王建莉，董 華，張麗君，鄭志軍，馬 偉

(1.河南省科學(xué)院化學(xué)研究所有限公司，鄭州 450002;2.中國(guó)石化中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng) 457001;3.兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司，山東鄒城 273512)

隨鉆堵漏技術(shù)由于投入少、方法簡(jiǎn)單且不需要停鉆處理，已經(jīng)成為解決井漏、預(yù)防井下復(fù)雜情況［1－2］的有效手段，在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑對(duì)提高漏失地層的鉆井速度、降低鉆井成本以及油氣層保護(hù)［3］具有重大意義?，F(xiàn)有隨鉆堵漏劑主要包括碳酸鈣［4］、植物纖維［5－6］、瀝青［7－8］、橡膠顆粒［9］以及近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的吸水凝膠類隨鉆堵漏劑［10］，這些材料在2 000～3 000 m的地層中具有很好的應(yīng)用效果。近年來(lái)隨著深部油氣藏的勘探和開(kāi)發(fā)，深井及超深井的數(shù)量大幅增加［11－12］，較高的井底溫度對(duì)隨鉆堵漏劑的抗溫性能提出了更高的要求。從應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，深井超深井、尤其是150℃以上地層的漏失問(wèn)題還沒(méi)有得到有效解決;另一方面，目前對(duì)地層中0.1 mm以上級(jí)裂縫與微裂縫的封堵問(wèn)題已解決，但還不能有效封堵微米級(jí)微裂縫。多數(shù)隨鉆堵漏材料屬于毫米級(jí)以上的較粗顆粒，對(duì)于微裂縫、孔隙度小尤其是微米級(jí)的滲透性地層的漏失，只能在井壁外形成簡(jiǎn)單的封門(mén)，不能適當(dāng)?shù)貪B入地層形成致密、高強(qiáng)度的封堵層，導(dǎo)致封堵強(qiáng)度低，有效期短，容易造成重復(fù)漏失。因此筆者制備了一種新型聚合物隨鉆堵漏劑——具有親油核/親水殼的雙親微球聚合物材料，簡(jiǎn)稱AMP。該材料是具有雙親結(jié)構(gòu)的微米級(jí)聚合物微球材料，抗溫能力優(yōu)異，并可與地層中的微裂縫、微孔隙漏失通道相匹配，顯著提高封堵層的承壓強(qiáng)度，可用于深井超深井的隨鉆防漏堵漏作業(yè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

丙烯酰胺(AM)、N，N'－亞甲基雙丙烯酰胺(BMA)、有機(jī)醇溶脹劑，均為工業(yè)品;親油抗溫單體、親油交聯(lián)劑、偶氮二異丁腈、界面引發(fā)劑、乳化劑，均為化學(xué)純;水。

ZNN－D6型6速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、ZNS型鉆井液失水儀、XGRL－3型高溫滾子爐、EP－A型極限壓力潤(rùn)滑儀，青島海通達(dá)專用儀器廠;SL－01型鉆井滲濾試驗(yàn)裝置(40～60目砂床)，華北鉆井院儀器廠;JB－80A型高壓計(jì)量泵(40～60目砂床)，海安縣石油科研儀器廠。

1.2 AMP 的合成

在適量乳化劑作用下，將親油抗溫單體、親油交聯(lián)劑及偶氮二異丁腈等混合均勻作為分散相，在攪拌下配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%～80%的油包水乳液體系，在50℃下聚合一定時(shí)間，待親油抗溫單體反應(yīng)完全后，加入適量有機(jī)醇溶脹劑溶脹約4 h，再加入AM、BMA、界面引發(fā)劑水溶液，在室溫下進(jìn)行界面包覆反應(yīng)2～5 min，干燥后得到細(xì)微的白色粉末狀產(chǎn)物，即為雙親聚合物隨鉆堵漏劑AMP。

1.3 吸水、吸油率評(píng)價(jià)

將0.5 g干燥的AMP用濾紙包裹置于漏斗底部，用橡膠塞封堵漏斗出口，加入10 mL水或白油，室溫浸泡2 h;除去橡膠塞，放出水或白油，取出產(chǎn)品稱量濕態(tài)質(zhì)量。濕態(tài)、干態(tài)時(shí)的質(zhì)量差與干態(tài)質(zhì)量的比值即為吸水(油)率。

1.4 配伍性能評(píng)價(jià)

