基于温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料研究展望

井漏一直是困扰国内外油气钻探工程的世界性技术难题。新型高效堵漏材料的研发,是治理井漏的技术关键。借助智能材料科学的先进理念和方法,探讨分析了形状记忆智能型材料的类型、特性及记忆效应作用机理,介绍了国内外基于温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料的研究现状,以及其具有的自适应裂缝尺度、较高承压能力等智能堵漏特性及调控机理。针对温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料的制备、评价实验方法及现场工艺方案等提出了建议及展望,可望实现防漏堵漏技术革新。      

热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验

裂缝性漏失是钻井工程中的世界性难题,具有裂缝开度不明确、堵漏效率低等特点。传统的桥接堵漏材料对裂缝开度敏感性较强,难以实现有效的自适应架桥封堵。基于形状记忆智能材料学科新进展,利用"热-机械变形"基本原理,研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂（密度为1.16 g/cm³）,借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和"折叠-展开"形状记忆测试方法,实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能;测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能;开展了长裂缝封堵模拟实验,探讨了裂缝封堵机理。结果表明,热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控（72.86~102.35℃）,形状固定率和回复率大于99%;高温高压条件下（120℃、20 MPa）颗粒D90增长率大于40%,激活后抗压强度高,有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状,易进入裂缝,达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构,在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度,封堵效率高,采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3~5 mm不同开度共存裂缝,实现温敏、自适应、高效封堵作用。     

热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验

裂缝性漏失是钻井工程中的世界性难题，具有裂缝开度不明确、堵漏效率低等特点。传统的桥接堵漏材料对裂缝开度敏感性较强，难以实现有效的自适应架桥封堵。基于形状记忆智能材料学科新进展，利用"热-机械变形"基本原理，研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂（密度为1.16 g/cm³），借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和"折叠-展开"形状记忆测试方法，实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能；测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能；开展了长裂缝封堵模拟实验，探讨了裂缝封堵机理。结果表明，热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控（72.86~102.35℃），形状固定率和回复率大于99%；高温高压条件下（120℃、20 MPa）颗粒D90增长率大于40%，激活后抗压强度高，有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状，易进入裂缝，达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构，在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度，封堵效率高，采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3~5 mm不同开度共存裂缝，实现温敏、自适应、高效封堵作用。     

形状记忆聚合物型温控膨胀堵漏剂SDP制备技术

利用温度触发型的形状记忆材料制备温控膨胀堵漏剂,以实现堵漏液在裂缝中感应温度下的膨胀架桥。探讨了基于形状记忆聚合物型的温控膨胀堵漏剂制备工艺技术,利用低聚物树脂单体与不同高温交联剂在催化剂作用下,经不同温度和时间加热交联固化,脱模后热压成型以储备形变记忆功能,冷却后造粒制得。温控膨胀堵漏剂SDP,该堵漏玻璃化激活温度可调,粒径可调,抗拉强度大,高温高压膨胀量较大,在150 ℃、20 MPa老化后D₉₀粒度增长率为44.71%～54.17%,能自适应裂缝架桥堵塞,经挤压变形,能够提高堵漏液的滞留能力和承压能力。      

基于形状记忆聚合物的温敏型堵漏材料制备与评价

传统堵漏材料对裂缝性漏失的封堵存在不足,针对该问题,将形状记忆聚合物材料引入封堵作业,利用其“温控形变”特性,制备出温敏型堵漏材料;采用热机械动力分析仪和形状恢复试验,评价了其玻璃态转变温度和形状记忆性能;通过裂缝封堵模拟试验,评价了温敏型堵漏材料的裂缝封堵效果,并探索了其裂缝封堵机理。研究结果表明:温敏型堵漏材料的形变温度（即玻璃态转变温度）可根据漏失层段位置需求在温度80～120 ℃范围内进行调控,形状记忆性能优异（形状恢复率大于95%）,且耐温性能良好,初始热解温度230～258 ℃,可适用于温度80～120 ℃的地层,与传统堵漏材料复配后可封堵3～5 mm裂缝。研究结果可为研制和应用新型材料封堵裂缝提供参考。      

