一种随钻堵漏剂及其制备方法和应用 【技术领域】
本发明涉及一种用于石油钻井工程中的钻井液处理剂，进一步得说，是涉及一种随钻堵漏剂及其制备方法和其在钻井液中的应用。
背景技术
目前，国内外对井漏处理所采用的技术一般是“防堵并重”。“防”是指预防措施，主要包括预测地层压力梯度、平衡压力钻井、采用优质泥浆(井浆)、充气钻井液等。“堵”是指堵漏，在堵漏方面，国内外堵漏技术不下40种，特别是堵漏浆液配方众多，美国就有500多种。就美国、罗马尼亚、苏联和我国井漏处理的一般技术进行比较，发现桥接堵漏、剪切稠化液堵漏、高吸水性材料堵漏、液体套管等适合用于渗透性和裂缝性漏失；用裸眼遮隔管封闭漏层、凝胶堵漏和一些传统堵漏方法适用于溶洞性漏失。国内外现有的单向压力封闭剂、桥接堵漏剂、高失水堵漏剂、柴油膨润土水泥堵漏、重晶石塞堵漏、凝胶和树脂堵漏剂、水泥浆堵漏剂及它们的复配使用对付渗透性漏失，中、小裂缝和孔隙地层漏失，调整井漏失等具备了有效的手段，堵漏成功率达90％以上。在堵漏工艺上也开发了反循环堵漏、井下混合工具堵漏等技术。
上述技术和所使用的堵漏剂基本不属于随钻堵漏范畴，在进入漏层前需要停钻进行堵漏，延长作业时间，增加钻井成本，尤其是形成的堵漏层对以后的完井作业和投产作业造成困难，难于发现油层、降低原油产量。
美国专利US303206发明了一种使用的未经过任何化学处理或反应废弃植物直接加工而成的一种颗粒状堵漏剂。该专利提供的堵漏剂还存在如下问题：在钻井液中使用极易产生泡沫；影响钻井液的流变性；只有特定的钻井液体系才可以使用；形成的封堵层较疏松；在使用中需要停钻堵漏。
有些堵漏剂如桥接堵漏剂和液体套管具有随钻堵漏的功能，但其产品成本较高，生产工艺复杂；特别是在堵漏过程中不能使用震动筛，或者使用震动筛就会发生跑浆现象，使钻井速度降低，增加井下事故和泥浆成本。
当前，国内外解决渗透性漏失主要使用液体套管(即单向压力封闭剂，简称“单封”)，实际上它们是采用一种棉花或棉绒做原材料生产地纤维状堵漏剂，所采用的生产工艺也大同小异。以棉绒作为原材料造成产品成本较高，生产工艺较复杂；由于产品密度较低，增加了在钻井液中的分散难度特别是在堵漏过程中不能使用震动筛，或者使用震动筛就会发生糊筛跑浆现象，在泥浆中起泡，需要加入消泡剂消泡，使钻井速度降低，增加井下事故和泥浆成本。如《单向压力封暂堵剂(SBA)的试验和应用》(《钻采工艺研究》1990年第3期P20-P24)介绍的一种“单封”堵漏剂，是用棉绒为原材料生产的单一性产品。存在纤维短而细、密度轻、生产成本较高、难混入泥浆，粘糊振动筛、起泡等问题。特别是在堵漏过程中不能使用震动筛，或者使用震动筛就会发生糊筛跑浆现象，还需要加入消泡剂消泡，使钻井速度降低，增加井下事故和泥浆成本。
为解决随钻堵漏存在的问题，我们经过调研和室内大量的实验开发出一种具有原材料来源广泛、生产工艺简单、施工方便、堵漏效果显著、不影响完井和投产作业的堵漏剂。能够不影响钻井进度，在钻进中快速堵漏以及低造价，易维护是本发明的优势所在。
【发明内容】
针对现有堵漏剂存在的问题，本发明提供了一种主要原材料为废弃植物的新型的随钻堵漏剂。该堵漏剂可以随钻堵漏、成本低、堵漏效果显著。
本发明的另一个目的是提供所述随钻堵漏剂的制备方法。该方法工艺简单、易于推广。
本发明的一种用于钻井过程中的随钻堵漏剂，包含有以下组分：
a)植物纤维 100重量份；
b)石灰石粉 10-60重量份；
c)油溶树脂 3-30重量份。
以上所述植物纤维为不含胶质和木质素的植物纤维。植物纤维的纤维长可在堵漏的过程中搭成网状骨架，不含胶质和木质素是以防止在钻进过程中钻井液起泡，从而避免引起井喷事故。其颗粒平均粒径为60～20目，优选为50～40目。
所述植物纤维的颗粒粒径，是根据储层漏失情况而进行调整的，如下表：
表1 储层漏失量(m3/h) 粒径范围(目) 粒径范围(mm) ≤10 60～50目 0.18～0.25 10～30 50～40目 0.25～0.35 30～50 40～20目 0.35～0.85
