超强吸水树脂堵漏性能研究

油 钻 探 技 术 年 月 ２ ０ ０ ７ ５
试 验 设 备 及 材 料 ２ １
。 在 选 择 施 工 时 需 要 考 虑 地 下 水 矿 化 度 的 高 低
， 主 要 受 压 差 的 影 响 图 为 单 个 分 子 在 孔 喉 中 的 作 ２ 用 模 型 。 当 颗 粒 通 过 狭 窄 的 孔 喉 时 ， 界 面 变 形 ， 前 后 端 弯 液 面 曲 率 不 等 ， 受 到 毛 管 效 应 附 加 阻 力 ， 这 种 现 象 被 称 为 贾 敏 效 应 。 聚 合 物 颗 粒 在 孔 道 中 受 力 情 况 如 图 所 示 ， 毛 管 压 力 可 以 由 下 式 计 算 ： ２
据 统 计 ， 全 世 界 井 漏 发 生 率 占 钻 井 总 数 的 ， 施 工 简 单 方 便 ， 具 有 很 好 的 堵 漏 能 力 ， 脂 用 量 少 ２ ０ ％ 树 ［ ］ １ 别 是 对 一 些 碳 酸 盐 裂 缝 、 洞 穴 地 层 是 一 种 十 分 有 而 井 漏 的 处 理 是 石 油 钻 井 中 的 难 点 ， 特 别 特 ２ ５ ％， ～ 的 堵 漏 和 保 护 储 层 的 新 材 料 。 是 复 杂 井 漏 问 题 尤 为 棘 手 。 、 、效 如 钻 遇 裂 缝 性 溶 洞 性 破 碎 性 地 下 暗 河 等 复 杂 地 层 时 ， 极 易 发 生 恶 性 井 漏 ， 堵 漏 机 理 钻 井 液 只 进 不 出 ， 采 用 常 规 堵 漏 剂 堵 漏 ， 不 但 效 果１ 强 吸 水 树 脂 吸 水 膨 胀 后 形 成 凝 胶 颗 粒 ， 受 压 ， 而 且 堵 漏 材 料 耗 费 量 大 。 堵 漏 实 践 表 明 ， 裂 缝 、 超 差 裂 缝 孔 道 匹 配 ， 通 过 架 桥 作 用 堵 塞 裂 缝 。 吸 水 树 洞 穴 地 层 和 大 孔 隙 高 渗 透 地 层 发 生 钻 井 液 完 全 漏 失 与 ［ ］ ２ 颗 粒 具 有 一 定 的 弹 性 和 韧 性 ， 在 外 力 作 用 下 易 变 最 难 处 理。 川 东 地 区 已 钻 的 口 井 中 有 口 井 脂 ６ ２ ４ ２ 并 挤 入 孔 道 中 ， 进 一 步 压 实 充 填 ， 由 于 吸 水 树 脂 继 发 生 了 井 漏 ， 其 中 恶 性 井 漏 占 ， 但 恶 性 形 １ ０ ％ ２ ０ ％ ～ ［ ］ ８ 吸 水 膨 胀 ， 从 而 能 更 好 地 完 善 堵 漏 效 果。 其 堵 ， 以 上 且 堵 漏 很 难 成 续 井 漏 损 失 占 井 漏 总 损 失 的 ５ ０ ％ ［ ］ ９ １ ０ ［ ］ 漏 机 理 为 ： 如 图 所 示 ， 吸 水 树 脂 所 进 入 的 裂 缝 ３ １ 功 ， 因 此 急 需 加 强 恶 性 井 漏 的 防 治 研 究 。 区 为 一 个 压 力 过 渡 带 ， 过 渡 带 一 边 为 高 压 区 ， 另 一 边 针 对 这 类 情 况 ， 在 漏 层 中 注 入 交 联 聚 合 物 堵 漏 低 压 区 ， 高 低 压 间 就 存 在 一 个 压 差 。 当 进 入 裂 ［ ］ ４ Δ 狆 剂 ， 可 以 有 效 解 决 恶 性 井 漏 。 