納米封堵效果評價方法研究

劉振東 李 卉 周守菊 黃維安

1. 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院, 山東 東營 257000; 2. 中國石油大學(xué)(華東石油工程學(xué)院), 山東 青島 257061

0 前言

1 高溫高壓濾失評價實(shí)驗(yàn)

1.1 配制基漿

1.2 配制鉆井液

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

高溫(120 ℃)高壓濾失量的測定結(jié)果見表1。

表1 高溫(120 ℃)高壓濾失量的測定結(jié)果 單位:mL

從表1可以看出:基漿中加入納米顆粒前后的高溫高壓濾失量變化不大,并沒有反映出納米材料的封堵效果。納米二氧化硅粒徑非常小,為納米級,而使用的高溫高壓濾紙的孔隙直徑在20 μm左右,無法阻擋納米顆粒通過濾紙,因此導(dǎo)致加入納米顆粒后高溫高壓濾失量變化不大。而在納米顆粒的基礎(chǔ)上,在基漿中再加入微米級封堵顆粒,則高溫高壓濾失量變化比較明顯。有學(xué)者也指出需要先用微米級的封堵材料填充濾紙孔隙形成的外泥餅，才能體現(xiàn)出納米顆粒的封堵效果[1],這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。

為了避免高溫對膠乳瀝青等處理劑封堵性能的影響,在常溫高壓下進(jìn)一步驗(yàn)證,測定結(jié)果見表2。

表2 常溫高壓濾失量的測定結(jié)果 單位:mL

從表2可以明顯看到,因?yàn)闉V紙介質(zhì)孔隙大小的原因,利用常溫高壓濾失量評價實(shí)驗(yàn)評價納米顆粒的封堵效果不明顯。而在加入微米級顆粒并對固相的粒度分布進(jìn)行調(diào)整后,封堵效果才表現(xiàn)出來。因此,在現(xiàn)有的高溫高壓濾失實(shí)驗(yàn)方法下,對納米顆粒封堵性的評價效果非常有限。

2 聲波傳遞速率評價實(shí)驗(yàn)

劉清一生南征北戰(zhàn)，歷經(jīng)坎坷，屢遭挫折，卻終身勁直與慷慨。尤為難能可貴的是，應(yīng)“造舟松花江招諸部”之急，跋山涉水，風(fēng)雪無阻，飽經(jīng)風(fēng)霜，歷經(jīng)艱險，十五年間，以謫戍之身四次統(tǒng)率彪師千里迢迢地到人跡罕至的塞外絕域造船運(yùn)糧，直至花甲之年仍不辭勞苦，供亦失哈等人往奴兒干輸送人員物資之用，為明廷經(jīng)營黑龍江流域，為奴兒干都司的鞏固與各衛(wèi)所等地方建制的進(jìn)一步發(fā)展，為祖國東北邊陲的開發(fā)建設(shè)，為加強(qiáng)各族之間政治、經(jīng)濟(jì)、文化的聯(lián)系及多民族國家的統(tǒng)一和發(fā)展，都做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

表3 聲波在不同溶液中浸泡不同時間后在巖屑中的傳遞速率

浸泡時間/h膨潤土基漿中傳播速率/(m·s-1)加入2 納米碳酸鈣的膨潤土基漿中傳播速率/(m·s-1)加入10 納米二氧化硅分散液的膨潤土基漿中傳播速率/(m·s-1)04 9235 1035 8124 8524 9634 1294 6934 7784 863243 8045 0203 7634 6364 6074 2024 3973 9645 293483 6183 8963 6353 9454 5934 5874 4964 7364 632

3 電鏡成像評價實(shí)驗(yàn)

3.1 配制鉆井液

按實(shí)驗(yàn)室鉆井液配制的基本要求,配制鉆井液如下:

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用掃描電鏡對泥餅進(jìn)行測定,結(jié)果見圖1～2。

圖1 基漿A泥餅掃描電鏡圖像(3 000倍)

圖2 體系B泥餅掃描電鏡圖像(3 000倍)

