本發(fā)明涉及石油鉆井，具體涉及一種堵漏骨架材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、井漏是在鉆井、固井完井、測(cè)試或修井等各種井下作業(yè)過程中，各種工作液在壓差的作用下漏入地層的現(xiàn)象。一旦發(fā)生井漏，不僅延誤鉆井時(shí)間，損失鉆井液，損害油氣層，干擾地質(zhì)錄井工作，增加鉆井成本，而且易引起卡鉆、井噴、井塌等一系列復(fù)雜情況，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、隨著對(duì)不同井漏原因進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)，堵漏骨架材料的研發(fā)也在不斷進(jìn)步。發(fā)生井漏時(shí)，一般根據(jù)漏失層孔徑及位置的不同，調(diào)節(jié)顆粒狀、鱗片狀及纖維狀堵漏骨架材料的復(fù)配比，并添加適當(dāng)?shù)亩栊圆牧吓c之相補(bǔ)，以增強(qiáng)堵漏效果。常用的顆粒狀堵漏骨架材料包括有核桃殼、橡膠粒、硅藻土、瀝青等；纖維狀材料包括有鋸末、棉纖維、亞麻纖維等；片狀材料包括有云母片、谷殼等。在鉆井過程中由鉆井速度快或下鉆快等原因引起的人為裂縫，可以利用軟硬塞堵漏骨架材料不固化的特性，而形成不流動(dòng)粘稠物質(zhì)進(jìn)行封堵，這類材料主要有柴油膨潤(rùn)土漿、剪切稠化液、重晶石塞及石灰乳等。以上幾類堵漏骨架材料可以解決由孔隙和裂縫造成的部分漏失和失返漏失，但是一些復(fù)雜的漏失不能很好地解決。因此，各種化學(xué)堵劑、高失水堵劑、混合堵漏稠漿等新型堵劑應(yīng)運(yùn)而生，為對(duì)付各種類型的井漏，提高處理井漏的成功率提供了有效手段。

3、隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，又開發(fā)出各種針對(duì)性的堵漏骨架材料，包括高失水堵漏骨架材料、化學(xué)堵漏骨架材料、混合堵漏稠漿等。高失水堵漏骨架材料漿液進(jìn)入漏失層后，在鉆井液柱壓力及底層壓力所產(chǎn)生的壓差作用下，迅速失水形成濾餅，堵塞漏失通道，這類材料主要包括滲濾性材料、纖維狀材料、硅藻土及多孔惰性材料等；化學(xué)堵漏骨架材料是利用高聚物在界面上的靜力、分子間的作用力、化學(xué)鍵力，使化合物在界面處形成粘結(jié)而起到堵漏作用，這類材料包括凝膠堵漏劑、樹脂堵漏劑、膨脹性堵漏劑；混合堵漏稠漿主要是以特種水泥、混合水泥稠漿為主，添加不同的外加劑，提高水泥石的早期強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使之產(chǎn)生較高的承壓能力。這幾類堵漏骨架材料對(duì)滲透性漏失和裂縫性漏失能起到很好的堵漏作用。但是，隨著對(duì)鉆井技術(shù)要求的提高，經(jīng)常出現(xiàn)溶洞性等惡性漏失，而這些常規(guī)的堵漏骨架材料不能有效地起到堵漏作用。

4、目前，在堵漏施工中常用的堵漏骨架材料多為常橋接堵漏骨架材料和化學(xué)凝膠堵漏骨架材料?；瘜W(xué)堵漏主要是通過高聚物的化學(xué)反應(yīng)起到封堵的作用，包括交聯(lián)反應(yīng)、固化反應(yīng)等多種方式?；瘜W(xué)堵漏針對(duì)惡性漏失具有較好的堵漏效果，但化學(xué)堵漏反應(yīng)較為激烈，施工復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)性較高。橋接堵漏骨架材料施工工藝簡(jiǎn)單，成本低，在現(xiàn)場(chǎng)最為常用，但某些材料抗溫性較差，在高溫下易發(fā)生分解失效，造成漏層的重復(fù)漏失。同時(shí)，這些材料存在著封門、不能長(zhǎng)時(shí)間浸泡等問題，堵漏效果有時(shí)并不理想。

