脲醛樹脂性能 水泥球結合泡沫泥漿堵漏技術分析與應用
 由于裂隙地層嚴重漏失，及現(xiàn)場施工水源緊缺的情況下，采用尿醛樹脂水泥球結合微泡沫泥漿堵漏技術成功地預防并減少了漏失情況。提高了施工效率，節(jié)約了成本。證明了微泡沫泥漿在巖溶裂隙發(fā)育地層的適用性。同時通過施工總結出一套完整的施工泥漿配比計算方案，為進一步施工提供了良好的借鑒。
針對異常破碎、大裂縫地層以及可能出現(xiàn)的溶洞性地層，采用常規(guī)的水泥漿堵漏技術很難有效的進行鉆孔堵漏，本文主要介紹脲醛樹脂水泥球護壁堵漏后，再采用可循環(huán)的微泡沫鉆井液進行循環(huán)減少漏失的工藝方法。
1 脲醛樹脂水泥球堵漏技術介紹
脲醛樹脂是尿素和甲醛聚合反應后的產物。工業(yè)制備脲醛樹脂的過程比較復雜，成品為固體不溶物。鉆探工程中所應用的脲醛樹脂可通過現(xiàn)場簡單混合反應獲得。
脲醛樹脂水泥漿主要是將脲醛樹脂、水泥及水按照一定的比例混合而成。其化學反應機理為：
nH2N-CO-NH2+ nHCHO→H-[NH-CO-NH-CH2]-OH+(n-1) H2O
尿素+甲醛溶液→脲醛樹脂
脲醛樹脂是一種水溶性樹脂，一般按照生產工藝不同，可以制作成膠體狀和粉末狀，一般現(xiàn)場為了便于溶解，使用方便，大多采用膠體狀。脲醛樹脂水泥漿在酸性條件下能夠迅速的凝固成具有一定機械強度的有機無機混合體，由于其具有較強的抗剪切稀釋性能，在地下水活躍或者大的溶洞及裂隙漏失區(qū)域顯示出巨大的優(yōu)越性，只要找準漏失層，其一次性堵漏成功率非常高。另外，由于化學工藝的成熟，其成本較低，來源廣泛。
1.1 脲醛樹脂的配置
通過反復試驗比較得到，尿素與甲醛溶液（38%～40%）以3：4的比例進行混合反應效果最佳。如果冬季氣溫較低，制備過程中反應比較慢具體表現(xiàn)在尿素溶解反應較慢，因此可通過熱浴方法加快二者的反應。實驗表明在40～50度熱水中熱浴即可達到很好的效果，且拿出后尿素無析出。熱浴溫度不要太高，以免反應失控。
1.2 脲醛樹脂水泥球制作
脲醛樹脂水泥球具有良好的膠結性能，對于異常破碎等情況具有顯著的效用。其主要為水泥復配一定的脲醛樹脂膠液，并加入一定量的促凝劑，縮短候凝期。對脲醛樹脂水泥球進行實驗，制備三個水泥球樣進行對比試驗，具體配方如表1所示。
表1   水泥球配方
材料編號
樣品1
樣品2
樣品3
水泥/g
100
100
100
脲醛樹脂溶液/mL
28
15
--
水/g
--
15
30

水泥球主要用途是井下堵漏，投擲后要求性能無太大變化。為模擬投擲時的水下下落環(huán)境，實驗采用水中不斷搖晃的方法模擬下落環(huán)境，最后觀察變化。將水泥球樣品放入清水中，搖晃4～5min后觀察變化結果如圖2所示。
實驗結果發(fā)現(xiàn)樣3沒加任何脲醛樹脂，搖晃后嚴重變形，水泥球成餅，并出現(xiàn)很多裂縫，表面侵蝕嚴重。樣2加入了部分脲醛樹脂，變形較樣3小許多但總體還是有點過大，有點扁化，邊緣出現(xiàn)少許裂縫。樣1只加入了脲醛樹脂溶液，搖晃后基本無變化，水泥球基本無變形，無裂縫，表面光滑平整。
實驗探索得出脲醛樹脂水泥球配方：
32.5級水泥：脲醛樹脂漿液：水 = 5：1：1
主要性能：凝固時間：6-8h   強度：3-8MPa
2 可循環(huán)微泡沫鉆井液技術
為了減少鉆井液對地層的壓力，同時封堵一些微小裂隙，配制可循環(huán)的微泡沫鉆井液進行循環(huán)，可以更有效的減小漏失。泡沫鉆井液主要是通過泡沫的聚集，顆粒相互橋塞形成較大的毛細管阻力從而封堵微小的漏失通道，其原理圖如圖3所示。
通過實驗復配得出，泡沫鉆井液的配方為：0.1-0.3%ADF-3（現(xiàn)場起泡劑）+0.2%HV-CMC+1%膨潤土（鈉膨潤土）+5%碳酸鈉（土重）+0.2%XC（黃原膠），主要性能：半衰期可達240min，密度0.8-0.85g/cm3；表觀粘度：30mpas，塑性粘度：30mpas
采用質量較優(yōu)的黃原膠以及高粘羧甲基纖維素鈉鹽可以大大提高泡沫鉆井液的半衰期。為了進一步減少成本，使泡沫鉆井液可以循環(huán)使用，需要后期的消泡劑的優(yōu)選。
3 綜合堵漏施工工藝
3.1 脲醛樹脂水泥球堵漏施工工藝
現(xiàn)場直接按照上述比例制作水泥球，下入一個堵頭（可以是蛇皮袋或者軟木塞等，主要起到一定的封堵作用），將水泥球投放進去，使用鉆具將水泥球擠入井壁，6-8h后就可以凝固，形成穩(wěn)定封堵段，從而正常鉆進，如圖5所示。
3.2 可循環(huán)微泡沫泥漿堵漏工藝
按比例先后加入水、膨潤土、碳酸鈉攪拌20min后，緩慢加入纖維素，繼續(xù)攪拌約20min，再加入黃原膠，攪拌約20min后加入起泡劑，進行攪拌，配制好后泵送循環(huán)。當有部分泡沫鉆井液上返后，加入0.3%的消泡劑，充分攪拌，然后進入廢漿池中沉淀，6-10h后抽取上部漿液加入0.2%ADF-3起泡劑，攪拌20min后可以繼續(xù)循環(huán)使用。

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