固井水泥石微裂縫遇水自封堵關(guān)鍵技術(shù)-中國(guó)石油大學(xué)(華東)

1、1固井水泥石微裂縫遇固井水泥石微裂縫遇水水自封堵關(guān)鍵技術(shù)自封堵關(guān)鍵技術(shù) 作者： 步玉環(huán) 單位： 中國(guó)石油大學(xué)（華東） 時(shí)間：2016.10.202匯報(bào)題綱匯報(bào)題綱前 言關(guān)鍵技術(shù)一 適用于油井水泥的吸水樹脂微球開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)二 微裂縫遇水自封堵材料開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)三 封堵材料應(yīng)用技術(shù)水泥石微裂縫遇水自封堵評(píng)價(jià)結(jié) 論3水泥石收縮破壞水泥石收縮破壞水泥石脆性破壞水泥石脆性破壞水泥環(huán)封隔失效主要水泥環(huán)封隔失效主要表現(xiàn)形式之一為表現(xiàn)形式之一為：水泥環(huán)本體出現(xiàn)微水泥環(huán)本體出現(xiàn)微裂縫裂縫裂縫的自修復(fù)裂縫的自修復(fù)是是解決水泥石裂縫解決水泥石裂縫問題的有力措施問題的有力措施 每年每年出版的文獻(xiàn)數(shù)出版的文獻(xiàn)數(shù) 每年每年

2、的引文數(shù)的引文數(shù)以自修復(fù)水泥為關(guān)鍵詞的檢索結(jié)果4水泥石微裂縫遇油自水泥石微裂縫遇油自封堵技術(shù)已經(jīng)成熟。封堵技術(shù)已經(jīng)成熟。但但不能有效解決水竄不能有效解決水竄。吸油膨脹材料吸水膨脹材料水泥石微裂縫水泥石微裂縫遇水自封堵技遇水自封堵技術(shù)術(shù)沒有實(shí)現(xiàn)沒有實(shí)現(xiàn)吸水吸水樹脂大量消耗樹脂大量消耗水泥漿水泥漿中中的的水分水分吸水吸水樹脂在水泥中樹脂在水泥中的加量低的加量低5（1）適用于油井水泥的吸水）適用于油井水泥的吸水樹脂樹脂 微球開發(fā)技術(shù)微球開發(fā)技術(shù)（2）微裂縫自封堵材料開發(fā)技術(shù)）微裂縫自封堵材料開發(fā)技術(shù)（3）封堵材料應(yīng)用技術(shù)）封堵材料應(yīng)用技術(shù)（4）微）微裂縫遇水裂縫遇水自封堵自封堵評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)6合成樹脂類型

3、合成樹脂類型樹脂性能樹脂性能聚丙烯酸類抗鹽性能差，強(qiáng)度低聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺類類抗鹽性能優(yōu)越抗鹽性能優(yōu)越，耐堿性差，強(qiáng)度低，耐堿性差，強(qiáng)度低合成吸水樹脂現(xiàn)狀：合成吸水樹脂現(xiàn)狀：耐堿抗鹽高強(qiáng)吸水樹脂：耐堿抗鹽高強(qiáng)吸水樹脂：?jiǎn)误w單體抑制水解的單體抑制水解的單體交聯(lián)劑交聯(lián)劑引發(fā)劑引發(fā)劑增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑丙烯酰胺 N，N-二甲基丙烯酰胺單體N，N-亞甲基雙丙烯酰胺 過硫酸鉀+亞硫酸氫鈉膨潤(rùn)土1 樹脂的開發(fā)樹脂的開發(fā)72 微球的制備微球的制備反相懸浮聚合定義：反相懸浮聚合定義：在分散劑的作用下，采用機(jī)械攪拌或超聲波分散的方式，將水相溶液分散于油相介質(zhì)中，然后引發(fā)水相溶液聚合制備吸水微球方法。雙雙分散反相分散反

4、相懸浮聚合定義：懸浮聚合定義：首先采用機(jī)械攪拌的方式進(jìn)行第一次分散，然后采用自然沉降自然沉降的方式進(jìn)行第二次分散，依靠攪拌速度及水相油相體積比確定微球粒徑，不需要加入分散劑或懸浮穩(wěn)定劑即可有效避免液滴融合或微球粘連，從工藝和設(shè)備上解決了反應(yīng)從工藝和設(shè)備上解決了反應(yīng)體系不穩(wěn)定體系不穩(wěn)定的制備吸水微球方法。8微球制備裝置結(jié)構(gòu)：微球制備裝置結(jié)構(gòu)：(1)(1) 釜體高度大于釜體高度大于2 m2 m，為微球，為微球提供充足的沉降距離，保證反應(yīng)時(shí)間提供充足的沉降距離，保證反應(yīng)時(shí)間。(2)(2)釜釜體材質(zhì)為聚乙烯或聚四氟乙烯等體材質(zhì)為聚乙烯或聚四氟乙烯等非極性非極性材料材料，防止，防止親水微球吸附釜壁親水微