裂缝性地层堵漏配方及规律性研究

尽管国内外针对渗漏性漏失有过一些研究,但到目前为止,仍没有系统的针对裂缝性地层漏失的堵漏配方及规律性的研究,同时目前仍没有有效地解决裂缝性地层的漏失问题。在广泛调研国内外堵漏技术的基础上,利用自行研制的DL-A高温高压堵漏仪,对裂缝性漏层堵漏配方进行了研究,找到了裂缝性地层堵漏的一般规律,同时确定了较为理想的堵漏配方,为裂缝性漏层的堵漏技术奠定了基础。     

基于形状记忆环氧树脂聚合物的温敏可膨胀型堵漏剂研制及性能评价

为避免当前常规惰性堵漏颗粒和吸水凝胶颗粒在堵漏应用过程中存在的问题,以热固性形状记忆环氧树脂作为基础材料,通过添加空心玻璃微珠改善了可压缩性能,形成了形状记忆环氧树脂复合泡沫,最后成功制备出具有不同响应温度和膨胀倍数的温敏可膨胀型智能堵漏剂SMP-LCM。通过控制形状记忆环氧树脂中交联组分含量,得到了不同响应温度区间（50~100℃）的形状记忆环氧树脂。通过控制体系中孔隙含量,得到了一系列不同膨胀率（5%~110%）的形状记忆环氧树脂泡沫及其颗粒。室内评价表明,SMP-LCM温敏堵漏剂可在温度激发下实现快速体积膨胀,且膨胀率不受介质种类影响,对大孔隙砂盘和砂床具有良好的封堵承压效果。所研发的形状记忆泡沫堵漏剂属于温敏膨胀型堵漏材料,能够以较小尺寸进入漏层深处并在地层温度下发生膨胀,通过自身因形状记忆效应产生的恢复应力有效加固井眼而又不致压裂地层,进而提高井筒薄弱地层承压能力,展现出了良好的应用前景。      

可酸化凝固型堵漏技术的研究与应用

胜利油田的工作液存在漏失难题，尤其是滨南采油厂滨四区沙四段及平方王构造带存在裂缝性漏失，常规的堵漏工艺和注水泥作业都不能解决，研制了一种新型的高效堵漏剂－可酸化凝固型堵漏剂，该堵漏剂由多种无机物与有机物组成，具有很强的酸溶率及封堵能力，室内对封堵率，抗压强度等参数进行了评价，并对比了油井水泥和可酸化凝固型堵漏剂在封堵体积，封堵深度，流变性能及承压能力等方面的差异，结果表明，该堵漏剂注入漏层后具有凝固强度高，凝固强度可调，凝固后体积不缩小等特点，。并易形成假塑性流体，滞流能力强，特别适合于高渗透及裂缝性地层的堵漏，可酸化凝固型堵水剂稠化快，固化慢，强度高，可酸化，封堵效果良好，概述了该堵漏剂在胜利油田滨193区块各种类型井中的应用情况，在现场16口井的应用证明，该堵漏剂安全系数高，可操作性强，成功地解决了裂缝性地层的严重漏失问题，减少了井下复杂情况的发生，缩短了建井周期，大幅度降低了钻井成本，保护了储层，取得了很好的经济效益和社会效益。     

