一种适用于裂缝性地层的类胶囊智能堵漏材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于钻井堵漏领域，具体涉及一种适合裂缝性地层的类胶囊智能堵漏材料及其制备方法。本发明专利技术的类胶囊智能堵漏材料由热塑性树脂包裹在外，内含有预制备成一定形状的记忆合金骨架材料、惰性堵漏材料、纤维堵漏材料。其中，记忆合金骨架材料占该类胶囊智能堵漏材料体积的10

【技术实现步骤摘要】
一种适用于裂缝性地层的类胶囊智能堵漏材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种类胶囊智能堵漏材料及其制备方法，其属于石油钻井智能材料范畴。

技术介绍

[0002]井漏是钻井过程中的一种复杂而常见的工况，在钻井过程中，大量钻井液漏入所钻地层，会对钻采工程造成严重危害与经济损失。随着油气勘探开发的不断深入，井漏事故的发生概率不断增加，井漏不仅会耗费钻井时间，还会损失大量钻井液，如果处理不当，甚至会引起井塌、井喷、卡钻等井下复杂事故，严重将导致井眼报废。有资料显示出，全球发生井漏的数量占总量的20%~25%，其中恶性漏失更是占据了50%。每年因为井漏造成的损失高达数亿美元，给油气井开发造成了不可估量的损失。而堵漏材料是堵漏技术的基础和关键，目前，国内外学者围绕漏失问题乃至恶性漏失已经研究和研发了许多堵漏材料，如核桃壳、硅藻土、锯末、坚果壳、石子、云母片等惰性颗粒类堵漏材料，其刚性较强，但变形性差，当其尺寸与井下孔隙或裂缝尺寸不匹配时，容易形成“封门”或“封尾”等不稳定封堵层而导致堵漏失败；石墨等弹性颗粒具有一定的变形性，但其无法实现体积膨胀，从而更好达到堵漏效果；凝胶颗粒和吸水树脂能通过吸收水分到体积膨胀的目的，但体积膨胀的同时会大大地减弱了自身的强度，从而堵漏效果不佳。如此，常规堵漏材料和一些新型堵漏材料在大裂缝和溶洞等表现不佳，适应性较差，堵漏成功率没能有效地提高，所以研发出新的高效堵漏材料是当前刻不容缓的研究课题。
[0003]智能材料是一种能感知外部刺激，进而进行自主判断并执行特殊功能的全新材料，将智能材料应用到钻井液防漏堵漏已是诸多研究人员的热门研究对象，有望为钻井液堵漏提供创新性解决方案和技术手段。其中，记忆合金属于智能材料中的一种，具有受到包括温度、压力、湿度等环境因素影响下从而产生形状记忆效益的能力。形状记忆合金的形状记忆效应指的是，在具有初始形态的形状时，给予其一定的刺激后施加外力使其从初始形态改变至临时变形形态，将刺激状态去掉后仍保持临时变形形态，然后在再次受到刺激后，从临时变形形态再恢复至初始形态的一种效应。
[0004]因此，针对井漏问题，特别是恶性漏失，将智能材料较好且高效地应用于井漏问题是亟需解决的前沿问题。

