无机复合纳米水基钻井液体系研究

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1、第38卷第2期石油钻探技术Vo1．38NO．22010年3月PETR0IEUMDRILIINGTECHNIQUESMar．，2010固井与泥浆有机／无机复合纳米水基钻井液体系研究白小东蒲晓林(西南石油大学材料科学与工程学院，四川成都6lOSOO)摘要：利用有机和无机纳米粒子作为功能处理剂(架桥、封堵)，结合常规聚合物处理剂组成了有机／无机复合纳米水基钻井液体系，评价了该钻井液体系的隔离层效应、抗温性、抑制性、抗污染能力和沉降稳定性。评价结果表明：有机／无机复合纳米水基钻井液体系具有较强的隔离层效应，12omin后动滤失量几乎为零；抗温达到180℃；具有较强

2、的抑制泥页岩水化膨胀的能力，页岩在纳米水基钻井液中的线膨胀率仅为17．92，滚动回收率为95．。O；抗盐和钻屑污染能力强，抗NaCI和CaC1。可达15和7Ao，抗钻屑污染可达l5；沉降稳定性好，能满足现场施工要求。关键词：纳米级材料；水基钻井液；钻井液性能；抗盐特性中图分类号：TE254．3文献标识码：A文章编号：100卜0890(201O)02—0047～041概述2纳米钻井液基本配方水分子的直径约为0．4nm，钻井液中的黏土颗以纳米胶乳NM一1、无机纳米材料NMTO为主粒粒径多数在悬浮体范围(0．1～2．0／lm)内，而泥要处理剂，以4．0钠膨润土+

3、0．3KHPAN+页岩是所有地层岩石中孔径最小的岩石类型，其孑L3．0SMP—II+1．5SPNH+1．0SMC+2．0径分布在0．001～0．010／xm，因此，对于井壁岩石的XY一27为基浆，通过优选NM一1和NMTo的加量最后一级封堵材料，其颗粒尺寸必须处于纳米级，而来优选有机／无机复合纳米水基钻井液配方。表1且加人的纳米材料必须同时有刚性粒子和可变形粒为优选NM一1和NMTO加量的试验数据。子。有机／无机复合纳米水基钻井液体系中，无机纳米粒子是一种具有不变形特点的刚性粒子，刚性粒子对处于纳米级的孑L隙进行架桥；有机纳米粒子是一种在一定温度下具有变形

4、变软功能的可变形粒子，可变形粒子对刚性粒子架桥形成的不规则孔隙进行变形填充，最终形成完全阻止水进入地层的隔离层，起稳定井壁和保护储层的作用。根据刚性粒子紧密堆积理论，再小的刚性粒子相互堆积仍然会存在剩余空间，因此，要求最后一级封堵粒子必须是具有变形变软功能的封堵材料(有机纳米粒子)，而单独使用有机纳米粒子又无法实现架桥作用，因为其变形变软的特点使其容易向地层孔隙中渗滤，找不到支撑点，所以收稿日期：2009-04—02；改回日期：2010-01—28有机、无机纳米处理剂必须同时存在。基金项目：国家自然科学基金项目“基于钻井液一井壁界面的膜从国内外文献l_1_

5、8_可知，人们努力研制出了一些形成技术与膜传递过程研究”(编号：50774065)资助纳米材料，并将其应用于水基钻井液中，并取得了不作者简介：白小东(198O)，男，四川南充人，2002年毕业于西南石油学院应用化学专业，2004年获西南石油学院应用化学专业硕错的效果。笔者在此优选出了一种有机／无机复合士学位，2007年获西南石油大学油气井工程专业博士学位，讲师，纳米水基钻井液体系，并对其性能进行了评价，以期主要从事油气田材料方面的教学与科研工作。为现场应用纳米水基钻井液提供室内试验支持。联系方式：(028)83032299，xiaod0ngI】2oo3@y

6、ahoo．com．cn·48·石油钻探技术2O10年3月从表1可看出，纳米乳液NM_1具有一定的降滤3．2抗高温性能失性能，而NMTO加量较少时能降低API滤失量，加量超过3．0时，API滤失量增大，但两者都具有不明将纳米水基钻井液在100、120、150、180和200℃显的增黏效果。因此，确定NM-1和NMTO的加量温度下热滚16h，测定纳米水基钻井液老化前后流分别为0．1和1．0，从而优选出纳米水基钻井液变性及滤失量的变化，结果见表2。体系配方为：4．0％钠膨润土+0．3％NM一1+1．O表2纳米水基钻井液抗高温性能NMTo+0．3KHPAN+3．0

7、SMP—II+1．5oA老化℃温度／表m观P黏a·度S／塑m性Pa黏·度s／PaH值泥SPNH+1．0SMC+2．0XY一273性能评价3．1隔离层效果评价测定纳米水基钻井液的高温高压动滤失量，其结果如图1所示。利用电镜扫描测动滤失用的隔离从表2可看出：随老化温度的升高，总的规律是膜，观察其微观结构，结果见图2。纳米水基钻井液的黏度和动切力都有所下降，APIO地OOO加O滤失量和泥饼厚度增大；当老化温度低于180℃时322221钻井液流变性和滤失造壁性比较稳定，变化幅度不l863O2O50555大；当老化温度高于180℃后，随着温度的升高，API滤失量剧增

8、，黏度大幅度下降，其性能较差。从222211531O8O机理上分析