納米材料鉆井液在油田中的應用范文

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摘要：本文通過分析設計對納米材料的表面性能進行了改進，在此基礎上研制了一種納米封堵降濾失劑，通過引入強的吸附基團和疏水基團，聚合物分子的疏水性、氫鍵等協同作用形成空間的網架結構，使合成的納米封堵降濾失劑分散在鉆井液中，不僅具備優秀的降濾失性能，同時還具備良好的柔性可變形性。之后，以此降濾失劑為核心處理劑，對配套使用的納米潤滑劑和抑制劑進行優選。

關鍵詞：納米材料；降濾失劑；潤滑劑；抑制劑；鉆井液

為了進一步提升鉆井液的油氣層保護效果，研究人員將納米材料引入該領域中，開展了納米材料鉆井液油層保護技術的研究。將納米處理劑加入到鉆井液中，能夠對微裂縫和小孔隙進行有效的封堵，并對低孔和低滲儲層進行保護，最大程度的降低鉆井液中液相進入儲層產生的水鎖損害，大幅度的提升采收率。因此對納米材料鉆井液的研究具有十分重要的實踐意義。

1納米材料概述

1.1納米材料的概念

納米材料指的是晶粒或是顆粒尺寸處于1~100nm范圍內的超細材料，由于其顆粒尺寸較小，比表面積大，表面原子數、表面能、表面張力隨著粒徑的下降出現了大幅度的提升，因此表現出量子尺寸效應、表面效應以及宏觀量子隧道效應等特點。

1.2納米效應

首先，量子尺寸效應。其指的是當納米微粒的尺寸降低到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級會由準連續變為離散能級，同時隨著尺寸的減小，能級間距則會不斷增大，出現分裂現象，當其能級間距大于光、電等平均能級間距時，納米粒子的磁學性能、電學性能等都會發生一系列變化。其次，表面效應。指的是納米材料的表面原子數和總原子數之比隨著晶粒或是顆粒尺寸的降低出現急劇增加，從而引起性質上的變化。如無機非金屬納米顆粒在空氣中就會表現出較強的吸附性。其三，宏觀量子隧道效應。隧道效應指的是微觀粒子貫穿勢壘的能力，近些年來，一些研究人員發現一些零維顆粒的磁化強度、量子相干器件的磁通量等宏觀量也具備隧道效應。

2納米封堵降濾失劑的研制探究

2.1設計納米封堵降濾失劑的結構

本文選用的是剛性的無機納米粒子為核，接枝柔性的聚合物。柔性聚合物中含有的特殊官能基團不僅可以賦予無機納米粒子柔性可變形性，使其根據孔隙的實際大小進行自主變形，同時還能起到分散無機納米粒子的作用。

2.2無機納米粒子的優選

在進行無機納米粒子優選的過程中，使用電位分析儀器對多種納米材料的粒度分布進行測定，其中粒徑能夠達到10nm以下的只有改性納米二氧化硅接枝的柔性聚合物，因此本文即采用這種物質。一般情況下，納米二氧化硅和改性納米二氧化硅的粒徑都處于50nm以下，但是二者在水溶液中的粒徑則達到了100nm以上，因此改性納米二氧化硅接枝的柔性聚合物的粒徑能夠達到10nm以下，說明其在水溶液中出現了穩定的分散。

2.3柔性聚合物的優選

為了獲得性能最佳的柔性聚合物，將經過特殊改性的納米二氧化硅接枝常用的乙烯基單體，獲得了多種不同的聚合物，之后分別加入到固定比例的膨潤土漿中，測定獲得相應的濾失量。之后再將改性的納米二氧化硅分別接枝聚丙烯酸、聚乙烯醇等聚合物獲得，重復上述試驗，獲得相應的濾失量。最后將各種柔性聚合物的濾失量進行對比分析可知，將改性的納米二氧化硅接枝常用的酰胺基單體獲得的聚合物的降濾失效果最佳。

2.4納米封堵降濾失劑的作用機理分析

通過上述研究，選用改性納米二氧化硅為核，接枝自制的酰胺基單體獲得了一種低分子量聚合物，即是納米封堵降濾失劑。在不改性的情況下，很難在二氧化硅表面接枝聚合物，因此在此之前必須對納米二氧化硅進行改性處理。