技术实现思路

[0005]本专利针对裂缝性井漏现象，特别是恶性漏失而专利技术，其运用智能材料能感知周围环境变化而做出相应反应的特点，与常规堵漏材料区分开来，且具有较高强度，是一种基于记忆合金为主体，呈类胶囊包裹状的复合堵漏材料，该材料可以较好地应用于恶性漏失和一些特殊条件下的井漏问题。
[0006]本专利技术所述类胶囊智能堵漏材料的制备方法由以下步骤实现：（1）将记忆合金丝在可变形状态下缠绕成球状或螺旋状；
（2）将热塑性树脂在高温下塑形成两个半胶囊壳，冷却固形；（3）将缠绕定型的记忆合金，惰性堵漏材料以及短切纤维填充在半胶囊壳中，用胶水将两个半胶囊壳粘合，室温下冷却成形。
[0007]上述专利技术的类胶囊智能堵漏材料制备方法中，在记忆合金的可变形状态下指的是根据漏失地层温度，将记忆合金丝加热，制作成指定形状，然后冷却固形，当记忆合金再次感受到此温度时，将发生记忆效应，恢复形状。
[0008]上述专利技术的类胶囊智能堵漏材料中，所述记忆合金为铜铝镍记忆合金，所述热塑性树脂为热塑性酚醛树脂，所述惰性堵漏材料为核桃壳，所述短切纤维为短切玻璃纤维材料，所述胶水为AB胶或502胶水。
[0009]上述专利技术的类胶囊智能堵漏材料中，所含材料组成分别为：铜铝镍合金占该类胶囊智能堵漏材料体积的10
‑
25%，核桃壳占该类胶囊智能堵漏材料重量的5
‑
7%，短切玻璃纤维占该类胶囊智能堵漏材料重量的8
‑
16%。
[0010]上述专利技术的类胶囊智能堵漏材料，将其制成热塑性树脂外包裹的类胶囊或类球形结构，直径范围为6
‑
10mm。
[0011]本专利技术的类胶囊智能堵漏材料是以形状记忆合金的记忆效应作为基础，记忆合金作为骨架支撑材料，发挥其超弹性和易加工性，与外包裹的热塑性树脂融和，同时结合短切纤维在其骨架上搭接缠绕并能融和在热塑性树脂中增强其强度的特点，形成高强度三维网状结构，惰性堵漏材料分散在其中，填补空隙，进一步提高堵漏强度，从而设计出的。
[0012]本专利技术的类胶囊智能堵漏材料中的记忆合金选用丝状的铜铝镍合金，其比镍钛合金等具有更高的性价比，同时也具有较高的力学性能，能满足堵漏所需要的力学强度。且丝状记忆合金的记忆效应较好，回弹作用大，能够很好地发生形状回复。
[0013]此种堵漏材料是广义上的桥接堵漏材料，当堵漏材料到达漏失层时，外层的热塑性树脂如同胶囊外壳一样，因为温度变化而软化或熔融，或因粘接处的胶水受热失效，使得外壳分离，同时内部的形状记忆合金受漏失处的温度和压力变化影响，做出响应而发生形变，填充在内部的短切纤维和记忆合金交错搭接，提高强度，分散的核桃壳填补孔隙进一步加强力学性能。发生形状回弹的形状记忆合金发挥其支架、支撑的作用，配合上短切纤维的连接和封堵作用，短切纤维同时能提升热塑性树脂的强度和韧性，核桃壳分散在其中，填补缝隙，进一步提高堵漏效果。
[0014]通过改变此堵漏材料中的材料颗粒的粒度分布以及整体尺寸，堵漏材料能够应用于不同尺寸的裂缝、孔隙通道，在其中形成架桥和支撑，从而达到对不同类型井漏的堵漏效果，尤其适合于裂缝性和溶洞性等恶性漏失情况。对于孔隙通道或溶洞性等漏失，堵漏材料的尺寸要介于漏失通道整体开度和通道开度的三分之一之间时才能起到封堵作用，这部分的材料在漏失压差的作用下进入漏失通道，在孔隙吼道处、裂缝变小或弯曲处通过架桥作用、捕集作用、沉积作用等产生封堵。堵漏材料的进一步膨胀形变使堵漏层的渗透性降低，堵漏强度增大，直到将漏层完全堵死。形状记忆合金和短切纤维架桥搭接形成的三维网状结构，可使裂缝变为多个不连续的空缺或孔隙，更方便于颗粒材料的充填。如果利用该类胶囊智能堵漏材料不能一次性将漏失通道堵死，可以进行再次灌堵漏浆的方式，来填补该堵漏材料产生的孔隙并增加其强度，使其发挥在一次堵漏中的作用。
[0015]本专利技术的类胶囊智能堵漏材料相较于普通堵漏材料，该堵漏材料具有智能化，能
通过控制温度和调整粒径的分布来适应不同温度的漏失层和不同尺寸的裂缝、孔隙等漏失，尤其对裂缝性、溶洞性等恶性漏失。
[0016]本专利技术的类胶囊智能堵漏材料属于椭球状颗粒，制备工艺简单，易于工业化生产，同时对钻井液流动性影响较小，便于添加和施工。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：附图1是本专利技术的类胶囊智能堵漏材料的结构示意图。
[0018]附图2是本专利技术的类胶囊智能堵漏材料受热产生响应变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于裂缝性地层的类胶囊智能堵漏材料，其特征在于，是由热塑性树脂包裹在外，惰性堵漏材料、以及预先制成一定形状的记忆合金和纤维堵漏材料填充在内的方式组成。2.根据权利要求1所述的类胶囊智能堵漏材料，其中，所述的热塑性树脂为热塑性酚醛树脂，惰性堵漏材料为核桃壳，形状记忆合金为铜铝镍合金，纤维材料为短切玻璃纤维。3.根据权利要求1或2中所述的类胶囊智能堵漏材料，其特征在于，形状记忆合金占类胶囊智能堵漏材料体积的10%
‑
25%，惰性堵漏材料占类胶囊智能堵漏材料重量的5
‑
7%，短切纤维材料占类胶囊智能堵漏材料重量的8%
‑
16%。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的形状记忆智能堵漏材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊霖，谭毅，段明，蒲晓林，李方，王贵，任研君，曹成，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：