具有温敏固化功能的复合水泥堵漏剂研究

发布时间：2020-11-03 18:19

　　 本文针对各类堵漏剂自身存在的问题诸如:(1)桥塞材料仅靠物理堆积作用形成的暂堵层,承压能力较差;(2)化学材料成本较高、对于小裂缝有着良好的封堵能力,当遇到恶性漏失则无法发挥作用;(3)水泥浆抗污染能力弱,在与钻井液掺混后会影响其性能,甚至引发事故,其滞留漏层裂缝的能力较差。本文通过筛选出具有温敏固化的水泥材料,与桥塞材料复配,并以钻井液类的基浆作为载体,形成温敏固化堵漏剂。既能够保证堵漏剂安全准确泵送至漏层,同时堵漏剂能够有效滞留在漏缝中,并在地层温度的作用下能固化粘合形成有效滞留段,将会大大提高其封堵成功率。实验结果表明:通过对比实验发现,硅基水泥和镁基水泥在不同温度下反应速率会有不同的变化,具有温敏固化的特性。然而,硅基水泥在较高温度下,水化速率过快,水化强度严重受到影响,且硅基水泥的组分较多,水化反应繁琐,不易控制。与之相对的镁基水泥组分较少,便于控制,能够通过温度影响其水化反应的进行,适合升温条件下的远距离运输,固结强度受温度影响不大。因此,本文选用镁基水泥作为堵漏剂的主剂。通过实验确定悬浮稳定剂、降失水剂、桥塞材料的配方,形成了桥塞堵漏工作液。在桥塞工作液中,确定镁基水泥的加量、YHM-1与LHM-H的配比调节堵漏工作液的固化性能,从而确定Ⅰ型-堵漏剂的配方。通过对其固化性能的研究,发现Ⅰ型-堵漏剂仅能够满足T≤60℃井深的漏层堵漏。缓凝剂HN-2作为调节剂加入Ⅰ型-堵漏浆,缓凝剂的加入使得堵漏剂能够满足60℃T≤80℃的井温,当温度80℃后,Ⅱ型-堵漏剂也没法满足要求。由于Ⅰ型和Ⅱ型堵漏剂,不适用高温环境(80℃)下的漏失堵漏。因此,需要对堵漏剂进行优化。通过实验发现有机胶结剂-WBER,具有原料低毒、耐热性能好、固化强度高等优点,其固化条件受WBER固化剂的固化条件控制WBER固化剂的种类繁多,适用温度范围更广。通过实验,确定了 WBER作为有机胶结剂的主剂,能够与堵漏浆复配,且可以通过改变WBER的类型控制堵漏浆的固化性能。最后,在Ⅰ型-堵漏剂的基础上,改变了镁基水泥的加量,引入一定量的WBER,以及WBER固化剂形成了Ⅲ型-堵漏剂。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TQ172.1;TE358
【部分图文】：

难度，还会对储层造成破坏。（4）地层温度由于地球拥有着丰富的地热资源，油层大多数处于几千米深的地层内。因此，钻井越深地层温度越高，温度越高会带来堵漏剂的安全施工问题。高强度、强粘结力的堵剂的功能会受温度的影响，还未到达漏层就固化，导致一系列安全事故发生。1.2.3国内外堵漏技术研究现状漏失程度根据漏层裂缝的宽度来表示，不同的裂缝宽度采用不同的堵漏技术。就目前而言，对漏失分类较为模糊，没有具体的界定。基于大量关于裂缝性漏失的实验、调研以及经验总结，蒲晓林教授对其进行了较为详细的划分（如图1-1所示），通过分析漏失类型采取的技术措施，对漏层漏失、防漏、堵漏研究有极大的意义。研究按裂缝的宽度划分漏失类型，这会加深对对漏失的认识，对漏失防治具有重要的作用[14]。图1-1按裂缝宽度划分漏失类型当裂缝宽度＜0.2mm时，钻井液可依靠本身固相封堵裂缝，这是可以通过添加封堵材料，防止裂缝漏失；但裂缝在0.2mm—0.8mm之间时，微漏变为小漏，这时可以用随钻堵漏的方法弥补。（1）绒囊工作液防漏、堵漏工作技术[15]：屋内使用的十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和水、羟乙基淀粉、聚丙烯酸胺和特有的处理剂为原材料，开发出新型的防漏、堵漏工作液。经1000～2000倍的显微镜观察，工作液中含有一种材料，在静止时，具有“一核二层三膜”的微观构造，内部像气囊，外部有绒状东西，所以称绒囊。静止状态下，气囊的绒毛完整，凝胶的强度高；运动状态下，凝胶的黏度低，满足需要。（2）物理法随钻防漏、堵漏技术[16]：运用物理法进行防漏堵漏对钻井液没有较高的要求，只需稍加处理，就可以满足一定的要求。在钻易漏地层时，用物理法在井壁上形成一层致密的、渗透率近0的、可成压的泥饼，即“人造井壁”屏蔽环。这种泥

