湯燕丹，許春田，李愛紅，嚴 沾

(中國石化江蘇石油工程有限公司鉆井處，江蘇 揚州 225261)

鉆井堵漏用聚合物凝膠膠凝時間影響因素研究及性能評價

湯燕丹，許春田，李愛紅，嚴 沾

(中國石化江蘇石油工程有限公司鉆井處，江蘇 揚州 225261)

聚合物化學(xué)凝膠在封堵裂縫型、孔洞型漏失方面具有良好的封堵效果，凝膠的性能直接影響到堵漏效果。對影響CUGB-LJ聚合物凝膠膠凝時間的CUGB-LJ溶液濃度、膠凝比、溫度、pH值等因素進行了分析研究。認為凝膠受CUGB-LJ溶液濃度、膠凝比、溫度的影響變化趨勢一致，規(guī)律性較強：濃度越高，膠凝時間越短，形成強度越強；膠凝比越大，膠凝速度越快，形成強度越強；升高溫度可明顯縮短凝膠的膠凝時間，形成強度越強。三個影響因素中溫度影響最為明顯，當(dāng)溫度較高時，濃度和膠凝比對膠凝時間的影響趨于平緩。同時，聚合物凝膠的膠凝時間隨著pH值的升高而縮短，形成的凝膠強度越強。聚合物凝膠具有較好的抗鹽、抗鈣污染能力。

堵漏 聚合物凝膠 膠凝時間 影響因素 抗污染評價

聚合物化學(xué)凝膠堵漏是石油工程中常用的化學(xué)堵漏技術(shù)，具備“進得去”、“停得住”、“堵得住”和“固得牢”的特點[1-3]，在封堵裂縫漏失、小孔洞漏失方面具有良好的封堵效果[4]，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 聚合物凝膠堵漏機理

聚合物凝膠堵漏是一種采用含有活性基團的水溶性高分子聚合物為連續(xù)相，膠凝劑為分散相，在攪拌或流動狀態(tài)下，膠凝劑均勻地分散于連續(xù)相中，具有較好的流動性能，等到達膠凝時間后，快速形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，聚合物溶液失去流動性，具有良好的滯流作用[5-8]。在膠凝形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程中，大量無機活性劑與有機高分子聚合物中的離子基團結(jié)合，充分充填網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間，在一定時間內(nèi)，無機活性物質(zhì)相互間產(chǎn)生離子化學(xué)反應(yīng)，形成較堅硬的骨架結(jié)構(gòu)，增強了有機高分子膠凝體的整體強度[9-10]。

在化學(xué)膠凝的過程中膠凝時間是影響堵漏工藝實施的關(guān)鍵因素[11-12]，膠凝時間過短造成配置、泵送過程中就形成凝膠，無法順利進入漏失通道；相反膠凝時間過長造成進入漏失通道后不能有效滯流，堵漏漿漏失。膠凝時間過短、過長都會導(dǎo)致膠凝堵漏失敗。

表1 目測代碼法凝膠特征

2 膠凝性能影響因素研究

2.1 實驗方法

聚合物凝膠以聚合物CUGB-LJ溶液作為基液A，配制質(zhì)量分數(shù)2%的有機鉻溶液作為膠凝劑B，兩者采用不同的膠凝比，在不同溫度下進行混合膠凝。實驗采用Sydansk的GSC(GelStrengthCodes)目測代碼法測定聚合物凝膠膠凝時間(見表1)。當(dāng)凝膠強度達到F級——高形變不流動凝膠時記錄的時間為膠凝時間，同時分析各因素對聚合物凝膠膠凝性能的影響。

2.2 實驗步驟

(1)將質(zhì)量分數(shù)為8%高分子聚合物CUGB-LJ基液稀釋成5%，5.5%，6%，6.5%，7%，7.5%作為實驗基液A；

(2)配置質(zhì)量分數(shù)為2%有機鉻溶液作為膠凝劑B；

(3)A和B以不同比例進行混合后，封口放入設(shè)置不同溫度的烘箱進行膠凝實驗；

(4)采用Origin軟件進行數(shù)據(jù)整理分析。在三維圖中使用不同顏色代表不同膠凝時間，顏色越藍說明膠凝時間越短，顏色越黃說明膠凝時間越長。

2.3 實驗數(shù)據(jù)