5、在過去的二十年里，研究人員經(jīng)過深入的探索，發(fā)現(xiàn)了多種超薄膜的制備方法。特別是在層層自組裝這一領(lǐng)域，有著長(zhǎng)足的進(jìn)步，這是由于層層自組裝這一方法在具有特殊功能性質(zhì)的超薄膜的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及應(yīng)用上具有非常好的效果。如中國(guó)專利cn101085880a提出了一種納米層狀碳酸鈣仿生復(fù)合材料料，它是由低分子量有機(jī)物參與氯化鈣和碳酸鈉反應(yīng)過程，導(dǎo)向方解石形成納米薄層狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使層狀結(jié)構(gòu)定向組裝納米薄層的多層結(jié)構(gòu)。這些研究對(duì)生物礦化材料的仿生合成起著重要的推動(dòng)作用，但仍未能生長(zhǎng)成具有天然碳酸鈣結(jié)構(gòu)的仿生材料，或者方法和材料性能還有待進(jìn)一步提高。

6、部分研究者利用海綿作為裂縫高匹配性的骨架材料進(jìn)行應(yīng)用，如中國(guó)專利cn103923627a公開了一種油氣井鉆井承壓堵漏劑，由彈性海綿纖維、油井水泥、磨細(xì)礦渣、鈣般土、云母粉和清水混合組成，可用于油氣井鉆井承壓堵漏。

7、目前來說，海綿材料在油基鉆井液中易出現(xiàn)溶脹的問題，從而導(dǎo)致失去彈性，堵漏效果大打折扣，因此，有必要對(duì)海綿進(jìn)行改性，提高其疏水性和抗溫、抗油能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種堵漏骨架材料及其制備方法和應(yīng)用，該堵漏骨架材料通過將彈性材料海綿改性，提高了彈性材料海綿原材質(zhì)的疏水性、抗溫、抗油能力，在油基鉆井液中分散性好，不易出現(xiàn)溶脹的問題，具有較好的彈性，與裂縫具有較好的匹配性，有利于進(jìn)行裂縫深部；同時(shí)，堵漏骨架材料進(jìn)入裂縫后可恢復(fù)形狀，有利于實(shí)施架橋成網(wǎng)，針對(duì)多種類型的漏失都具有較好的堵漏作用，可較好的提高堵漏成功率，避免重復(fù)漏失的發(fā)生，對(duì)于縫洞型漏失具有較好的堵漏效果。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供一種堵漏骨架材料，所述堵漏骨架材料包括彈性材料和涂覆在彈性材料表面的沉積膜；所述沉積膜的制備原料包括聚乙烯醇、無機(jī)物顆粒和任選的交聯(lián)劑；所述彈性材料選自海綿、彈性石墨、橡膠中的至少一種。

3、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，以堵漏骨架材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，

4、彈性材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為89％～95.7％，

5、聚乙烯醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.2％～5.6％；

6、無機(jī)物顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.1％～4.4％；

7、交聯(lián)劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0％～1％。

8、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述交聯(lián)劑選自戊二醛、硼酸中的至少一種。

9、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述彈性材料的平均粒徑為1mm～5mm。

10、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述海綿為聚氨酯海綿聚醚多元醇海綿，所述海綿具有網(wǎng)狀孔。

11、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述無機(jī)物顆粒的平均粒徑為0.05μm～1μm，例如0.05μm、0.1μm、0.5μm、0.8μm、1μm；優(yōu)選地，所述無機(jī)物顆粒選自蒙脫土、納米碳酸鈣、海泡石中的至少一種。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述海綿的孔徑為10ppi～40ppi，優(yōu)選30ppi，開孔率為95％～96％，優(yōu)選96％，密度為21kg/cm3～22kg/cm3，優(yōu)選22kg/cm3。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述堵漏骨架材料的質(zhì)量保留率為91.8％～96.9％，抗拉強(qiáng)度為0.59mpa～5.56mpa，抗拉強(qiáng)度保持率為75.8％～92.4％。

14、本發(fā)明第二方面提供上述一種堵漏骨架材料的制備方法，包括如下步驟：

15、1)、將含有聚乙烯醇的溶液i、含有無機(jī)物顆粒的溶液ii依次涂覆在彈性材料表面或?qū)⒑袩o機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的混合溶液涂覆在彈性材料表面；