隨鉆堵漏劑直接添加至鉆井液中應(yīng)用，必須與鉆井液具有較好的配伍性(尤其是表觀黏度)，即在有效加量范圍內(nèi)不能過(guò)大增加表觀黏度，且不能明顯改變?cè)畜w系的pH等。AMP配伍性能的評(píng)價(jià)方法為:在400 mL水中加入16 g膨潤(rùn)土和0.8 g無(wú)水碳酸鈉，高速攪拌30 min，室溫養(yǎng)護(hù)24 h后得到淡水基漿(下同)。在淡水基漿中加入一定量AMP，在150℃下老化16 h，室溫下高速攪拌5 min，用6速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定鉆井液流變參數(shù)。

1.5 潤(rùn)滑能力評(píng)價(jià)

采用EP－A型極限壓力潤(rùn)滑儀考察AMP的潤(rùn)滑能力，具體評(píng)價(jià)方法為:測(cè)定AMP加入淡水基漿前后體系的摩擦系數(shù)，考察其變化情況。

1.6 降濾失效果評(píng)價(jià)

高溫條件下黏土顆粒表面和處理劑分子中親水基團(tuán)的水化能力會(huì)有所降低，使水化膜變薄，從而導(dǎo)致處理劑的護(hù)膠能力減弱，發(fā)生高溫去水化，使體系濾失量增大，對(duì)保護(hù)儲(chǔ)層不利。AMP降濾失效果的評(píng)價(jià)方法為:測(cè)定AMP加入淡水基漿前后體系的濾失量，考察其變化情況。

1.7 承壓封堵能力評(píng)價(jià)

模擬滲透性漏失，評(píng)價(jià)AMP承壓封堵能力。評(píng)價(jià)方法:在鉆井液中加入一定量的AMP，150℃下老化16 h后，室溫高速攪拌5 min，考察漏失量(40～60目砂床)隨AMP加量的變化規(guī)律，用高壓計(jì)量泵測(cè)定擠注壓力隨擠注量的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸水、吸油率

室溫下測(cè)得AMP的吸水率為97.6%，吸油率為45.1%，對(duì)水和油均有較好的親和性，雙親性好。這是由于AMP具有親油核/親水殼的特殊結(jié)構(gòu)，在水中和油中均能吸收液體發(fā)生膨脹。

2.2 配伍性能

AMP在淡水基漿中的配伍性能見(jiàn)表1。隨著AMP用量的增加，體系表觀黏度有所增加，動(dòng)切力變化不大，剪切稀釋性(動(dòng)塑比)先提高后降低，pH不變。這是由于AMP表面的部分酰胺基團(tuán)與黏土顆粒有吸附作用，形成“卡片房子”結(jié)構(gòu)，但并沒(méi)有加劇體系形成結(jié)構(gòu)的能力，體系仍具有較好的剪切稀釋性。AMP加量≤2%時(shí)與鉆井液具有較好的配伍性。

表1 AMP在淡水基漿中的配伍性能

2.3 潤(rùn)滑性能

AMP在淡水基漿中的潤(rùn)滑性能見(jiàn)表2。淡水基漿中加入1%AMP后，體系的摩擦系數(shù)從0.525降至0.341，顯示出較好的潤(rùn)滑作用。這是由于AMP的制備采用了特殊的聚合方法，AMP產(chǎn)品為球形結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)及運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，在體系中可以緩解摩擦，降低摩阻，尤其是在高速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的鉆井液中，可起到軸承作用，有效降低體系摩阻，起到固體潤(rùn)滑劑的作用。

表2 AMP在淡水基漿中的潤(rùn)滑性能

2.4 降濾失效果

AMP在淡水基漿中的降濾失性能見(jiàn)表3。AMP在淡水基漿中具有較好的降濾失效果，而且隨著老化溫度從120℃升至180℃，降濾失效果逐漸增強(qiáng)，形成的泥餅薄而細(xì)膩，如圖1所示。這一方面是由于高溫下AMP性能穩(wěn)定，變形能力強(qiáng);另一方面是由于AMP具有一定的粒徑分布［13］，大小顆粒相互填充，并與黏土顆粒相互作用，形成薄而韌的致密黏彈泥餅，阻止水分的滲透。

表3 AMP在淡水基漿中的降濾失性能

圖1 淡水基漿中加入1%AMP的API濾餅形態(tài)(150℃老化)

AMP的高溫高壓降濾失效果如表4所示。AMP在純水和淡水基漿中均顯示出較好的降濾失能力，甚至優(yōu)于普通線型聚合物類降濾失劑。這是由于AMP在高溫高壓條件下可以變形，并在濾紙表面依靠自身粒徑級(jí)配形成一層薄膜，形成墊層和濾餅(見(jiàn)圖2)，有效封堵了濾紙表面的微孔隙。