注：平均粒径范围是指颗粒在规定的范围内占总含量85％wt或其以上。
所述植物纤维可以是任意的一种植物纤维，考虑到来源的难易，优先选自以下纤维的至少一种：麦草纤维、稻草纤维和芦苇纤维。
所述石灰石粉在本发明的堵漏剂中作为填充粒子，填充在长纤维搭成的网状骨架的孔隙中，形成较致密的屏蔽层，减少钻井液渗入地层的滤失量。为了有利于在完井时解除堵漏剂的堵塞，保护油气层，所用的碳酸钙须易于酸化，其中的碳酸钙含量至少占石灰石总量90％wt，优选为至少占石灰石总量95％wt。根据纤维网状骨架中的孔隙和地层孔隙的大小，一般对石灰石粉平均粒径的要求是：过200目筛，筛余量至多占石灰石总量5％wt，优选为至多占石灰石总量4％wt。石灰石粉在该堵漏剂中的重量份数优选为15～50份。
所述油溶树脂为天然树脂和/或合成树脂，软化点为50～250℃，其在无水煤油中油溶率不小于95％wt。该油溶树脂在本发明的堵漏剂中是用来封堵上述石灰石形成的微孔隙，它在地层温度下软化变形，使纤维和石灰石形成的屏蔽层更致密，完全阻止钻井液渗入地层中。其次在完井中它又能溶于原油而自动解除堵塞，减少施工程序，节约施工成本。所述油溶树脂优先选自下列树脂的至少一种：松香树脂、石油树脂、古马隆树脂、酚醛类树脂、环氧类树脂、醇醛类树脂和丙烯酸类树脂，更优选古马隆树脂、石油树脂中的至少一种。
油溶树脂颗粒过80目筛，筛余量至多占油溶树脂总量的10％wt，优选为过100目筛，筛余量至多占油溶树脂总量的10％wt。油溶树脂在该堵漏剂中的重量份数优选为5～20份。
本发明的随钻堵漏剂中还可包含有现有技术中堵漏剂常用的其他辅助组分，如润滑剂、表面活性剂、稀释剂、降失水剂等，其用量为常规的使用量。
本发明随钻堵漏剂的制备方法包括以下步骤：
I刚性材料的制备：选取碳酸钙含量大于90％wt的石灰石，粉碎后过200目筛，筛余量至多占石灰石总量5％wt，优选为4％wt。
II软化粒子的制备：选取在无水煤油中油溶率大于95％、软化点为50～250℃的油溶树脂，粉碎后过80目筛，筛余量至多占油溶树脂总量的10％wt，优选为过100目筛，筛余量至多占油溶树脂总量的10％wt。
III制备植物纤维：选取干燥的植物秸杆，将其浸泡在25～110℃的、浓度为5～25％wt的碱水溶液中持续时间为1～20小时，冷却，将反应后的植物转入离心机中甩干，再用水清洗，至pH值在7～9，再次甩干后，在95～110℃烘干或在常温下晒干。此时植物纤维中原有的胶质及木质素均已去除。之后将脱除胶质及木质素的植物纤维粉碎至颗粒平均粒径为60～20目，优选为50～40目。
IV成品的制备：按以下配比，用通用的混合设备如捏合机等将上述三种材料混合均匀，装袋。
a)植物纤维 100重量份；
b)石灰石粉 10-60重量份，优选15～50重量份；
c)油溶树脂 3-30重量份，优选5～20重量份。
本发明的制备方法步骤II中的油溶树脂选用天然树脂或合成树脂，优先选自以下树脂中的至少一种：松香树脂、石油树脂、古马隆树脂、酚醛类树脂、环氧类树脂、醇醛类树脂和丙烯酸类树脂等；优选石油树脂和古马隆树脂中的至少一种。
本发明的制备方法步骤III中植物秸秆可选用任意的植物秸秆，优选粗而韧植物秸杆。考虑到来源难易，一般优先选用麦草、稻草及芦苇中的一种或几种。
本发明的制备方法步骤III中碱水溶液可用通用的碱或碱性物质制备。一般可选NaOH、Na2O3、KOH、Zn(OH)2和LiOH中的任一种，优选为NaOH或Na2CO3。
本发明的制备方法步骤III中，碱溶液的温度可优选为90～105℃；碱溶液浓度为可优选为10～15％wt；植物纤维在碱溶液中浸泡时间可优选为1～2小时。植物纤维碱液浸泡后清洗至pH值在7～9，因为在钻井过程中，pH过低会腐蚀钻具，过高又会伤害储层，目前现场一般要求pH值在7～9。