2.3.1 濃度對膠凝時間的影響

選用不同濃度的基液A，以10∶1.3的膠凝比為例，測試50～70 ℃下的膠凝時間，分析基液A的濃度對膠凝時間的影響規(guī)律，結(jié)果如圖1所示。

圖1 10∶1.3膠凝比不同濃度基液A的膠凝時間三維趨勢

從圖1可以看出，隨著聚合物溶液濃度升高，膠凝速度加快，膠凝時間逐漸縮短。在溫度較低時此影響更為明顯，當(dāng)溫度超過60 ℃時聚合物溶液濃度對膠凝時間的影響變緩。

2.3.2 膠凝比對膠凝時間的影響

選用不同膠凝比，以7.5%濃度的基液A為例，測試50～70 ℃下的膠凝時間，分析膠凝比對膠凝時間的影響規(guī)律，結(jié)果如圖2所示。

從2可以看出，在不同溫度條件下，選擇不同的膠凝比對膠凝時間存在著一定影響，提高膠凝比可以縮短膠凝時間。當(dāng)溫度低于55 ℃時，膠凝比對縮短膠凝時間影響明顯，但當(dāng)溫度較高時(超過60 ℃)，膠凝時間縮短較明顯，此時膠凝比影響也逐漸降低。

圖2 濃度7.5%不同膠凝比的膠凝時間三維趨勢

2.3.3 溫度對膠凝時間的影響

結(jié)合圖1和圖2可以看出，在不同聚合物基液濃度下，溫度越高，膠凝時間越短；濃度較低時溫度影響更明顯。不同膠凝比條件下，溫度越高，膠凝時間也越短，膠凝比較低時，溫度影響更明顯。在溫度超過60 ℃以上時，基液A的濃度、膠凝比對膠凝時間的影響都趨緩，溫度成為影響膠凝時間的主要因素。

2.3.4 不同pH環(huán)境對膠凝時間的影響

不同鉆井液體系的pH值有所差別，當(dāng)使用鉆井液作為頂替漿時會有不同的pH環(huán)境，基于pH值對聚合物凝膠的影響，考察pH值對膠凝時間的影響。由于鉆井液多為中性偏堿性，采用6.5%的基液A，以不同膠凝比形成凝膠，用10%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值，測試聚合物凝膠在不同pH值下的布氏粘度變化，見圖3～5。

圖3 膠凝比10∶1.0時不同pH值下粘度

從圖3～5可以看出，不同膠凝比的聚合物凝膠在不同pH值環(huán)境下變化趨勢一致，pH值越高，聚合物凝集的膠液粘度增加，膠凝時間縮短，形成的凝膠強度增強。但當(dāng)pH值達到9，10時，不同膠凝比聚合物凝膠膠凝時間不同，10∶1.0的膠凝時間略長于1∶1.3的膠凝時間，后者又略長于1∶1.0的膠凝時間?？梢?，調(diào)節(jié)pH值可起到調(diào)節(jié)膠凝時間和強度的效果。

圖4 膠凝比10∶1.3時不同pH值下粘度

圖5 膠凝比10∶1.5時不同pH值下粘度

2.4 小結(jié)

影響聚合物凝膠膠凝時間的三個主要因素為：聚合物CUGB-LJ溶液濃度、膠凝比和溫度，提高濃度、膠凝比和溫度時都會縮短膠凝時間，比較而言溫度對于膠凝時間的影響最大，當(dāng)溫度超過60 ℃后，聚合物溶液的濃度和膠凝比對于膠凝時間的影響趨于平緩。

pH值對聚合物凝膠的膠凝時間也會產(chǎn)生影響，但影響程度小于濃度、膠凝比和溫度。隨著pH值升高，聚合物凝膠的膠液粘度增加,膠凝時間縮短，形成的凝膠強度增強。

