随着钻井钻遇地层的复杂，对油基钻井液堵漏技术的要求也越来越严格。但油基钻井液专用堵漏材料的研发和应用却发展比较慢^[1]。为了提高油基钻井液堵漏材料的封堵效果，国内外科研人员研发出新的封堵材料^[2-7]。Kumar ^[8-9]将弹性石墨（RGC）应用在油基钻井液中，具有较好的封堵效果。邱正松等^[10]采用悬浮聚合法制备了吸油聚合物（OAP），可降低油基钻井液的高温高压滤失量，提高对地层的封堵能力。Ivan C D ^[11]介绍了油基钻井液堵漏用交联聚合物，用于解决诱导性裂缝漏失问题。该交联聚合物挤压到诱导性裂缝中，可增加裂缝诱导压力，有助于裂缝愈合，进而阻止漏失。这些材料通过弹性变形或吸油膨胀可提高封堵层的致密性，但未对材料驻留能力及封堵层的稳定性进行研究。Hutton ^[12]采用可熔融颗粒作为堵漏材料，通过材料熔融后的黏结性提高驻留能力，但是熔融后材料强度较低，承压能力较差。为了提高油基钻井液堵漏材料的驻留能力和封堵层的密封能力，解决堵漏材料返吐、复漏问题，制备一种亲油共混聚合物TP-C，该共混聚合物主要由非晶态聚合物AP和结晶聚合物PP高温混炼而成。在油基钻井液堵漏中，受漏层温度和油相小分子渗透作用，TP-C中AP部分吸油膨胀，表面变黏；PP部分可以控制AP油溶性，防止AP在高温油相介质下完全溶解。通过TP-C吸油膨胀、黏结驻留、弹性变形填充及黏结其它堵漏材料，形成整体段塞封堵层，提高封堵层的稳定性，解决油基钻井液堵漏材料返吐、复漏等问题。

1.   实验材料及仪器

非晶态亲油聚合物AP，聚丙烯PP，AP与PP的混炼产物TP-C，0^#柴油，白油，油基钻井液（实验室自备，密度为1.5 g/cm³）等。FA钻井液可视砂床无渗透失水仪（自制1～3 mm有机玻璃裂缝缝板及粗糙缝板），高温高压堵漏仪（自制，自制1～3 mm粗糙裂缝缝板）、DV-Ⅲ黏度计等。

2.   共混聚合物TP-C制备及表征

2.1   TP-C的制备

TP-C是由非晶态亲油聚合物AP和结晶态亲油聚合物PP混炼而成。AP是一种热塑性弹性体，分子排列不规则，亲油性较好，在高温油相介质中，吸油膨胀变黏，但是易完全溶解，强度降低，无法承压。PP分子排列规则，软化点150 ℃以上，具有较高的耐温耐油性，且与AP具有较好的相容性。因此，将AP和PP混炼，形成共混聚合物TP-C，通过TP-C中PP部分的球晶结构控制AP部分在高温油相介质中的溶解性。将AP、PP及添加剂于80 ℃下真空干燥后，按照一定配比加入挤出机中，在160～180 ℃下混炼、挤注、冷却、造粒，制备出共混聚合物TP-C。

2.2   结构表征

为了考察共混聚合物TP-C结构情况，对AP、PP及TP-C进行广角X射线衍射分析，结果如图1所示。由图1可知，非晶态聚合物AP在18.73°处出现了尖锐的衍射峰，随着PP的引入，TP-C在2θ在14.15°、17.09°、18.73°、21.88°、28.81°处出现了尖锐的衍射峰，分别对应α晶系的（110）、（040）、（130）、（111）、（131）晶面。通过对比发现，共混聚合物TP-C同时具有PP和AP的特征结构，说明混炼成功。

图  1  不同聚合物的X射线衍射分析图

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3.   性能评价

3.1   动态热机械分析（DMA）

将TP-C与10%白油完全熔融后，通过模具，制备成形状为59.7 mm×10.63 mm×3.8 mm的试样，以白油为油相介质，采用Q800动态机械分析仪测试TP-C在油相介质中的热-机械性能，结果如图2所示。由图2可以看出，损耗因子在73.18 ℃出现峰值，属于晶态部分的玻璃化转变温度T_g。随着温度升高，储能模量E’降低，130 ℃时E’仍大于10 MPa，说明TP-C整体以高弹态为主，具有较好的耐温耐油性。

图  2  共混聚合物TP-C的DMA分析谱图

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3.2   耐油性

将5 g粒径为0.83～2.36 mm的聚合物AP、TP-C和PP分别加入到100 mL柴油中，作为5%聚合物柴油体系，在80 ℃下静置，用DV-Ⅲ黏度计测量不同时间下不同柴油体系的黏度，其中含PP的柴油体系黏度为0，结果如图3所示。

