[发明专利]一种用于地质岩心钻探的堵漏材料

说明书

技术领域

本发明属于地质岩心钻探中的堵漏领域，具体涉及一种复合堵漏材料及其制备方法 和应用。

背景技术

地层漏失是地质岩心钻探乃至石油、天然气、地热等所有钻探中经常遇到的共同难 题。由于地质岩心钻探在钻孔直径、钻进方法、钻进工艺及设备条件方面的特殊性，许 多在石油钻探顺利实施的堵漏技术却在地质钻探中无法使用。地质岩心钻探在钻遇裂缝 性地层、大孔隙性地层等地层时，往往会发生失返性恶性漏失。处理这类恶性漏失的方 法有桥塞堵漏、特种凝胶堵漏、水泥浆堵漏、化学堵漏等。其中，桥塞堵漏和特种凝胶 堵漏是石油、天然气钻井中应用广泛的堵漏技术，在处理泥页岩、砂岩地层的裂缝性漏 失问题成功率高。

桥塞堵漏技术，是将不同尺寸的材料(颗粒材料、纤维材料、薄片状材料)按照一 定的比例配合，在压差的作用下，迫使其进入漏失通道，利用这些物质的边锋与溶洞、 裂缝、孔隙的腔壁产生较大的摩擦、阻挂和滞留作用，形成网状架桥；进而利用小尺寸 材料进行逐级填充、密集堆砌，在漏失通道入口或通道内一定位置处形成致密封堵层， 阻止钻井液进入地层，达到堵漏和提高地层承压能力的目的。该技术在石油钻井实践中 堵漏成功率较高，应用比较广泛。

在地质岩心钻探工程中，采用桥塞堵漏技术堵漏成功率低，原因在于：①地质钻探 钻孔一般较浅(几百米至二千米不等，大部分一千米左右)；②地质钻探采用的冲洗液密 度较低，一般不超过1.2g/cm³。这两个原因致使钻孔内压差小，难以将桥塞堵漏材料压 入漏失通道，容易产生两个结果：①桥塞堵漏材料在漏失通道入口部位聚集停留，形成 封堵层，表现为冲洗液暂时停止漏失，随着钻进继续，在冲洗液冲刷作用或钻柱(钻头) 机械作用下，封堵层被破坏，漏失再次发生；②部分小尺寸桥塞堵漏材料进入漏失通道， 但与漏失通道尺寸不匹配，无法在漏失通道内驻留堆积形成封堵层，表现为堵漏失败， 冲洗液继续漏失。因此，桥塞堵漏技术直接用于地质岩心钻探工程中，堵漏成功率低， 应用较少。

特种凝胶堵漏技术，使用特种凝胶ZND进行堵漏。特种凝胶AND的结构使其溶液具有 特殊的性能特点，使其能够在地面管线钻具水眼及环空中容易流动，而进入漏层后粘度 迅速增加，流动阻力大，具有很强的粘弹性，可以占据漏失空间。特种凝胶ZND的堵漏 原理：将一定浓度的特种凝胶ZND浆液泵入井内，凝胶浆液进入漏层后自动停止流动， 并充满漏失裂缝、溶洞空间，且难与油、气、水相混合，形成能隔断地层内部流体与井 筒流体的“凝胶段赛”，该段塞具有足够的启动压力，大于井内正压差，从而起到堵漏 的作用。(张新民，聂勋勇，王平全，等.特种凝胶在钻井堵漏中的应用[J].钻井液与 完井液，24(5)：83—84.)

特种凝胶ZND，其化学本质是在大分子链上引入特种功能单体的水溶性高分子材 料，在水溶液中，大分子链通过分子间相互作用自发地聚集，形成可逆的超分子结构— —动态物理交联网络。特种凝胶ZND特殊聚合物是一种具有独特分子结构的高分子材料， 其水溶液具有剪切稀释特性，在高剪切速率下具有低的粘度，在低剪切速率下具有高的 粘度。即在地面管线、钻柱内流动时粘度低，容易流动，一旦进入地层漏失通道内，由 于流速降低(剪切速率降低)，粘度增加，流动阻力相应增加。致使桥塞材料容易在地 层漏失通道内驻留堆积，不易被冲走。

特种凝胶ZND堵漏技术需要使用大剂量、大泵量，并且井口需要封闭，利用泥浆泵 憋压迫使特种凝胶浆液进入漏失通道，才能达到堵漏的目的。在地质岩心钻探工程中， 不能采用石油钻井中特种凝胶ZND堵漏技术进行堵漏，原因在于：地质岩心钻探孔口不 能封闭，无法利用泥浆泵进行孔口憋压，迫使大剂量的特种凝胶浆液进入地层漏失通道 而达到堵漏的目的。若选用小剂量的特种凝胶ZND浆液(即浆液在孔口不憋压的情况下 能自行进入地层漏失通道)进行堵漏，则进入地层漏失通道特种凝胶ZND浆液的凝胶强 度达不到封堵漏失通道所需的强度要求。因此，特种凝胶ZND堵漏技术无法直接用于地 质岩心钻探堵漏。

综上，地质岩心钻探中，桥塞堵漏技术、特种凝胶ZND堵漏技术的堵漏成功率较低， 原因在于地质钻探钻孔一般较浅(几百米至两千米)，冲洗液密度一般也较低，不能产 生足够的压差将桥塞堵漏材料或特种凝胶浆液压入裂缝，且孔口不能封闭，无法进行憋 压作业；致使桥塞堵漏材料或特种凝胶浆液要么不能进入裂缝，要么进入裂缝后不能驻 留堆积形成堵层或凝胶强度低。