现有认知无法解释施工过程中的诸多井下问题，致使施工过程具有盲目性、随机性等问题。

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