2.5對納米封堵降濾失劑的常規性能評價

為了對上述納米封堵降濾失劑的常規性能進行檢測評價，對其進行了流變及濾失測試，根據試驗結果來看，在一定比例的膨潤土基漿中，納米封堵降濾失劑的加量超過1%，其濾失量的降低率可達到40%以上，且抗溫性也較為顯著。之后對納米封堵降濾失劑水溶液濾餅和膨潤土漿濾餅的形貌進行了宏觀和微觀的分析實驗，根據實驗結果，使用納米封堵降濾失劑的水溶液形成的濾餅，其薄度更小且致密性更強。此外，將納米封堵降濾失劑的使用效果和其它同類產品進行比較之后可知，在加量相同的情況下，前者表現出的降濾失性能更加優秀。

2.6納米封堵降濾失劑封堵性能的評價分析

為了測定評價納米封堵降濾失劑的封堵能力，使用孔結構的測試法，將納米封堵降濾失劑加入到泥頁巖中，通過表面分析儀測定發現，在加入降濾失劑后泥頁巖的納米級以下的孔徑大的大幅度減少，降幅可以達到60%以上。之后，通過巖心動態模擬裝置對納米封堵降濾失劑的封堵性能進行進一步檢驗。具體方法為在不同滲透率的填砂管模型中注入納米封堵降濾失劑，將砂管模型的兩端進行密封，在120℃的溫度下養護一段時間，測定封堵后的水相滲透率。從結果來看，納米封堵降濾失劑的封堵率可以達到90%。最后，采用巖心壓力傳遞試驗對封堵后的巖心壓力傳遞速度進行測定，通過結果分析可知，納米封堵降濾失劑具備優異的封堵性能。

3納米潤滑劑和納米抑制劑的優選

3.1納米級潤滑劑的優選

本文選用多種不同的納米級潤滑劑進行了對比，選定的納米材料都可以提高鉆井液的潤滑性能，因此通過測定其摩擦阻力，同時考慮到降濾失效果，選出了最佳的一種，納米級固體潤滑劑RH102。

3.2納米抑制劑的優選配置

4%膨潤土+0.2%的氫氧化鈉，將抑制劑濃度固定為2%。從實驗結果來看，納米小分子氨基聚合物的抑制性能最好，其次是聚醚胺。之后對二者的性能進行了進一步的對比，將抑制劑的濃度提高到4%，并進行了滾動回收試驗對比，通過測試滾動回收率并對比，可以知道小分子氨基聚合物的回收率較高，這說明氨基抑制劑的性能更加優秀。

4納米材料鉆井液在油田現場的應用情況

4.1地質工程情況簡介

為驗證應用了上述納米封堵降濾失劑、潤滑劑和抑制劑的納米鉆井液的實際應用效果，本次選用了河北省某地一個油井作為試驗井，深度為2988m，斜深度超過3600m，該井儲層保護施工方案為距離地進行儲層兩個目標靶點中第一個靶點前50~100m，根據現場小型實驗結果，分別加入不同濃度的各種納米封堵降濾失劑，并在距離第二個靶點50~100m處補充油層保護劑。4.2現場試驗數據和結果分析在井深2456m處加入納米封堵降濾失劑，在井深3172m處開始加入三種納米材料鉆井液處理劑，獲得了相應的試驗數據。通過對比分析可知，在第一次加入之后，濾失量出現了一定幅度的降低。砂床漏失試驗的漏失量為零，說明加入納米封堵降濾失劑以后取得了良好的封堵效果。此外，試驗井試油產量均出現了一定程度的提高，說明納米材料鉆井液起到了良好保護油層的效果。

5結語

綜上所述，本文針對納米材料鉆井液體系團聚的問題，深入分析了納米材料的團聚機理，在此基礎上對納米材料處理劑進行了接枝，促進了納米材料處理劑在鉆井液中的良好分散，使得納米材料的封堵性能得到了充分的發揮。其次，以自主合成的納米封堵降濾失劑為核心處理劑，促進了納米材料鉆井液豐富裂縫和小孔隙能力的提升。再次，將納米材料鉆井液應用到油井中，使得試油產量出現了一定幅度的提升，由此可見，鉆井液發揮出了良好的保護油層效果。因此，可以將本文研究出的納米材料鉆井液應用到低孔低滲儲層的油氣層的保護中。

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作者：馬鵬 單位：德州大陸架石油工程技術有限公司