图  3  不同聚合物柴油体系黏度随时间变化情况

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由图3可知，80 ℃下，1 h内AP完全溶解，随着时间增长，体系的黏度不再发生变化；TP-C柴油体系的黏度随着时间增长逐渐变大，说明TP-C中部分AP分子链脱离PP晶格结构束缚，向柴油中扩散，10 h后黏度变化较小，AP分子不再向油相扩散，由于AP与油相介质的作用依次是吸油膨胀、表面黏结、向油相扩散、油相介质黏度增大，所以当油相介质中黏度增大时，TP-C已具有黏结性。可知，晶态聚合物的引入，可控制TP-C中AP部分在油相介质中的溶解性，对油相介质黏度影响较小，便于堵漏浆的配制和泵送；TP-C同时具有黏结性和弹性强度，便于黏结驻留和变形填充。

3.3   吸油倍数

将5 g（m₀）粒径为0.83～2.36 mm的聚合物AP、TP-C和PP分别加入100 mL柴油中，作为5%聚合物柴油体系，在80 ℃下静置，趁热过滤后，测量聚合物的质量（m₁），计算聚合物的吸油倍数，AP在1 h内完全溶解，不做考虑，结果如图4所示。可知，80 ℃下，TP-C和PP仍保持颗粒状，PP耐油性较好，基本不吸油。TP-C吸油倍数先快后慢，6 h后吸油倍数变化较小，达3倍以上。说明引入PP，可控制TP-C吸油能力，防止AP被完全溶解。

图  4  不同聚合物的吸油倍数随时间的变化情况

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TP-C与油相介质作用缓慢，需将TP-C在设定温度下静置一段时间，才同时具有弹性变形性、吸油膨胀性和黏结性。因此，在封堵实验中堵漏浆需在设定温度下静置预热2～6 h后进行封堵实验，即堵漏浆泵送至漏层静置2～6 h后再进行挤注封堵。

3.4   驻留性能

用有机玻璃制备光滑平行缝板，裂缝宽度为2 mm，长度为120 mm，采用改进FA钻井液可视砂床无渗透失水仪对TP-C的驻留性进行评价^[13-14]。TP-C粒径配比为（0.83～2.36 mm）:（0.38～0.83 mm）=6∶4，携带液采用自制油基钻井液（密度为1.5 g/cm³），配制成不同浓度的堵漏浆（0，2.5%，5%，7.5%），堵漏浆、可视砂床筒体及缝板均在80 ℃下预热4 h，趁热进行封堵实验，不断增加压力，观察缝板的封堵情况。可知随着聚合物浓度的提高，封堵层承压能力提高，不加TP-C时，常压下漏失，速度为2.67 mL/s，当TP-C的浓度为2.5%时，常压下漏失停止，不承压，浓度为5.0%时，承压能力为0.1 MPa，浓度为7.5%时，承压可达0.4 MPa。

图5为不同浓度聚合物TP-C进入裂缝的情况。由图5可知，聚合物可在裂缝口、喉、腰以及尾处均发生驻留。在90 ℃的油基钻井液中，聚合物发生吸油膨胀及表面溶解黏结，进入裂缝后，通过挤压架桥、变形填充以及黏结作用，在裂缝口、喉、以及尾发生驻留，形成致密的聚合物封堵层（橙色区域）。但是承压能力不足，超过一定压力后仍可发生漏失（红色区域）。

图  5  不同浓度聚合物进入封堵层的照片

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3.5   封堵性能

采用实验室自制的高温高压堵漏仪对堵漏材料进行评价。携带液采用密度为1.5 g/cm³的油基钻井液。搅拌均匀后，在90 ℃下静置4 h，在90 ℃下进行封堵性评价（缝板裂缝规格为宽2 mm，长150 mm）。堵漏过程中挤注压力与堵漏材料挤注量的关系如图6所示。可知，随着挤注量增加，压力逐渐升高；当挤注量大于100 mL时，压力快速上升，致密封堵层已形成，承压可达7.5 MPa。堵漏配方如下。

20%石英砂（（0.83～1.70 mm）∶（0.38～0.83 mm）∶（0.25m～0.38 mm）=2∶5∶3 ）+8%硅酸盐纤维+7.5%TP-C（0.83 ～ 2.36mm）

图  6  堵漏过程中挤注压力与堵漏材料挤注量的关系

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由图7可知，堵漏材料可以在裂缝口、喉、腰以及尾发生驻留填充，通过聚合物的挤压架桥、变形填充及黏结性与其它堵漏材料聚集在一起，形成致密的整体黏结封堵层，有效封堵裂缝。

图  7  TP-C堵漏剂在裂缝中的封堵情况

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4.   结论

1. 研制共混聚合物TP-C作为油基钻井液用堵漏材料。TP-C由非晶态聚合物AP和结晶聚合物PP混炼而成，其中AP具有亲油性，PP具有耐温耐油性。

2. TP-C中，PP的晶格结构可以有效控制TP-C中AP部分的油溶性。该共混聚合物在高温油相介质中可同时具有弹性变形性、黏结性和吸油膨胀等性能。在80～130 ℃油相介质下，整体为高弹态，具有弹性变形性；具有较好的耐油性，在油相介质中吸油倍数达2～3倍。

3. TP-C具有较好的封堵性。通过黏结性及挤压变形协同作用，TP-C可在光滑的有机玻璃裂缝中有效驻留；通过与刚性填充材料及柔性纤维协同作用，能够形成黏结的整体封堵层，有效封堵2 mm裂缝，承压达7.5 MPa。