聚 合 物 堵 漏 材 为 地 层 时 ， 在 压 差 的 作 用 下 ， 吸 水 树 脂 迅 速 聚 集 在 裂 料 — — — 超 强 吸 水 树 脂 ， 就 是 众 多 堵 漏 材 料 里 的 一 种 。缝 区 域 ， 与 此 同 时 ， 吸 水 树 脂 受 到 挤 压 ， 体 积 减 小 ， 内 在 钻 遇 漏 层 时 ， 超 强 吸 水 树 脂 通 过 吸 水 膨 胀 从 而 阻 缝 部 压 力 增 加 ， 做 功 产 生 能 量 ， 而 一 部 分 聚 集 在 吸 水 树 ［ ］ ５ 止 钻 井 液 漏 入 裂 缝 地 层 中 。 里 的 能 量 释 放 ， 使 得 吸 水 树 脂 继 续 吸 水 膨 胀 ， 直 到 （ ， 超 强 吸 水 树 脂 简 称 脂 ｓ ｕ ｅ ｒ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｐ 用 在 吸 水 树 脂 表 面 的 内 外 压 力 平 衡 为 止 。 ） 是 一 种 新 型 的 功 能 性 高 分 子 堵 漏 材 料 ， 具 有 极 作 Ｓ Ａ Ｒ 绝 大 多 数 的 储 层 亲 水 ， 而 聚 合 物 颗 粒 不 亲 水 。 ， 通 常 又 称 “ 高 吸 水 性 聚 合 在 强 的 吸 水 和 保 水 功 能 ， 亲 水 性 储 层 中 毛 管 压 力 可 以 防 止 不 亲 水 的 聚 合 ［ ］ ６ 物 ” 、 “ 超 强 吸 水 剂 ” 等 。 它 是 一 种 具 有 多 种 几 何 形 物 入 储 层 。 因 此 ， 这 类 聚 合 物 在 钻 井 液 中 的 运 移 状 的 网 状 结 构 高 分 子 合 成 树 脂 ， 遇 水 膨 胀 有 一 定 的 侵 ， 并 形 成 具 有 一 定 强 度 的 弹 性 凝 胶 ， 具 粘 度 和 膨 胀 性 ［ ］ ７ 收 稿 日 期 ： ； 改 回 日 期 ： ２ ０ ０ ６ １ １ ０ ８ ２ ０ ０ ７ ０ １ １ ０ 有 良 好 的 抗 温 抗 盐 性 能 和 稳 定 性 。 在 受 压 情 况 基 金 项 目 ： 四 川 省 杰 出 青 年 学 科 带 头 人 培 养 基 金 （ 编 号 ： 下 ， 易 进 入 裂 缝 或 岩 石 孔 隙 ， 产 生 堵 塞 作 用 ， 并 滞 留 ， ） 和 石 油 科 技 中 青 年 创 新 基 金 （ 编 号 ： ） 资 助 ０ ６ Ｚ Ｑ ０ ２ ６ ０ ２ ８ ０ ５ Ｅ ７ ０ ４ ４ 同 时 吸 水 树 脂 进 入 漏 层 后 仍 会 继 续 膨 胀 ， 增 强 了 堵 ： 狄 丽 丽 （ ） ， 女 ， 年 毕 业 于 辽 宁 石 油 化 作 者 简 介 １ ９ ８ ２ － ２ ０ ０ ４ ， 其 吸 水 树 脂 在 裂 缝 里 的 填 充 作 用 提 高 了 漏 工 漏 效 果 ， 油 气 井 工 程 专 业 在 读 硕 士 研 究 生 。 大 学 给 水 排 水 专 业 。 与 传 统 的 堵 漏 材 料 相 比 ， 超 强 吸 水 失 地 层 的 强 度 联 系 电 话 ： （ ） ０ ２ ８ ８ ３ ０ ３ ４ ２ ８ ６
超 强 吸 水 树 脂 堵 漏 性 能 研 究
狄 丽 丽 张 智 段 明 施 太 和 安 英 军 林 元 华