16、2)、重復(fù)步驟1)50次-200次后，將涂覆后的彈性材料干燥，得到所述堵漏骨架材料。

17、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟1)中，含有聚乙烯醇的溶液i中，所述溶劑i選自水；優(yōu)選地，所述含有聚乙烯醇的溶液i中聚乙烯醇的含量為0.5wt％～1.0wt％，例如0.5wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％。

18、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟1)中，含有無機(jī)物顆粒的溶液ii中，溶劑ii選自水、白油、鹽水中的至少一種；優(yōu)選地，所述鹽水選自質(zhì)量濃度為20％的nacl水溶液；

19、和/或，所述含有無機(jī)物顆粒的溶液ii中無機(jī)物顆粒的含量為0.1wt％～0.5wt％，例如0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％。

20、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟2)中，所述干燥的條件包括：溫度為60℃～80℃，例如60℃、70℃、80℃；時(shí)間為2h～8h，例如2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h。

21、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟1)中，所述含有無機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的混合溶液為含有聚乙烯醇的溶液i和含有無機(jī)物顆粒的溶液ii的混合溶液；其中，無機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的總含量為10wt％～15wt％，例如10wt％、15wt％；和/或，所述含有無機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的混合溶液中無機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的質(zhì)量比為(0.7～1)：(1.5～2)，例如0.8：1.5，1：2，1：1.8，0.8：1.8。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，步驟1)中，所述含有無機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的混合溶液中還包括交聯(lián)劑；和/或，所述含有無機(jī)物顆粒和聚乙烯醇的混合溶液中交聯(lián)劑的含量為0.1wt％～1wt％，例如0.8wt％、0.9wt％、1wt％。

23、本發(fā)明中交聯(lián)劑可有效提高成膜的質(zhì)量和速度；其中，戊二醛與聚乙烯醇發(fā)生的交聯(lián)是羥基與醛基的醇醛縮合反應(yīng)，醛基先與羥基反應(yīng)生成半縮醛，半縮醛再與羥基脫水縮合生成醚，從而保證蒙脫土和聚乙烯醇在戊二醛交聯(lián)下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；硼酸交聯(lián)的機(jī)理是：硼酸在水中發(fā)生水解產(chǎn)生b(oh)3、b(oh)4-，b(oh)4-可與聚乙烯醇(pva)鏈上的羥基脫水酯化，生成硼酸酯，由于每個(gè)硼原子具有四個(gè)酯化反應(yīng)官能團(tuán)，因而可以在不同的分子鏈上發(fā)生反應(yīng)，使pva分子相互交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

24、本發(fā)明第三方面提供一種堵漏骨架材料或上述制備方法制備的堵漏骨架材料在鉆井工程堵漏、采油堵水調(diào)剖、鉆井壓裂中的應(yīng)用。

25、有益效果：

26、本發(fā)明所述堵漏骨架材料具有良好疏水性能和抗油、抗溫性能，不會(huì)在高溫和油基鉆井液中失效，可有效的分散到油基鉆井液中，有利于油基鉆井液堵漏劑的制備，從而提高堵漏材料在油基鉆井液高溫下的堵漏效果，避免重復(fù)漏失的發(fā)生。

27、本發(fā)明所述堵漏骨架材料，由于在聚氨酯海綿(彈性材料)表面形成了一層復(fù)合膜，該復(fù)合膜具有疏水性、抗油性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，易于在油基鉆井液中進(jìn)行分散，不會(huì)影響鉆井液流變性，解決了常規(guī)堵漏骨架材料在油基鉆井液中不能分散導(dǎo)致堵漏效果不理想的缺點(diǎn)；該復(fù)合膜疏水性產(chǎn)生的原因可能是引入交聯(lián)劑后，羥基與醛基加成減少了pva鏈上羥基數(shù)量，減少了羥基與水形成氫鍵結(jié)合的可能性；其次，交聯(lián)形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制了pva分子的活動(dòng)空間。

28、本發(fā)明所述堵漏骨架材料不易發(fā)生溶脹，能夠在油基鉆井液中保持彈性，與裂縫具有較好的匹配性，有利于進(jìn)行裂縫深部，同時(shí)，進(jìn)入裂縫后可恢復(fù)形狀，有利于實(shí)施架橋成網(wǎng)，針對(duì)多種類型的漏失都具有較好的堵漏作用。