從圖1～2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,體系B的濾餅相對基漿A顯得更加致密,有納米顆粒充填在濾餅上,清楚直觀地反映了納米顆粒對濾餅孔隙的封堵效果。但是,掃描電鏡評價方法不能定量地分析封堵的作用程度,而且與選取的分析對象有很大關(guān)系,受人為干預(yù)的因素較大,不利于對納米顆粒進(jìn)行定量分析和比較。

4 高壓滲透性失水評價實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)方法

1)按配方配制基漿,高速攪拌20 min,在室溫下放置16 h。

2)壓制濾餅。按照鉆井液高溫高壓濾失量測試程序,在高壓(常溫)下完成操作,得到濾餅。

3)高壓滲透性失水量測定。按上述步驟得到的濾餅,進(jìn)行高壓滲透性失水量測定。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 高壓滲透性失水實(shí)驗(yàn)

配方流變性高壓滲透性失水/mL基漿25/1410/50/09.6基漿+3 納米粒子分散液21/117.5/50/09.4基漿+5 納米粒子分散液19/107/3.50/08基漿+8 納米粒子分散液20/108/40/07.2基漿+10 納米粒子分散液23.5/139/50/05基漿+12 納米粒子分散液17/96.5/30/06.8基漿+15 納米粒子分散液21.5/128.5/40/07.4

從表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,高壓滲透性失水在評價納米顆粒封堵效果時,隨著納米顆粒的加量變化,滲透性失水有所變化,能在一定程度上反映出封堵作用,因此,該方法是很好的借鑒,可在此基礎(chǔ)上,利用微米級封堵材料對濾餅進(jìn)行填充,然后再進(jìn)行滲透性失水實(shí)驗(yàn),用于納米顆粒封堵效果的評價[1]。

5 壓力傳遞評價實(shí)驗(yàn)

5.1 納米分散液壓力傳遞評價實(shí)驗(yàn)

對納米二氧化硅、疏水改性的納米二氧化硅進(jìn)行了壓力傳遞實(shí)驗(yàn),用以比較納米二氧化硅的封堵作用效果。實(shí)驗(yàn)流體為兩種納米材料分散在水中形成的分散液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 納米二氧化硅分散液壓力傳遞評價實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.2 封堵鉆井液壓力傳遞評價實(shí)驗(yàn)

通過壓力傳遞實(shí)驗(yàn)比較膨潤土基漿、基漿+納米微球、基漿+LPF-1、基漿+石墨的封堵作用效果。實(shí)驗(yàn)流體為上述配方形成的封堵鉆井液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 基漿+納米材料壓力傳遞評價實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4的測試結(jié)果表明,所測試的封堵鉆井液與泥頁巖作用后可有效阻緩壓力傳遞作用,傳遞1 MPa壓差所需時間較空白巖樣大幅增加。特別是加入納米微球形成的鉆井液,使傳遞1 MPa壓差所需時間延長20倍左右,其封堵效果在所測試的封堵材料中最好。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,鉆井液壓力傳遞實(shí)驗(yàn)所得出的不同類型封堵劑對泥頁巖巖心的封堵規(guī)律,與使用濾紙過濾介質(zhì)的封堵規(guī)律不完全一致;采用壓力傳遞實(shí)驗(yàn),能反映出鉆井液基漿中加入納米封堵劑后的封堵效果,使用該方法進(jìn)行評價,可靠性較高。

6 結(jié)論

1)納米材料相對于高溫高壓用濾紙的孔隙直徑要小得多,因此納米顆粒可通過濾紙,導(dǎo)致高溫高壓濾失實(shí)驗(yàn)對納米封堵性的評價效果非常有限。

2)聲波傳遞速率評價實(shí)驗(yàn)在一定程度上能夠體現(xiàn)納米顆粒的封堵效果,但是該方法可靠性差,只能定性比較納米顆粒封堵效果。

3)掃描電鏡圖像能清楚直觀地反映納米顆粒對濾餅孔隙的封堵效果。但是它不能定量地分析封堵的作用程度,而且受人為干預(yù)的因素較大。

4)高壓滲透性失水能在一定程度上反映納米顆粒封堵效果。

5)采用壓力傳遞實(shí)驗(yàn)?zāi)茌^好地反映出納米顆粒的封堵效果,可靠性較高。