5、球吸附釜壁。專家評(píng)語(yǔ)：專家評(píng)語(yǔ)：發(fā)展了反相懸浮聚合制備吸水微球技術(shù)發(fā)展了反相懸浮聚合制備吸水微球技術(shù)91 樹脂微球封堵水泥石微裂縫的適應(yīng)性樹脂微球封堵水泥石微裂縫的適應(yīng)性研究研究對(duì)水泥石完整性影響對(duì)水泥石完整性影響吸水樹脂吸油樹脂10 與樹脂接觸的水泥石表面部分，當(dāng)樹脂吸水膨脹后受拉應(yīng)力與樹脂接觸的水泥石表面部分，當(dāng)樹脂吸水膨脹后受拉應(yīng)力 樹脂樹脂吸水膨脹后會(huì)破壞水泥石的完整性吸水膨脹后會(huì)破壞水泥石的完整性 水泥水泥石內(nèi)部埋覆的吸水膨脹樹脂，會(huì)使水泥石的石內(nèi)部埋覆的吸水膨脹樹脂，會(huì)使水泥石的完整性存在隱患完整性存在隱患1 樹脂微球封堵水泥石微裂縫的適應(yīng)性樹脂微球封堵水泥石微裂縫的適應(yīng)性研究研究

6、對(duì)水泥石完整性影響對(duì)水泥石完整性影響11樹脂的吸水膨脹是把“雙刃劍” 解決方法：低彈性模量厚壁包裹1 樹脂微球封堵水泥石微裂縫的適應(yīng)性樹脂微球封堵水泥石微裂縫的適應(yīng)性研究研究對(duì)水泥石完整性影響對(duì)水泥石完整性影響122 樹脂樹脂微球包裹微球包裹研究研究pH=13 and 75 70min殼聚糖二次包裹殼聚糖二次包裹石膏殼一次包裹石膏殼一次包裹石膏殼三次包裹石膏殼三次包裹131 水泥石微裂縫遇水自封堵微觀機(jī)理水泥石微裂縫遇水自封堵微觀機(jī)理關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題：（1 1）材料）材料在水泥漿在水泥漿中加中加量問題；（量問題；（2 2）最大封堵裂縫寬度）最大封堵裂縫寬度問題問題微觀封堵模型微觀封堵模型根據(jù)

7、體積守恒 可封堵的最大裂縫寬度 Hd d : :樹脂微球樹脂微球粒徑粒徑: :樹脂微球吸水倍數(shù)樹脂微球吸水倍數(shù)142 水泥石微裂縫遇水自封堵材料加量研究水泥石微裂縫遇水自封堵材料加量研究逾滲理論逾滲理論中心質(zhì)思想中心質(zhì)思想定性分析定性分析定量分析定量分析(G. Grimmett, Percolation, 1999.)(吳中偉. 混凝土材料學(xué), 1980.)152 水泥石微裂縫遇水自封堵材料加量研究水泥石微裂縫遇水自封堵材料加量研究假設(shè)假設(shè)：裂縫裂縫看作二維看作二維平面平面微球粒徑微球粒徑相同相同微球吸水倍數(shù)微球吸水倍數(shù)相同相同微球在水泥石中均勻隨即微球在水泥石中均勻隨即分分布布微球原位微球原

8、位膨脹膨脹裂裂縫縫平平面面逾逾滲滲分分析析162 水泥石微裂縫遇水自封堵材料加量研究水泥石微裂縫遇水自封堵材料加量研究體心立方體分布模型體心立方體分布模型 包裹樹脂微球加量逾滲閥值：包裹樹脂微球加量逾滲閥值：=28.40%=28.40%（BWOCBWOC）根據(jù)平面逾滲閥值（0.593）可得自愈合劑加量逾滲閥值計(jì)算數(shù)學(xué)模型D D：包裹包裹后樹脂微球（即自愈合劑）粒徑后樹脂微球（即自愈合劑）粒徑水泥漿水泥漿密度密度立方體立方體邊長(zhǎng)邊長(zhǎng)樹脂樹脂微球微球粒徑粒徑樹脂微球樹脂微球密度密度石膏石膏殼厚殼厚石膏殼石膏殼密度密度逾滲逾滲閥值閥值1.98 1.98 / /cmcm3 3400m200m1.1 g