（ 西 南 石 油 大 学 石 油 管 力 学 和 环 境 行 为 重 点 实 验 室 ， 四 川 成 都 ） ６ １ ０ ５ ０ ０
摘 要 ： 超 强 吸 水 树 脂 是 一 种 较 为 理 想 的 堵 漏 材 料 ， 它 能 很 好 地 解 决 钻 井 过 程 中 的 恶 性 漏 失 ， 对 碳 酸 盐 岩 、 裂 ， 可 有 效 防 止 钻 井 液 固 相 和 液 相 侵 入 裂 缝 、 溶 洞 系 统 。 主 要 研 究 了 吸 水 树 脂 的 堵 漏 效 果 ， 测 试 了 不 同 条 缝 发 育 地 层 包 括 不 同 渗 透 率 不 同 温 度 下 吸 水 树 脂 的 承 压 变 化 试 验 结 果 表 明 在 吸 水 树 脂 堵 ， 、 。 ， 件 下 超 强 吸 水 树 脂 的 承 压 能 力 ， 漏 失 量 并 非 一 直 降 低 ， 而 是 一 个 先 增 加 后 降 低 最 后 再 增 加 的 过 程 ， 从 而 很 好 地 说 明 了 吸 水 树 脂 通 过 架 漏 过 程 中 、 不 断 被 压 实 、 继 续 吸 水 膨 胀 ， 最 终 达 到 封 堵 的 目 的 ， 这 也 正 是 吸 水 树 脂 用 于 堵 漏 的 作 用 机 理 。 桥 关 键 词 ： 井 漏 ； 堵 漏 ； 吸 水 树 脂 ； 机 理 ； 承 压 能 力 ； 实 验 室 试 验 文 献 标 识 码 文 章 编 号 ： ： ： （ ） 中 图 分 类 号 Ｔ Ｅ ２ ８ Ａ １ ０ ０ １ ０ ８ ９ ０ ２ ０ ０ ７ ０ ３ ０ ０ ３ ３ ０ ４
图 聚 合 物 颗 粒 在 裂 缝 中 的 聚 集 、 膨 胀 、 封 堵 作 用 １
试 验 装 置 选 用 内 径 、 长 的 不 锈 ５ ０ ｍ ｍ ２ ０ ０ ｍ ｍ 钢 筒 作 模 具 ， 用 河 砂 来 模 拟 疏 松 易 漏 地 层 ， 其 优 点 是 砂 床 的 粒 度 可 以 任 意 调 节 。 根 据 试 验 需 要 ， 分 别 选 用 粒 径 、 、 ０ ． １ ５ １ ． ７ ０ ０ ． ９ ０ １ ． ７ ０ ０ ． ４ ５ ０ ． ９ ０ ｍ ｍ ～ ～ ～ 的 河 砂 。 一 个 容 器 存 放 吸 水 树 脂 和 钻 井 液 的 混 合 ［ １ １ 液 ， ， 。 通 过 气 瓶 加 压 模 拟 压 差 试 验 装 置 见 图 ３］ Δ 狆
配 置 质 量 分 数 为 的 基 浆 ， 提 前 置 ２ ％ １ ０ ０ ０ ｍ Ｌ 于 搅 拌 器 下 搅 拌 ， 后 待 用 加 入 粒 径 ４ ｈ ４ ０ ． ４ ５ ～ ｇ 的 超 强 吸 水 树 脂 ， 并 与 钻 井 液 混 合 ， 搅 拌 ０ ． ９ ０ ｍ ｍ 均 匀 。 后 倒 入 中 间 容 器 通 过 加 压 将 其 压 入 １ ０ ｍ ｉ ｎ 图 聚 合 物 在 孔 喉 中 的 作 用 ２ 拟 岩 心 。 （ ／ ／ ） （ ）模 ＝ ２ １ 狉 － １ 狉 １ Δ δ 狆 １ ２ 试 验 内 容 及 方 法 ２ ２ 式 中 ， 为 毛 管 压 力 （ 即 为 阻 力 ） ； 为 界 面 张 力 ； 狉 Δ δ 狆 １ 在 钢 筒 中 加 入 定 量 的 河 砂 ， 用 砂 床 来 模 拟 疏 松 为 毛 细 管 半 径 聚 合 物 颗 粒 的 初 始 半 径 ； 。 