可見，在封堵一定井深、井溫的井漏時，可以通過調(diào)節(jié)聚合物膠液的濃度、膠凝比及鉆井液和頂替鉆井液的pH值來調(diào)節(jié)聚合物凝膠的膠凝時間，以滿足現(xiàn)場堵漏工藝要求。

3 聚合物凝膠抗污染性評價

在堵漏過程中，由于地層的復(fù)雜性，聚合物凝膠在送入井下的過程中會受到地層、鉆井液、鹽的污染。以6.5%A+13%B(膠凝比為10∶1.3)形成的聚合物凝膠為例，測試隨著時間的延長凝膠的布氏粘度值，判斷是否受到污染，評價其抗污染性能，見表2。

表2 聚合物凝膠抗污染性能評價(30 ℃)

注：堵漏漿配方為5%土粉+5%核桃殼+5%棉籽殼，鉆井液配方為5%土漿。

從表2可以看出，當(dāng)在聚合物凝膠中加入堵漏漿時，所形成凝膠的布氏粘度均大于凝膠中加入NaCl、CaCl2和鉆井液，可見加入剛性顆粒與纖維狀材料不僅可以促進聚合物凝膠的膠凝，也可以大幅提高凝膠自身強度。

從圖6可以看出，聚合物膠凝抗污染能力較強，受到鹽侵、鈣侵和鉆井液侵時性能變化不大，膠凝時間及強度變化不大。

圖6 聚合物凝膠抗污染能力

4 結(jié)論

(1)聚合物凝膠受聚合物濃度、膠凝比、溫度的影響變化趨勢一致，規(guī)律性較強：濃度越高，膠凝時間越短；膠凝比越大，膠凝速度越快，膠凝時間越短；升高溫度可明顯縮短凝膠的膠凝時間。三個影響因素中溫度影響最為明顯，當(dāng)溫度較高時，濃度和膠凝比對膠凝時間的影響趨于平緩。

(2)聚合物凝膠具有較好的抗鹽、抗鈣等抗污染能力。聚合物凝膠的膠凝時間隨著pH值的升高,膠凝時間縮短，形成的凝膠強度越強。

(3)通過調(diào)節(jié)聚合物CUGB-LJ溶液的濃度、膠凝比和pH值可以調(diào)節(jié)聚合物凝膠的膠凝時間，以適應(yīng)不同井深、井溫井的漏失封堵。

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(編輯 謝 葵)

Study on influencing factors of gelling time of polymer gel used as MLCin drilling and its properties

Tang Yandan，Xu Chuntian，Li Aihong，Yan Zhan

(DrillingDepartmentofJiangsuPetroluemEngineeringCo.Ltd.，SINOPEC，Yangzhou225261，China)

The polymer gel has a good sealing effect on the mud loss control (MLC) of fracture type and void type.The polymer gel property has a direct influence on the sealing effect.It was carried out study on influencing factors of the solution concentration of polymer gel CUGB-LJ，gel ratio，temperature，and pH value，etc.The results indicated that the gel concentration，gel ratio and temperature have similar influencing change tendencies.The higher the concentration of polymer gel，the shorter the gelling time，and the stronger the gel strength is.The bigger the gel ratio，the faster the gelling speed，and the stronger the gel strength is.The increase in temperature can obviously shorten the gelling time and form a stronger strength gel.Among three factors，temperature is the most obvious.Under the condition of high temperature，the effect of gel ratio and concentration on gelling time becomes flat.Meanwhile，with the increase in pH value，the gelling time becomes shorter and the gel strength becomes stronger.The polymer gel has good salt tolerance and calcium resistance.

plugging；polymer gel；gelling time；affecting factors；anti-pollution assessment

2015-08-19；改回日期：2015-09-30。

湯燕丹(1983—)，工程師，主要從事鉆井液、完井液研究工作。電話：18505143616，E-mail：tangyd.jsyt@sinopec.com。

中石化江蘇石油工程有限公司科技項目《化學(xué)膠凝堵漏技術(shù)的研究與應(yīng)用》(JS14020)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.01.014

TE39

A