9、/cm350m1.1 g/cm30.593計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)17 最大最大封堵裂縫寬度封堵裂縫寬度 應(yīng)用本課題開發(fā)的樹脂微球，可封堵的最大裂縫寬度達(dá)到應(yīng)用本課題開發(fā)的樹脂微球，可封堵的最大裂縫寬度達(dá)到100m100m 以上以上d(m)L1 (m) (g/g)H (m)160400351.20468.27180400372.90497.202004003100.004133.3318 沖擊破碎沖擊破碎 壓裂破碎壓裂破碎巴西劈裂巴西劈裂切割造縫切割造縫預(yù)埋造縫預(yù)埋造縫裂縫裂縫尺寸尺寸不明確不明確與實(shí)際裂縫產(chǎn)生與實(shí)際裂縫產(chǎn)生方式方式不符不符需借助先進(jìn)的裂縫寬需借助先進(jìn)的裂縫寬度度采集系統(tǒng)采集系統(tǒng)操作操

10、作困難困難1造縫方法造縫方法19水泥石起裂器基本結(jié)構(gòu)水泥石起裂器基本結(jié)構(gòu)造縫流程造縫流程1造縫方法造縫方法202 微裂縫自封堵評(píng)價(jià)方法微裂縫自封堵評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)儀器示意圖評(píng)價(jià)儀器示意圖測(cè)量縫寬和水泥柱高度評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)流程：流程：2h后打開氮?dú)忾y加壓，當(dāng)排液孔剛有水排出時(shí)記錄此時(shí)氮?dú)鈮毫㈣徸印⑺嘀凸枘z套筒整體放入鋼筒中，并通過密封墊施加圍壓水泥柱上方注入水，連接氮?dú)夤芫€，將鋼筒加熱到測(cè)試溫度氮?dú)饧訅海瑴y(cè)量每五分鐘時(shí)間段內(nèi)排出水量，計(jì)算平均排液速率當(dāng)不再有液體排出，關(guān)閉氮?dú)忾y，并釋放氮?dú)鈮毫?16.4自封堵評(píng)價(jià)自封堵評(píng)價(jià)水泥配方水泥配方實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裂縫尺寸裂縫尺寸C1C1：G級(jí)油井水泥+30%30%水

11、泥石微裂水泥石微裂縫遇水自封堵材料縫遇水自封堵材料+10%微硅+0.5% SYJZ-1+4% BXF-200L+0.5%消泡劑+水（水固比0.5）C2C2：G級(jí)油井水泥+20%20%水泥石微裂水泥石微裂縫遇水自封堵材料縫遇水自封堵材料+10%微硅+0.5% SYJZ-1+4% BXF-200L+0.5%消泡劑+水（水固比0.5）7550000ppm氯化鈉溶液水泥水泥樣本樣本 微裂縫樣本微裂縫樣本微裂縫參數(shù)微裂縫參數(shù)縫寬縫寬 / /mm縫高縫高 /cm /cm 縫長(zhǎng)縫長(zhǎng) /cm /cm C1C1L9625C1H11825C2C2L9825C2H11525226.4自封堵評(píng)價(jià)自封堵評(píng)價(jià)水泥石微裂縫

12、遇水自封堵性能測(cè)試結(jié)果裂縫面顯微結(jié)構(gòu) 樹脂微球從石膏殼中樹脂微球從石膏殼中釋放釋放 膨脹樹脂膨脹樹脂彼此彼此相連形成相連形成封封堵堵 水泥水泥石微裂縫遇水自封堵材石微裂縫遇水自封堵材料加量達(dá)到逾滲閥值時(shí)，水料加量達(dá)到逾滲閥值時(shí)，水泥石微裂縫實(shí)現(xiàn)遇水自封泥石微裂縫實(shí)現(xiàn)遇水自封堵堵23一、一、 開發(fā)出適用于固井水泥漿的吸水樹脂開發(fā)出適用于固井水泥漿的吸水樹脂微球微球聚丙烯酰胺膨潤(rùn)土N，N-二甲基丙烯酰胺雙分散反相懸浮聚合高強(qiáng)度、耐堿、抗鹽二、基于樹脂微球包裹開發(fā)出了微裂縫遇水自封二、基于樹脂微球包裹開發(fā)出了微裂縫遇水自封堵材料堵材料一次包裹二次包裹三次包裹24三、揭示三、揭示了水泥石微裂縫遇水自封堵了水泥石微裂縫遇水自封堵機(jī)理機(jī)理四、建立四、建立了水泥石微裂縫遇水自封堵評(píng)價(jià)了水泥石微裂縫遇水自封堵評(píng)價(jià)方法方法水泥石微裂縫水泥石微