新型复合堵漏材料的研制及效果评价

陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院

新型复合堵漏材料的研制及效果评价

于小龙陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院

新型复合堵漏材料以石英砂和沥青作为原材料，通过试验优选，确定沥青与石英砂的最佳加量比例为5∶17.5，最佳加热时间为5.5m in。用新型复合堵漏材料YC—1配方进行高温高压封堵试验，试验表明，采用YC—1配方后的封堵效果远远好于未加工石英砂的封堵效果，在加压到500 psi后基本上实现了完全封堵，且模拟地层可以承受500 psi的压力。由于粗颗粒和细颗粒YC—1都具有变形性，故新型复合堵漏材料的桥堵、充填都可以达到最佳和最稳定效果。粗颗粒和细颗粒YC—1加量的比例可以采用1∶1，但是总浓度不应超过5%。

桥接堵漏材料；刚性；可变形性；高温高压试验；粒径分布

符合桥接堵漏要求的材料种类有很多，但同时具有颗粒和可变形性特性的材料却非常少，如能实现桥接材料性能一体化，则可以极大推动桥接堵漏材料的发展。因此，通过特殊的加工工艺或者物理化学方法，研制一种成颗粒状、具有刚性和可变形性，同时能起到架桥和变形填充的复合桥接堵漏材料具有十分重要的意义。

1 新型复合堵漏材料的研制

1.1材料选择及物性分析

要想研制出新型复合堵漏材料，需要用多种材料进行尝试。目前，刚性堵漏材料主要包括建筑用石英砂、方解石、超细碳酸钙，新型复合堵漏材料需要较好的包裹与分散特性，故采用圆度好、颗粒较细的石英砂作为刚性材料。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性质较为稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，石英砂的颜色为乳白色或无色半透明状。可变形性堵漏材料包括建筑用沥青、乳胶手套（作为乳胶材料）、橡皮筋（可作为橡胶材料）。由于乳胶和橡胶加热后会产生有毒的气体，故可变形性材料选择建筑用沥青。石油沥青是原油蒸馏后的残渣，为棕黑色有机胶凝状物质，在常温下呈液体、半固体或固体，具有较高的感温性。石英砂与沥青的物理机械性能见表1。

表1 石英砂与沥青的物理机械性能

1.2最佳加量比例的确定

通过试验优选，确定沥青与石英砂的最佳加量比例为5∶17.5。加砂量若小于17.5 g，则沥青过量，使得搅拌后的砂和沥青混合黏结成块，无法分离；加砂量若大于17.5 g，则砂过量，导致石英砂包裹沥青不均匀，有部分砂粒的表面仍然是裸露的。

1.3最佳加热时间的确定

试验中一次加砂量为17.5 g，通过不同加热时间下材料形成的效果来确定最佳加热时间。

试验表明，最佳加热时间为5.5min，此时材料的分散性最好，颗粒大小合适。若加热时间较短，无法使材料很好地混合和分散；若加热时间过长，则裹在刚性材料表层的可变形性材料在过高的温度下变焦、变脆，导致材料的抗压能力降低，不能满足实际需要。

1.4细粉砂与沥青试制复合材料

由于石英砂原材料颗粒比较粗，包裹上一层可变形性材料后颗粒尺寸基本上都在20目以上，无法完全满足钻井堵漏材料的要求。要制成更细的复合堵漏材料，就需要采用更细的石英砂与建筑沥青进行试验。因此，后期试验主要采用45～80、80～120、大于120目这三种细粉砂作为试验材料。

通过试验初步得出采用80～120目石英砂时，沥青与石英砂的最佳加量比例为5∶19.5。

单尺寸砂与混配细粉砂对比试验见表2。试验表明，当各种尺寸的材料采用1∶1∶1∶1的比例混和时，粗砂与细砂之间有一定的孔隙，可以更好地容纳熔融状沥青。因此，材料的包裹比较均匀，形成的材料尺寸较细，比例亦比较接近，材料质量优于单尺寸原料形成的材料质量。单尺寸原料形成的材料颗粒过粗，比例不均，并且在搅拌的时候易成泥状，搅拌困难。尤其是当采用尺寸较细的砂时，试验效果很不理想。

表2 单尺寸砂与混配细粉砂对比试验

2 高温高压封堵效果试验

2.1未加工的石英砂封堵试验

配方：土浆＋2%石英砂（40～80目）＋1%石英砂（80～120目）＋1%碳酸钙（600目）＋1%磺化沥青（SAS）。

测定在80℃下高温高压罐加压到100、200、300、400、500 psi（1 psi=6.895 kPa）时材料的失水量、总失水量和模拟地层的承压状况。

按照试验步骤，用未加工的石英砂配方进行高温高压封堵试验。当压力加到200 psi时，模拟地层被压穿了，这说明当采用未加工的石英砂作为堵漏材料来封堵地层时，其承压能力只能到200 psi，失水速度为0.4mL/min。未加工石英砂封堵试验数据见表3。

表3 未加工石英砂封堵试验数据

2.2新型复合堵漏材料YC—1封堵试验

配方：土浆＋1%YC—1（40～80目）＋2% YC—1（80～120目）＋1%碳酸钙（600目）。

测定在80℃下高温高压罐加压到100、200、300、400、500 psi时材料的失水量、总失水量和模拟地层的承压状况。

按照试验步骤，用新型复合堵漏材料YC—1配方进行高温高压封堵试验。试验表明，采用YC—1配方后的封堵效果远远好于未加工石英砂的封堵效果，在加压到500 psi后基本上实现了完全封堵，且模拟地层可以承受500 psi的压力。YC—1封堵试验见表4。

表4 YC—1封堵试验数据

3 YC—1的适用条件

要想封堵一定孔径的地层，需选择适当的堵剂粒径分布，以实现堵剂粒径与孔隙的最佳匹配。由于YC—1的堵漏方式与屏蔽暂堵技术较为相似，故其粒径采取以下原则：对于颗粒较粗的YC—1，其平均粒径应为储层孔隙平均直径的2/3；对于颗粒较细的YC—1，其平均粒径应该在储层孔隙平均直径的1/3～1/4范围内。由于粗颗粒和细颗粒YC—1都具有变形性，故新型复合堵漏材料的桥堵、充填都可以达到最佳和最稳定效果。粗颗粒和细颗粒YC—1加量的比例可以采用1∶1，但是总浓度不应超过5%。

（栏目主持 樊韶华）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.057