基于温敏形状记忆聚合物的堵漏水泥浆体系研究

文章针对深井长裸眼大尺度裂缝发育井段固井漏失难题,基于自主研制的温敏形状记忆材料,复配耐温刚性支撑颗粒及纤维类堵漏材料,以高抗挤玻璃微珠低密度体系为基础,构建了新型堵漏水泥浆体系。该体系耐温150℃,流变、流动度等综合性能良好。文章采用自主研制的多尺度裂缝动态堵漏实验评价装置,针对3 mm、6 mm裂缝开展了堵漏水泥浆封堵能力评价,6 mm裂缝承压能力可达8.5 MPa,堵漏性能优异。室内研究结果表明：针对3 mm窄裂缝,1～2 mm刚性颗粒架桥,结合温敏膨胀网即可形成封堵;针对6 mm大裂缝,以2～3 mm刚性大颗粒一次架桥,1～2 mm刚性球二次架桥填充,温敏膨胀网覆盖,纤维扦插增强形成较致密封堵墙可以实现有效封堵。研究成果可望为深井防漏堵漏固井技术优化提供参考与指导。     

快速滤失固结堵漏材料ZYSD的研制及应用

裂缝性漏失的漏失通道复杂且诱导敏感性强,采用常规桥塞堵漏材料堵漏,由于堵漏材料的粒径难以与裂缝尺寸相匹配,堵漏成功率低,且易发生重复漏失,而采用水泥浆堵漏,不但水泥浆驻留性差且存在安全风险。为此,根据"快速滤失驻留+纤维成网封堵+胶凝固化"的堵漏思路,选用滤失材料、纤维成网材料及胶凝材料复配了适用于裂缝性漏失的快速滤失固结堵漏材料ZYSD。室内性能评价表明:ZYSD堵漏浆的悬浮稳定性好,1 min析水率小于5%;滤失速度快,在0.69 MPa压力下全滤失时间为10~15 s;封堵能力强,在缝宽5.0~10.0 mm裂缝中形成封堵层的承压能力达18.5 MPa。ZYSD堵漏材料在鄂北、延长、冀东、中原和涪陵等油气田应用了32井次,一次堵漏成功率达87.5%,且未再发生重复漏失。这表明ZYSD堵漏材料可以有效解决裂缝性漏失堵漏成功率低、堵漏有效期短,易发生重复漏失的问题。      

高滤失承压堵漏技术

高滤失承压堵漏技术是以高滤失堵漏剂进行封堵漏层提高地层承压能力的堵漏技术,该技术在压差作用下堵漏浆迅速滤失,形成填塞层封堵漏失通道,钻井液在填塞层表面发生滤失形成致密的泥饼,达到提高地层承压能力的目的。研制了一种高滤失堵漏剂,对钻井液流变性没有影响,堵漏浆30 s内API滤失量达180 mL以上,用重晶石粉可加重堵漏浆密度至2.3 g/cm3。室内模拟封堵不同尺寸的缝隙性漏失,承压能力达到7 MPa。高滤失承压堵漏技术进行了7井次现场试验,结果表明:该技术堵漏一次成功率达71%,堵漏时间短3～4 h,为优质高效地钻井施工提供了技术保障。      

钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究进展

概述了近年来钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的研究进展。主要介绍了桥接、高滤失、柔弹性、聚合物凝胶、水泥浆、膨胀性典型钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的特点、作用机理和部分应用实例,并分析了钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究的发展方向。     

MTC复合高强堵漏技术研究与应用

介绍了MTC高强堵漏液的触变性、稠化时间、强度、惰性堵漏材料对复合堵漏液性能影响的室内研究情况。在中原油田7口井的应用表明，它具有很好的堵漏效果，解决了水泥堵漏在施工时的可注性、稠化时间、可操作性方面的不足，提高了堵漏液在封堵后的抗破压力，并保证了施工的安全。     

高酸溶纤维堵漏剂的实验研究

裂缝性储层钻井完井液漏失及其引起的储层损害问题,严重制约裂缝性油气藏的钻探及高效开发。目前现场处理裂缝性储层钻井完井液漏失较常用的方法是桥接堵漏法,纤维是桥接堵漏材料的重要组成部分,但常用的纤维类堵漏材料酸溶性能较差,不能满足裂缝性储层酸化解堵的技术需要。为此,研制了一种高酸溶纤维堵漏剂SDSF,平均直径为10～30 μm,长度为3～12 mm,可根据工程需要调节,酸溶率达95%,抗温能力达150℃,在水基钻井液中分散性良好,耐碱性能优良。基于新型高酸溶纤维堵漏剂SDSF,协同高酸溶颗粒状桥接堵漏材料,实验优化了不同开度楔形裂缝的高酸溶纤维堵漏工作液配方,其承压能力可达10 MPa。高酸溶纤维堵漏技术为解决储层工作液漏失及解堵难题,提供了有效的技术方案。      

