钻井液用纳米粒子封堵性能的评价

付艳 黄进军 武元鹏 刘贵林 乐强

(1.西南石油大学研究生院，成都 610500;2.中石油川庆物探公司，成都 610213)

国内外现代钻井工程使用的钻井液封堵剂主要有3类:(1)沥青类封堵剂;(2)乳化石蜡类封堵剂;(3)聚合醇类封堵剂。其中，普遍使用的沥青类和乳化石蜡封堵剂，它们的颗粒粒度都较大，对于大的裂缝缝隙的封堵效果较好［1］。而泥页岩地层由于孔隙小、渗透率低等特点，尚无合适的封堵剂对其进行有效封堵。

纳米粒子是近年来的研究热点之一，具有粒径小，粒径分布及形貌、尺寸可调节等特点［2-3］，而且纳米粒子制备方法成熟，可以在温和条件下实现批量生产，更重要的是纳米粒子成本较低，易于在油气田领域实现大规模应用。因此，本文探讨采用纳米粒子对模拟的泥页岩空隙进行封堵的效果。

1 纳米封堵剂封堵原理

纳米材料的表面活性高，且表面缺陷多，表面原子容易和其他原子结合而稳定，其具有很高的化学活性［5］，同时纳米材料的颗粒大小为纳米级，粒子分布均匀，且呈乳化状态，易进入泥页岩毛细管及微裂缝中，对其进行填充和补强，使裂缝全部封堵死，并使得泥页岩的渗透率无限接近于0，形成致密的封堵层，防止水进入泥页岩。

2 纳米封堵剂封堵性评价试验

目前关于封堵剂封堵性的评价，尚无标准的方法。泥页岩地层由于其渗透率低、孔道小等特点，没有专用的介质来模拟，而泥页岩水化太强，无法反映井下真实情况。本文通过人造泥饼来模拟泥页岩介质，并测定纳米粒子在其中的封堵性能。

2.1 人造泥饼的制备

(1)泥饼1 的制备。室温(13 ℃)，3.5 MPa，100 mL水+120 g重晶石，高温高压失水仪，筒内水滤干为止。

(2)泥饼2 的制备。室温(13 ℃)，3.5 MPa，100 mL水+100 mL土浆+240 g重晶石，高温高压失水仪，筒内水滤干为止。

图1 泥饼1

图2 泥饼2

2.2 FD-1溶液封堵性评价试验

(1)准备测量液体。清水、1%FD-1溶液、3%FD-1溶液和5%FD-1溶液(FD-1为纳米粒子体系)。

(2)制作泥饼。

(3)测定测量液在评价泥饼上的渗透率。将测量液分别倒入装有泥饼1或泥饼2的内筒(为防止损坏泥饼，测量液用玻璃棒引流倒入)，放入失水仪内，加压到3.5 MPa，把失水仪下面滤嘴打开，同时用秒表开始计时，分别记录各个时间点的滤失泥浆总量，列表，通过平均求出其滤失流量［5］，并用达西公式计算出测量液在室温及3.5 MPa条件下试验评价泥饼的渗透率。

(4)对比各种条件下混合液的渗透率，分析数据，得出结论。

3 试验结果

3.1 FD-1溶液对泥饼1的封堵效果

实验结果见表1。

表1 泥饼1在不同FD-1溶液浓度下的渗透率

随着溶液浓度的增加，泥饼1的渗透率降低幅度很大，且在浓度为3%和5%时，泥饼1的渗透率很低，并在浓度为5%时其渗透率为0.253×10-5μm2，说明FD-1溶液的封堵效果很好。

3.2 FD-1溶液对泥饼2的封堵效果

泥饼2的渗透率随着FD-1溶液浓度变化的曲线图如图3所示。

图3 泥饼2的渗透率与FD-1溶液浓度的关系图

随着FD-1溶液浓度的增加，泥饼2的渗透率降幅很大，且在浓度为5%时其渗透率为0.172×10-5μm2，说明FD-1溶液的封堵效果最佳。

4 结论

(1)用人工泥饼模拟泥页岩来考察纳米粒子封堵剂的封堵效果是可行的。

(2)纳米级封堵剂对泥页岩(泥饼)封堵效果良好，浓度越高封堵效果越好，当浓度为3%及以上时封堵效果最佳。

［1］杨小华，苌益华，谢爱华.国内1999～2000年钻井液处理剂研究与应用进展［J］.油田化学，2001，18(2)：184-187.

［2］陈翌庆.纳米材料学基础［M］.长沙：中南大学出版社：2009.

［3］张邦维.纳米材料物理基础［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［4］樊芷芸.纳米科学技术与化学建材［J］.化学建材，1998，14(3)：41.

［5］徐同台，卢淑芹，何瑞兵.钻井液用封堵剂的评价方法及影响因素［J］.钻井液与完井液，2009，26(2)：60-61.