本发明的随钻堵漏剂可很好的应用于随钻堵漏。在进入漏层以前50米，将该堵漏剂一次性按堵漏剂重量与钻井液体积比为(1～5)×10-2吨/立方米加入量加入到钻井液中即可，不需要停钻和停用震动筛。如果漏层超过50米，应再一次性补加堵漏剂重量与钻井液体积比为(1～3)×10-2吨/立方米的堵漏剂。
本发明的随钻堵漏剂生产成本较低，而且它的纤维比棉绒的纤维粗、长，其抗压强度大，堵漏效果更显著。在防漏堵漏施工过程中，可以正常钻进，不需要停钻或停用震动筛，可以提高钻井速度，节约钻井成本。由于该产品可以酸溶、油溶和在负压差下可以自行解除堵塞，使它同时具有保护储层的特点。本发明随钻堵漏剂的制备方法，原料来源广泛、价格低廉，制备工艺简便易行，易于推广应用。
本发明随钻堵漏剂的具体作用效果可归纳为：
1.对于渗透性漏失和微裂缝性漏失具有快速堵漏的作用；
2.预探井作业过程中，可防止钻井液的漏失；
3.稳定井壁，维持井经规则，可以降低钻井过程中的摩阻和扭矩；
4.降低钻井液的滤失量，减少储层污染；
5.不影响钻井液的流变性；
6.与各种钻井液体系有良好的配伍性。
【具体实施方式】
一、实施例：
实施例1：
井浆和随钻堵漏剂的混合液，其中随钻堵漏剂重量与井浆体积比为3×10-2吨/立方米。
随钻堵漏剂制备方法：取稻草秸杆(选用不腐烂的干燥秸秆，市售)，将其浸泡在95℃、浓度为15％wt碱溶液中，浸泡时间为2小时，将碱处理后的秸秆清洗至pH值为7后干燥，粉碎至颗粒粒径为50～40目。石灰石粉(河南巩义丰业石油助剂厂生产，工业品，碳酸钙含量占石灰石总量92％wt)粉碎过200目筛，筛余量占石灰石总量3％wt；油溶树脂为浅色古马隆树脂(工业品，市售)在无水煤油中油溶率为98％wt，软化点为85℃，其颗粒过80目筛，筛余量占油溶树脂总量的10％wt。将19份的石灰石粉和6份的古马隆树脂与上述100份稻草纤维混合均匀。
井浆是钻漏层前的钻井液。该钻井液的主要成分是铵盐和聚丙烯酰胺类聚合物，其性能为密度：1.25g/ml；失水为8ml；塑性粘度为14mPa.s。
实施例2：
除井浆和随钻堵漏剂的混合液中，随钻堵漏剂重量与井浆体积比为4×10-2吨/立方米外其余条件同实施例1。
实施例3：
除井浆和随钻堵漏剂的混合液中，随钻堵漏剂重量与井浆体积比为1×10-2吨/立方米外其余条件同实施例1。
实施例4：
井浆和随钻堵漏剂的混合液，其中随钻堵漏剂重量与井浆体积比为3×10-2吨/立方米。
随钻堵漏剂制备方法：取稻草秸杆(同实施例1)，将其浸泡在105℃、浓度为10％wt碱溶液中，浸泡时间为1.5小时，将碱处理后的秸秆清洗至pH值为8后干燥，粉碎至颗粒粒径为50～40目。石灰石粉(河南巩义丰业石油助剂厂生产，工业品，碳酸钙含量占石灰石总量95％wt)粉碎过200目筛，筛余量占石灰石总量3％wt；油溶树脂为浅色石油树脂(市售)在无水煤油中油溶率为99.5％wt，软化点为85℃，其颗粒过90目筛，筛余量占油溶树脂总量的10％wt。将29份石灰石粉和14份石油树脂与上述100份稻草纤维混合均匀。
井浆情况同实施例1。
实施例5：
除井浆和随钻堵漏剂的混合液中，随钻堵漏剂重量与井浆体积比为5×10-2吨/立方米外其余条件同实施例4。
实施例6：
除井浆和随钻堵漏剂的混合液中，随钻堵漏剂重量与井浆体积比为1×10-2吨/立方米外其余条件同实施例4。
实施例7：
井浆和随钻堵漏剂的混合液，其中随钻堵漏剂重量与井浆体积比为3×10-2吨/立方米。
随钻堵漏剂制备方法：取稻草秸杆(同实施例1)，将其浸泡在30℃、浓度为20％wt碱溶液中，浸泡时间为15小时，将碱处理后的秸秆清洗至pH值为8后干燥，粉碎至颗粒平均粒径为60～20目。石灰石粉(河南巩义丰业石油助剂厂生产，工业品，碳酸钙含量占石灰石总量90％wt)粉碎过200目筛，筛余量占石灰石总量3％wt；油溶树脂为深色石油树脂(市售)在无水煤油中油溶率为99.5％wt，软化点为85℃，其颗粒过90目筛，筛余量占油溶树脂总量的10％wt。将50份石灰石粉和17份石油树脂与上述100份稻草纤维混合均匀。