表4 AMP在純水/淡水基漿中的高溫高壓降濾失性能

圖2 純水中加入1%AMP的高溫高壓濾餅形態(tài)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，AMP具有較好的降濾失效果，尤其是高溫高壓降濾失效果明顯，有利于儲(chǔ)層保護(hù);同時(shí)AMP還可參與泥餅形成、改善泥餅質(zhì)量，防止因形成厚泥餅而使環(huán)空間隙縮小，導(dǎo)致環(huán)空壓耗增加等。

2.5 承壓封堵能力

AMP在淡水基漿中的承壓封堵能力見(jiàn)圖3，AMP加量為1%時(shí)體系最高承壓可達(dá)14 MPa。AMP在現(xiàn)場(chǎng)聚磺鹽水漿(P 3－側(cè)90，Cl－含量120 000 μg/g)中的承壓封堵能力見(jiàn)圖4?，F(xiàn)場(chǎng)井漿P 3－側(cè)90承壓強(qiáng)度較低，僅為3 MPa，加入2%的AMP后承壓強(qiáng)度提高至24 MPa，承壓封堵效果顯著。這是由于AMP為可變形彈性球，可吸收水分使體積膨脹，其特殊的核殼結(jié)構(gòu)賦予了材料外柔內(nèi)剛的特性，使其具有較強(qiáng)的填充及承壓能力，并能有效預(yù)防誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)入漏層后具有一定的擴(kuò)張?zhí)畛浜蛢?nèi)部擠緊壓實(shí)的雙重作用，形成密實(shí)封堵層，提高封堵強(qiáng)度。

3 結(jié)論

1)新型聚合物隨鉆堵漏劑AMP具有雙親性，室溫下吸油率為45.1%，吸水率為97.6%，在水中和油中均能吸收液體發(fā)生膨脹。

2)AMP與鉆井液體系配伍性良好，高溫150℃條件下，AMP加量≤2%時(shí)體系表觀黏度、動(dòng)切力及pH等變化不大。

3)AMP在淡水基漿中加量為1%時(shí)，體系摩擦系數(shù)從0.525降至0.341，潤(rùn)滑能力好。

4)AMP具有較好的降濾失效果，高溫高壓降濾失效果明顯，有利于儲(chǔ)層保護(hù)。

5)室內(nèi)模擬隨鉆堵漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AMP在淡水基漿中承壓可達(dá)14 MPa，在現(xiàn)場(chǎng)井漿中承壓可達(dá)24 MPa，可用于深井超深井滲透性地層、漏層位置以及尺寸難以確定地層的隨鉆堵漏作業(yè)。

［1］彭振斌.隨鉆堵漏劑應(yīng)用綜述［J］.西部鉆探工程，1993，5(2):33－36.

［2］王正良，周玲革，胡三清.JPD吸水膨脹型聚合物堵漏劑的研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2004，32(1):32 －34.

［3］王先兵，陳大均，蔣寬，等.新型防漏堵漏劑TFD與油氣層保護(hù)技術(shù)［J］.鉆井液與完井液，2011，28(1):20 －23.

［4］李家學(xué)，黃進(jìn)軍，羅平亞，等.裂縫地層隨鉆剛性顆粒封堵機(jī)理與估算模型［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32(3):509 －510.

［5］中國(guó)石油天然氣股份有限公司.一種隨鉆堵漏劑:中國(guó)，101724383A［P］.2010 －06 －09.

［6］中國(guó)海洋石油總公司.一種隨鉆堵漏劑及其制備方法:中國(guó)，101348711A［P］.2009 －01 －21.

［7］王鐵軍，鮑春雷，王子龍，等.聚合物瀝青鉆井液的性能及其應(yīng)用［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，28(6):95 －97.

［8］王參書(shū)，徐孝思，杜曉勇，等.乳化瀝青YK－H在塔里木哈得及輪古地區(qū)中的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2003，20(4):57－58.

［9］王富華，魏振祿，亢連禮，等.一種新型鉆井防漏堵漏劑的研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2006，23(3):42 －44.

［10］武侯區(qū)巔峰機(jī)電科技研發(fā)中心.一種用于油氣勘探開(kāi)發(fā)的隨鉆堵漏劑:中國(guó)，102093859A［P］.2011－06－15.

［11］孫清德，汪志明.中原油田深井超深井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2005，33(5):62－67.

［12］趙金洲，趙金海.勝利油田深井超深井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2005，33(5):56 －60.

［13］王建莉，張麗君，鄭志軍，等.雙親粒子聚合物隨鉆堵漏劑的合成與性能評(píng)價(jià)［J］.油田化學(xué)，2012，29(1):6 －9.