第二章温敏固化的复合水泥堵漏剂分析9温度是堵漏施工的重要因素，它限制了施工参数。如果堵漏剂能够合理利用地层温度的自然条件，选择对温度敏感的固化材料，并根据施工参数进行控温固化设计，则可以有效地保证施工安全性，提高堵漏效率，节省施工成本。2.3温敏固化复合水泥堵漏剂的设计钻井工作中，若地层发生漏失，井下地层复杂环境，唯一可以利用的条件就是地层的温度。桥塞堵漏材料拥有漏层架桥堵塞的能力，但是其抗压强度较差；无机凝胶材料具有较高的抗压强度，但是其漏层滞留能力差以及固化时间不好控制。因此，汲取这两种堵漏剂的优点，与桥塞材料复配，形成温敏固化堵漏剂（如图2-1所示）。能够保证堵漏剂安全准确泵送至漏层，同时堵漏剂能够有效滞留在漏缝中，并在地层温度的作用下能固化粘合形成有效滞留段，将会大大提高其封堵成功率。图2-1温敏复合水泥堵漏剂整体设计示意图2.4温敏固化复合水泥堵漏剂的主剂筛选2.4.1筛选原则由上述可知，温度、压力是堵漏剂的重要影响因素。本文温敏固化复合水泥堵漏剂主剂的筛选的原则如下：（分别解释原则确定的）（1）能够运用温度控制固化过程（即主剂具有温敏固化的特性）（2）反应后形成固体（确保具有一定的承压强度）（3）主剂组成应简单（便于控制反应过程）（4）反应时间可根据具体情况自主调节（根据输送距离的长短而定）（5）能与其他堵漏材料相互配合（弥补自身不足）

第二章温敏固化的复合水泥堵漏剂分析11图2-2硅酸盐水泥水化的五个阶段硅酸盐水泥水化起始期大约需要4-5分钟，主要生成AFt，大量放热，C3S也开始水化；在诱导期，AFt针状晶体包裹在C3A表面，C3S继续水化，凝胶物增多，此阶段大约持续40min-2h；在加速期，CH浓度过饱和，开始结晶；在减速期，C3S与水的反应逐渐受扩散速率控制；在稳定期，水泥的水化完全受扩散速率控制[39]。不仅如此，硅基水泥的每一种矿物具有自己的水化特性见表2-1表2-1四种矿物的水化特性C2SC3SC3AC4AF水化速度快慢最快次快凝结硬化速度快慢最快次快28d水化热大小最大中早期强度（3d）高低低低后期强度（28d）高高低低由表2-1可知，C3S水化速度较快，水化热高，强度最高，决定水泥标号。C2S水化速度较慢，水化热最低，早强低，后强增长较快。C3A水化速度最快水化热最高，强度发展很快，但强度不高，体积收缩大含量高则水泥抗硫酸盐性差。C4AF水化速度仅次于C3A，水化热及强度中等，含量高时对抗折强度有利[40]。由上述可知，硅基水泥的主要矿物组成较多，应用于复合体系中，影响因素较多，不易于控制。b镁基水泥氯氧镁水泥是一种仅由氧化镁和六水合氯化镁二者水化形成水泥石。简称镁基水泥。镁基水泥的发明至今约100年，它与常规水泥的水化产物的特点有着根本性的不同[41]。
【参考文献】

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本文编号：2868929