狉 ２ 易 漏 地 层 。 用 一 定 浓 度 的 钻 井 液 和 吸 水 树 脂 的 混 合 对 于 单 个 分 子 来 说 ， 很 小 ， 但 对 于 多 个 分 子 堵 Δ 狆 漏 液 进 行 堵 漏 试 验 ， 施 加 压 力 ， 测 试 内 漏 ３ ０ ｍ ｉ ｎ ， 阻 力 则 很 大 。 在 渗 流 介 质 中 ， 由 于 裂 失 的 聚 集 体 来 说 量 随 时 间 的 变 化 。 如 果 在 该 压 力 条 件 下 堵 漏 效 果 ， 在 现 场 基 较 缝 或 孔 隙 具 有 网 络 交 叉 互 相 连 接 的 特 点 好 ， 则 进 一 步 升 高 压 力 。 如 此 反 复 ， 测 其 承 压 能 ， 因 此 聚 力 本 不 可 能 有 足 够 大 的 压 差 去 克 服 贾 敏 效 应 。 同 时 ， 测 量 不 同 温 度 和 不 同 粒 度 条 件 下 的 承 压 ， 而 只 在 近 井 壁 区 域 形 能 合 物 分 子 不 会 侵 入 裂 缝 深 层 力 变 化 。 。 因 此 可 以 起 到 很 好 的 封 堵 作 用 。 成 一 个 屏 蔽 带 试 验 结 果 分 析 ２ ３ 承 压 试 验 ２ ． ３ ． １ 试 验 研 究 ２ 在 模 拟 岩 心 中 注 入 堵 漏 浆 液 ， 通 过 加 压 将 其 压 利 用 吸 水 树 脂 吸 水 膨 胀 来 达 到 快 速 封 堵 漏 层 的 入 漏 失 通 道 ， 使 其 发 挥 封 堵 作 用 。 不 断 调 整 压 力 ， 测 。 因 此 ， 需 要 评 价 温 度 、 无 机 盐 试 目 的 是 该 技 术 的 核 心 漏 失 量 随 压 力 的 变 化 ， 测 其 承 压 能 力 ， 结 果 如 图 对 吸 水 性 的 影 响 及 吸 水 树 脂 加 量 对 钻 井 液 性 能 的 影 、 所 示 。 ５ 。 从 大 量 的 试 验 数 据 来 看 ， 温 度 对 吸 水 树 脂 吸 ４ 响 等 、 ， ， 由 图 均 可 以 看 出 开 始 加 压 时 漏 失 量 增 ４ ５ ， 在 和 下 ， 最 大 吸 水 倍 数 及 加 水 性 能 影 响 不 大 ２ ５ ８ ０ ℃ 。 ， 因 为 在 开 始 的 一 段 时 间 里 堵 漏 剂 还 没 有 挤 入 。 从 对 钻 井 液 漏 达 到 最 大 吸 水 倍 数 的 时 间 均 较 为 接 近 失 通 道 ， 未 发 挥 封 堵 作 用 ， 漏 层 连 通 性 很 好 ， 所 以 ， 通 过 调 整 吸 水 树 脂 粗 细 程 度 及 合 理 随 性 能 影 响 来 看 时 间 、 压 力 变 化 ， 漏 失 量 呈 加 速 增 加 趋 势 。 当 加 压 ， 对 钻 井 液 主 要 的 性 能 参 数 （ 表 观 粘 度 、 动 塑 至 的 加 量 时 ， 漏 失 量 达 到 最 大 点 。 随 后 ， 吸 水 树 脂 在 压 狆 １ 、 密 度 、 滤 失 量 、 渗 透 率 、 值 等 ） 影 响 并 不 大 ， 只 力 比 Ｈ ｐ 动 作 用 下 ， ， 被 不 断 地 挤 入 漏 层 并 与 之 匹 配 同 时 ， 因 此 驱 是 吸 水 树 脂 的 膨 胀 性 能 受 无 机 盐 的 影 响 较 大