新型復合堵漏材料的研制及效果評價

陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院

新型復合堵漏材料的研制及效果評價

于小龍陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院

新型復合堵漏材料以石英砂和瀝青作為原材料，通過試驗優選，確定瀝青與石英砂的最佳加量比例為5∶17.5，最佳加熱時間為5.5m in。用新型復合堵漏材料YC—1配方進行高溫高壓封堵試驗，試驗表明，采用YC—1配方后的封堵效果遠遠好于未加工石英砂的封堵效果，在加壓到500 psi后基本上實現了完全封堵，且模擬地層可以承受500 psi的壓力。由于粗顆粒和細顆粒YC—1都具有變形性，故新型復合堵漏材料的橋堵、充填都可以達到最佳和最穩定效果。粗顆粒和細顆粒YC—1加量的比例可以采用1∶1，但是總濃度不應超過5%。

橋接堵漏材料；剛性；可變形性；高溫高壓試驗；粒徑分布

符合橋接堵漏要求的材料種類有很多，但同時具有顆粒和可變形性特性的材料卻非常少，如能實現橋接材料性能一體化，則可以極大推動橋接堵漏材料的發展。因此，通過特殊的加工工藝或者物理化學方法，研制一種成顆粒狀、具有剛性和可變形性，同時能起到架橋和變形填充的復合橋接堵漏材料具有十分重要的意義。

1 新型復合堵漏材料的研制

1.1材料選擇及物性分析

要想研制出新型復合堵漏材料，需要用多種材料進行嘗試。目前，剛性堵漏材料主要包括建筑用石英砂、方解石、超細碳酸鈣，新型復合堵漏材料需要較好的包裹與分散特性，故采用圓度好、顆粒較細的石英砂作為剛性材料。石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性質較為穩定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2，石英砂的顏色為乳白色或無色半透明狀。可變形性堵漏材料包括建筑用瀝青、乳膠手套（作為乳膠材料）、橡皮筋（可作為橡膠材料）。由于乳膠和橡膠加熱后會產生有毒的氣體，故可變形性材料選擇建筑用瀝青。石油瀝青是原油蒸餾后的殘渣，為棕黑色有機膠凝狀物質，在常溫下呈液體、半固體或固體，具有較高的感溫性。石英砂與瀝青的物理機械性能見表1。

表1 石英砂與瀝青的物理機械性能

1.2最佳加量比例的確定

通過試驗優選，確定瀝青與石英砂的最佳加量比例為5∶17.5。加砂量若小于17.5 g，則瀝青過量，使得攪拌后的砂和瀝青混合黏結成塊，無法分離；加砂量若大于17.5 g，則砂過量，導致石英砂包裹瀝青不均勻，有部分砂粒的表面仍然是裸露的。

1.3最佳加熱時間的確定

試驗中一次加砂量為17.5 g，通過不同加熱時間下材料形成的效果來確定最佳加熱時間。

試驗表明，最佳加熱時間為5.5min，此時材料的分散性最好，顆粒大小合適。若加熱時間較短，無法使材料很好地混合和分散；若加熱時間過長，則裹在剛性材料表層的可變形性材料在過高的溫度下變焦、變脆，導致材料的抗壓能力降低，不能滿足實際需要。

1.4細粉砂與瀝青試制復合材料

由于石英砂原材料顆粒比較粗，包裹上一層可變形性材料后顆粒尺寸基本上都在20目以上，無法完全滿足鉆井堵漏材料的要求。要制成更細的復合堵漏材料，就需要采用更細的石英砂與建筑瀝青進行試驗。因此，后期試驗主要采用45～80、80～120、大于120目這三種細粉砂作為試驗材料。

通過試驗初步得出采用80～120目石英砂時，瀝青與石英砂的最佳加量比例為5∶19.5。

單尺寸砂與混配細粉砂對比試驗見表2。試驗表明，當各種尺寸的材料采用1∶1∶1∶1的比例混和時，粗砂與細砂之間有一定的孔隙，可以更好地容納熔融狀瀝青。因此，材料的包裹比較均勻，形成的材料尺寸較細，比例亦比較接近，材料質量優于單尺寸原料形成的材料質量。單尺寸原料形成的材料顆粒過粗，比例不均，并且在攪拌的時候易成泥狀，攪拌困難。尤其是當采用尺寸較細的砂時，試驗效果很不理想。

表2 單尺寸砂與混配細粉砂對比試驗

2 高溫高壓封堵效果試驗

2.1未加工的石英砂封堵試驗

配方：土漿＋2%石英砂（40～80目）＋1%石英砂（80～120目）＋1%碳酸鈣（600目）＋1%磺化瀝青（SAS）。

測定在80℃下高溫高壓罐加壓到100、200、300、400、500 psi（1 psi=6.895 kPa）時材料的失水量、總失水量和模擬地層的承壓狀況。

按照試驗步驟，用未加工的石英砂配方進行高溫高壓封堵試驗。當壓力加到200 psi時，模擬地層被壓穿了，這說明當采用未加工的石英砂作為堵漏材料來封堵地層時，其承壓能力只能到200 psi，失水速度為0.4mL/min。未加工石英砂封堵試驗數據見表3。

表3 未加工石英砂封堵試驗數據

2.2新型復合堵漏材料YC—1封堵試驗

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

測定在80℃下高溫高壓罐加壓到100、200、300、400、500 psi時材料的失水量、總失水量和模擬地層的承壓狀況。

按照試驗步驟，用新型復合堵漏材料YC—1配方進行高溫高壓封堵試驗。試驗表明，采用YC—1配方后的封堵效果遠遠好于未加工石英砂的封堵效果，在加壓到500 psi后基本上實現了完全封堵，且模擬地層可以承受500 psi的壓力。YC—1封堵試驗見表4。

表4 YC—1封堵試驗數據

3 YC—1的適用條件

要想封堵一定孔徑的地層，需選擇適當的堵劑粒徑分布，以實現堵劑粒徑與孔隙的最佳匹配。由于YC—1的堵漏方式與屏蔽暫堵技術較為相似，故其粒徑采取以下原則：對于顆粒較粗的YC—1，其平均粒徑應為儲層孔隙平均直徑的2/3；對于顆粒較細的YC—1，其平均粒徑應該在儲層孔隙平均直徑的1/3～1/4范圍內。由于粗顆粒和細顆粒YC—1都具有變形性，故新型復合堵漏材料的橋堵、充填都可以達到最佳和最穩定效果。粗顆粒和細顆粒YC—1加量的比例可以采用1∶1，但是總濃度不應超過5%。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.057