裂缝性地层漏失机理及堵漏材料新进展*

重点从裂缝性地层漏失机理,堵漏剂种类、配方、工艺等方面综述了近三年的最新研究成果。此外,还介绍 了井眼强化等井漏预防工程技术方法、漏层确定方法的优缺点等。最后给出了一些建议,为以后油气钻井堵漏 作业提供借鉴     

可控化聚合物凝胶堵漏材料的研究进展

现今钻井过程中的井漏问题严重,聚合物凝胶堵漏材料具有高黏弹性、可变形性的优势。但是,聚合物凝胶堵漏材料成胶不可控,严重制约了其在钻井堵漏中的应用。综述了可控化聚合物凝胶堵漏技术的研究进展、刺激响应聚合物凝胶材料的类型与作用机制及其在可控化凝胶堵漏方面的应用前景,总结出延迟交联、微胶囊化、触变自愈合、剪切响应成胶以及离子诱导成胶等刺激响应聚合物凝胶堵漏材料日益成为现今可控化堵漏材料研究的热点;同时,刺激响应功能聚合物凝胶材料的研究业已成熟,钻井液环境能够提供聚合物凝胶堵漏材料的刺激响应条件。因此,开发刺激响应功能的聚合物凝胶堵漏材料将有利于实现智能化、可控化堵漏。      

水化膨胀复合堵漏工艺技术

长庆西峰油田侏罗系洛河组地层埋深为700~1100m,垂直和水平裂缝发育,钻探过程中井漏发生频繁,用常规桥塞堵漏、注水泥浆堵漏效果差,耗时耗物,严重影响施工进度。为此研究出了水化膨胀复合堵漏技术。该技术首先根据材料的特性和作用优选桥接堵漏材料;并引入水化膨胀材料和刚性纤维材料,以强化桥塞强度;然后使用DLM-01型堵漏模拟装置对各种材料的粒度分布和混配比例进行优化,优选配方能够封堵住架桥粒子粒径1.5~2倍尺寸的裂缝。以此为基础提出了两步法堵漏工艺,有效解决了因漏失通道开口尺寸判断不清而导致的堵漏成功率低的问题。该项技术在白马北区水源3井1次堵漏成功,显示出优良的堵漏效果,为处理严重漏失提供了新的技术途径。     

高分子凝胶堵漏剂的研究

漏失井、长封固段井固井过程中,易发生井漏,造成水泥浆低返,进而漏封油层,固井施工难度大。为此以聚丙烯酸钠（PAANa）和壳聚糖（CTS）为原料,以过硫酸钾（KPS）为引发剂,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂,碳酸钙（CaCO₃）作为增强剂,通过优化PAANa和CTS二者比例,以水溶液聚合接枝共聚法制备高分子凝胶堵漏剂（CPA）。确定了最佳制备条件:单体配比CTS:PAANa=1:7,引发剂加量为3.3%,交联剂加量为2.1%,反应温度为60℃,碳酸钙加量为1%。利用红外光谱方法评价PAANa和CTS共聚接枝化学反应,并开展了CPA在不同盐溶液、温度、pH值下的吸水性能。结果表明,高分子凝胶堵漏剂的抗盐性较好;在不同盐溶液中的吸液能力依次为NaCl < MgCl₂ < CaCl₂;温度越高,吸水速率越快,但最大吸水倍率基本相同,温度对吸水倍率影响不大;pH值在5～9时其吸水能力最强。