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温敏形变纤维胶囊堵漏剂的开发及评价

田辉 步玉环 胡苗苗 沈晟达 曹成章

田辉,步玉环,胡苗苗,等. 温敏形变纤维胶囊堵漏剂的开发及评价[J]. 钻井液与完井液,2024,41(5):630-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.010
引用本文: 田辉,步玉环,胡苗苗,等. 温敏形变纤维胶囊堵漏剂的开发及评价[J]. 钻井液与完井液,2024,41(5):630-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.010
TIAN Hui, BU Yuhuan, HU Miaomiao, et al.Development and evaluation of a temperature-sensitive deformable fibrous capsule lost circulation material[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(5):630-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.010
Citation: TIAN Hui, BU Yuhuan, HU Miaomiao, et al.Development and evaluation of a temperature-sensitive deformable fibrous capsule lost circulation material[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(5):630-639 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.010

温敏形变纤维胶囊堵漏剂的开发及评价

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.010
基金项目: 国家自然基金“深水油气井固井水泥传质传热过程中浅层水合物稳定机理”(51974355)。
详细信息
    作者简介:

    田辉,正高级工程师,博士,1983年生,毕业于中国石油大学(华东),现在主要从事石油工程技术管理与科研攻关工作。E-mail:shenshengda@163.com

    通讯作者:

    步玉环,教授,博士生导师,1966年生,毕业于中国石油大学(华东)油气井工程专业,现在主要从事固完井工程技术方面的研究工作。电话 13884951607;E-mail:buyuhuan@163.com

  • 中图分类号: TE256.6

Development and Evaluation of a Temperature-Sensitive Deformable Fibrous Capsule Lost Circulation Material

  • 摘要: 针对现有玻璃纤维、聚丙烯纤维、剑麻纤维、陶瓷纤维等纤维材料的尺寸过大及加量过大导致水泥浆混拌过程中混配困难和浆体增稠的难题,研发了具有形状记忆功能的温敏形变纤维胶囊。当温度低于形变响应温度时,纤维胶囊的粒径较小,在漏失通道内形成高密度颗粒填充;当温度达到形变响应温度后,纤维胶囊激活发生膨胀变形,高密度颗粒之间相互挤压充填,在漏失通道内高强度架桥堆积,进而封堵漏失层。该纤维胶囊可将6 mm的纤维封装在3 mm的胶囊中,从而提高纤维材料在堵漏水泥中的有效含量及尺寸,改善水泥浆封堵能力,降低工作过程中的漏失风险,保证固井质量。加入温敏形变纤维胶囊堵漏剂的水泥浆流动度均值为22 cm,初始稠度为25 Bc,与纯水泥浆相似,相比于直接添加纤维材料,水泥浆体流态明显改善,可泵性大幅度增强,同时水泥石抗压强度也大幅提高,堵漏剂加量为5%时水泥石7 d的抗压强度可达50 MPa,解决了纤维水泥浆混配困难和浆体增稠的难题,对保证固井质量具有一定的实际意义。

     

  • 图  1  含0.3%聚丙烯纤维的水泥浆体系60 ℃承压封堵实验

    图  2  温敏形变纤维胶囊制备工艺

    图  3  相变材料包裹玄武岩纤维胶囊而成的温敏形变纤维胶囊的结构表征示意图

    图  4  聚丙烯纤维胶囊堵漏剂的温度响应形变行为实验

    图  5  含5%聚丙烯纤维胶囊堵漏剂的 水泥浆60 ℃封堵承压实验

    图  6  各种水泥浆的流动度测试

    注:(a)纯水泥浆,(b)含聚丙烯纤维水泥浆,(c)含堵漏剂水泥浆。

    图  7  各种水泥石在不同温度下养护不同时间的抗压强度

    图  8  不同水泥浆在60 ℃下的稠化实验曲线

    图  9  室温养护水泥石的截面形貌

    图  10  60 ℃养护水泥石的截面形貌

    表  1  不同纤维加量下水泥浆的封堵实验评价结果

    纤维 下灰时间及冷浆状态 60 ℃养护后浆体状态 承压能力
    0.5%聚丙烯纤维(6 mm) 下灰19 s,浆体内有少量软团簇状物质 初稠35 Bc,60 ℃养护
    后有三指宽较大包心
    浆体搅匀后测承压
    能力,可达5 MPa
    不漏失(逐步升压法)
    0.5%玻璃纤维(6 mm) 下灰15 s,浆极稀且均匀,看不到纤维 无包心 加压至0.2 MPa
    全漏失、气窜
    1.5%玻璃纤维(6 mm) 低速搅拌基本不下灰,高速搅拌时发出强烈声响,持续数秒后突然浆体变稀,纤维全部消失不见,融入浆体中 无包心 加压至0.2 MPa
    全漏失、气窜
    0.5%碳纤维(6 mm) 低速搅拌基本不下灰,高速搅拌后
    浆体变稀,浆内看不到纤维
    无包心 加压至0.2 MPa
    全漏失、气窜
    1%碳纤维(6 mm) 低速搅拌基本不下灰,高速搅拌后
    浆体变稀,浆内看不到纤维
    无包心 加压至0.2 MPa
    全漏失、气窜
    0.5%聚丙烯网络纤维
    (19 mm剪成三段,每段约6 mm)
    下灰13 s,浆体内有少量
    软团簇状物质
    中等包心,上提
    一瞬间滑落
    加压至0.3 MPa
    全漏失、气窜
    0.5%聚酯纤维(6 mm) 下灰13 s,浆体正常 三指宽中等包心 加压至0.3 MPa
    全漏失、气窜
    1%玄武岩纤维(6 mm) 下灰12 s,浆体正常 无包心 加压至0.2 MPa
    全漏失、气窜
    不加纤维 下灰10 s,浆体正常 初稠10 Bc,无包心 加压至0.2 MPa
    全漏失,气窜
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    表  2  含不同加量聚丙烯纤维的水泥浆的封堵性能评价结果

    聚丙烯纤维/
    %
    DRS-1S/
    %
    下灰时间及冷浆状态 60 ℃养护后浆体状态 承压能力
    2 0 下不去灰,冷浆极稠 无法进行实验 无法进行实验
    1 0.3 下灰26 s,持续高速搅拌后
    浆体内有团簇状纤维-水泥复合物
    冷浆极稠,无法进行实验 无法进行实验
    1 0.7 下灰23 s,持续高速搅拌后
    浆体内有团簇状物质
    巨大包心,无法使用 无法进行实验
    0.5 0 下灰19 s,浆体内
    有少量软团簇状物质
    常压稠化仪初稠35 Bc,
    60 ℃养护后有三指宽较大包心
    浆体搅匀后测承压能力,可达
    5 MPa不漏失(逐步升压法)
    0.3 0 下灰13 s,浆体基本正常 初稠20 Bc,60 ℃养护后
    有三指宽较大包心
    浆体搅匀后测承压能力,可达
    5 MPa不漏失(逐步升压法)
    0.3 0 下灰13 s,浆体基本正常 初稠20 Bc,60 ℃养护后
    有三指宽较大包心
    直接快速加压,加至0.5 MPa正常,
    加至1 MPa时突然全漏失,气窜
    0* 0 下灰10 s,浆体正常 初稠10 Bc,60 ℃
    养护后无包心
    加压至0.2 MPa全漏失,气窜
      注:水泥浆配方为:1200 g嘉华G级油井水泥+3.5%降失水剂DRF-6L+聚丙烯纤维+分散剂DRS-1S+40.5%水;*实验为对照实验。
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-21
  • 修回日期:  2024-05-19
  • 刊出日期:  2024-11-07

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