纳米材料在油田二次固井上的研究与应用

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1、纳米材料在油田二次固井上的研究与应用陈渊张文玉孙迎胜刘卫军宋春红（中石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳473132）摘要：近年，国内投入开发的超深油藏愈来愈多，此类油藏由于埋藏深、温度高、储层流体压力和矿化度高等原因，固井难度大，采用水泥类固井材料完井后常出现固井质量不合格，表现为一、二界面固结质量差和存在管外窜槽等，由于水泥类固井材料粒径较大，用其二次固井挤注难度大，施工安全性差，措施成功率低。本文研究开发出一种纳米固井新材料，与水泥类固井材料相比，其颗粒微细均匀，流变性能好，可泵时间可根据具体井况调整，具有体积不收缩、强度高、可

2、解堵和耐高温、高盐的特点，现场应用表明，纳米固井材料是解决超深油藏二次固井难题的一项新技术。主题词：纳米材料；超深油藏；二次固井；研究应用前言近年，国内投入开发的超深油藏愈来愈多，此类油藏由于埋藏深、温度高、储层流体压力和矿化度高等原因，固井难度大，采用水泥类固井材料完井后常出现固井质量不合格，表现在一、二界面固结质量差和存在管外窜槽等，完井后难以正常投产，需要二次固井，然而，由于水泥类固井材料粒径较大，二次固井是其很难再进入原固结质量差和管外窜等存在微空隙的部位，挤注难度大，施工安全性差，措施成功率低。本文研究开发出一种纳米固井新材料，与水泥

3、类固井材料相比，其颗粒微细均匀，流变性能好，可泵时间可根据具体井况调整，具有体积不收缩、强度高、可解堵和耐高温、高盐的特点，现场应用表明，纳米固井材料施工安全简便，措施成功率高，是解决超深油藏二次固井难题的一项新技术。1技术原理纳米固井材料主要由无机纳米活性功能材料及其它助剂组成。纳米材料表面活性高，表面缺陷多，表面原子周围因缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，具有很高的化学活性，极易与及其它助剂发生水化键合，生成以纳米材料为核心（网络节点）的三维网络结构，同时纳米材料颗粒微细均匀，极易进入水化产物的毛细

4、孔及其微裂缝等缺陷结构中，对其进行填充和补强，可显著改善了固井材料的物理力学性能，强度更高；同时，微细的纳米材料在二次固井时，其浆体较水泥类固井材料更容易进入原固井质量差和管外窜等存在微空隙的部位，可有效提高二次固井的成功率。作者简介：陈渊：男，1967年11月生，1990年7月毕业于石油大学（华东）应用化学专业，高级采油工程师，现在河南油田分公司石油工程技术研究院从事采油科研工作，473132，0377-63834086，hnytchyuan@163.com52室内试验部分2.1纳米固井材料封堵性能评价试验试验结果如表1所示。表1岩芯动态模拟

5、试验数据表岩芯编号K0（µm2）K1（µm2）封堵率（%）131#449.500.00712399.9132#169.520.00539899.9135#447.300.00680599.9136#125.370.00387099.9注：K0-堵前水相渗透率，K1-堵后水相渗透率，K2-解堵后水相渗透率由表可知，纳米固井材料固化后封堵率均在99.9％以上，封堵效果很好。2.2纳米固井材料耐温性能评价试验将纳米固井材料固化后分别放在不同温度下养护10天后测突破压力，由图1可知，随着温度的升高，纳米固井材料突破压力有的增强趋势。说明纳米固井材料在高

6、温下能继续发生反应，所以纳米固井材料固化体强度在高温下不仅不会衰退，反而有所提高。图1纳米固井材料耐温试验曲线2.3纳米固井材料耐矿化度评价试验试验结果如表2所示。表2水质对纳米固井材料性能影响试验数据表水样矿化度（×104mg/l)水型突破压力(MPa/cm)初凝时间（h)清水1.7110配制盐水0.50CaCl21.689配制盐水5.0CaCl21.677.3配制盐水15.0CaCl21.675.55配制盐水23.6CaCl21.655.3河南油田污水4.26CaCl21.688.1塔河油田污水20.1CaCl21.665.4试验表明，矿化

7、度对纳米固井材料的初凝时间有一定的影响，原因是金属盐尤其是钙盐对纳米固井材料有促凝作用，但即使在23.6×104mg/l的矿化度下，纳米固井材料的初凝时间仍在5.3小时以上，完全可满足二次固井对挤注时间的要求。2.4纳米固井材料流变性能评价试验用旋转粘度计测定纳米固井材料浆液的触变性，测试结果见表3，从表中看出，静切力初值4.2-4.8Pa，终值8.3-8.8Pa，纳米固井材料浆液具有理想的触变性，这利于纳米固井材料悬浮，又不致于静止后开泵时泵压过高，而且纳米固井材料浆液塑性粘度低（低于20mPa.s）,易于泵注。表3　　纳米固井材料流变性能评

8、价样号塑性粘度（mPa.s）初切值（10s,Pa）终切值（10min,Pa）1013154.28.61014174.58.81015184.88.32