井浆情况同实施例1。
实施例8：
除井浆和随钻堵漏剂的混合液中，随钻堵漏剂重量与井浆体积比为5×10-2吨/立方米外其余条件同实施例4。
实施例9：
除井浆和随钻堵漏剂的混合液中，随钻堵漏剂重量与井浆体积比为1×10-2吨/立方米外其余条件同实施例4。
比较例1
纯井浆(条件同实施例1井浆)。
比较例2
井浆(同实施例1)和现有的“单封”堵漏剂(由棉绒及少量棉籽壳组成，胜利油田泥浆公司生产)的混合液，其中“单封”堵漏剂重量与井浆体积比为4×10-2吨/立方米。
实施例1～9及比较例1～2得到的浆液性能按石油部颁发的SY/T5621-93《钻井液测试程序》进行检测。
漏失量测定方法如下：取洗净烘干的建筑用砂，过筛，称取10～20目之间的砂子100g，装入高温高压失水仪罐中(该失水仪罐两端可以打开)，把砂子铺平，用200ml清水缓慢的冲洗砂子，待水排放后，到入待测浆液，在70℃温度下，压力为3MPa时，测定45min的漏失量。实验结果见表2。
表2 性能 旋转粘度计读数 混合 液pH API失水 (ml) 漏失量 (ml) Φ600 Φ300 Φ200 Φ100 Φ6 Φ3 比较例1 27 16 14 12 2 2 8 8 全漏 比较例2 32 22 19 17 5 3 8 6 63 实施 例1 28 18 16 14 3 2 7.5 4 22 实施 例2 29 20 18 16 4 2 8.0 3 10 实施 例3 27 18 16 14 2 1 7.0 5 53 实施 例4 27 17 16 13 3 1 7.5 5 30 实施 例5 30 22 19 17 5 3 8.0 4 16.5 实施 例6 26 17 15 13 2 1 7.0 5 49 实施 例7 28 19 17 15 4 2 7.5 5 38 实施 例8 29 19 17 15 3 1 8.0 4 11.5 实施 例9 26 17 14 12 1 1 7.0 5 46
实验结果说明，本发明随钻堵漏剂加入到钻井液中对井浆的流变形及PH值影响很少，不起泡，具有降低失水量的作用。从漏失量的结果看：植物纤维含量占三组分总含量约60～80％wt之间最好。而比较例中的井浆全部漏失，没有堵漏效果；比较例2中含单封的井浆具有堵漏效果，但不如实施例2中同含量本发明随钻堵漏剂的效果好。该实验还说明：采用不同配比组分的随钻堵漏剂其堵漏效果不同，在钻井液中的加入量不同，效果也不同，所以在实施例时既要考虑配比还要考虑适当的加入量。
二、价格及性能比较：
本发明随钻堵漏剂(实施例2)与现有的堵漏剂(“单封”堵漏剂，同比较例2)在主要原材料方面成本的对比，见表3。
表3 名称 消耗量(元) 碱 酸 水 燃料 其他 组分 其他 成本 合计 棉花 5000 350 300 40 160 0 1000 6850 植物秸秆 800 350 0 80 270 800 1000 3300
注：表中各项单位均为元，以产品为1吨计。
漏失量评价方法同上述，效果对比见表4。
表4 名称 温度(℃) 压力(MPa) 时间(min) 漏失量 单封+井浆 60-70 3.0 45 63 本发明随钻堵漏剂+井浆 60-70 3.0 45 10
注：表中漏失量的单位是毫升；“单封”和本发明随钻堵漏剂在井浆中的加入重量与井浆体积比为4×10-2吨/立方米。
三、放大实验：
在室内研究的基础上，将本发明随钻堵漏剂进行了现场模拟实验，设计漏层为1460米，完钻井深为1650米。当钻到1410米时，井浆池液面急剧下降，向井浆池中加入重量与井浆体积比为2×10-2吨/立方米的本发明随钻堵漏剂(实施例2的堵漏剂)，循环两周后，漏失停止。在1450米处停钻下单根，历经十几个小时后开钻，井下正常，没有发现糊筛跑浆现象，井浆不起泡，对钻井液的流变性能没有影响。其后，又对井浆进行了处理，将堵漏剂补加到井浆中，加入重量与井浆体积比为1×10-2吨/立方米，直到完钻，未发现漏失。该井电测一次成功，井径规则。