付艷 黃進(jìn)軍 武元鵬 劉貴林 樂(lè)強(qiáng)

(1.西南石油大學(xué)研究生院，成都 610500;2.中石油川慶物探公司，成都 610213)

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代鉆井工程使用的鉆井液封堵劑主要有3類(lèi):(1)瀝青類(lèi)封堵劑;(2)乳化石蠟類(lèi)封堵劑;(3)聚合醇類(lèi)封堵劑。其中，普遍使用的瀝青類(lèi)和乳化石蠟封堵劑，它們的顆粒粒度都較大，對(duì)于大的裂縫縫隙的封堵效果較好［1］。而泥頁(yè)巖地層由于孔隙小、滲透率低等特點(diǎn)，尚無(wú)合適的封堵劑對(duì)其進(jìn)行有效封堵。

納米粒子是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一，具有粒徑小，粒徑分布及形貌、尺寸可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)［2-3］，而且納米粒子制備方法成熟，可以在溫和條件下實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，更重要的是納米粒子成本較低，易于在油氣田領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。因此，本文探討采用納米粒子對(duì)模擬的泥頁(yè)巖空隙進(jìn)行封堵的效果。

1 納米封堵劑封堵原理

納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結(jié)合而穩(wěn)定，其具有很高的化學(xué)活性［5］，同時(shí)納米材料的顆粒大小為納米級(jí)，粒子分布均勻，且呈乳化狀態(tài)，易進(jìn)入泥頁(yè)巖毛細(xì)管及微裂縫中，對(duì)其進(jìn)行填充和補(bǔ)強(qiáng)，使裂縫全部封堵死，并使得泥頁(yè)巖的滲透率無(wú)限接近于0，形成致密的封堵層，防止水進(jìn)入泥頁(yè)巖。

2 納米封堵劑封堵性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

目前關(guān)于封堵劑封堵性的評(píng)價(jià)，尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的方法。泥頁(yè)巖地層由于其滲透率低、孔道小等特點(diǎn)，沒(méi)有專(zhuān)用的介質(zhì)來(lái)模擬，而泥頁(yè)巖水化太強(qiáng)，無(wú)法反映井下真實(shí)情況。本文通過(guò)人造泥餅來(lái)模擬泥頁(yè)巖介質(zhì)，并測(cè)定納米粒子在其中的封堵性能。

2.1 人造泥餅的制備

(1)泥餅1 的制備。室溫(13 ℃)，3.5 MPa，100 mL水+120 g重晶石，高溫高壓失水儀，筒內(nèi)水濾干為止。

(2)泥餅2 的制備。室溫(13 ℃)，3.5 MPa，100 mL水+100 mL土漿+240 g重晶石，高溫高壓失水儀，筒內(nèi)水濾干為止。

圖1 泥餅1

圖2 泥餅2

2.2 FD-1溶液封堵性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

(1)準(zhǔn)備測(cè)量液體。清水、1%FD-1溶液、3%FD-1溶液和5%FD-1溶液(FD-1為納米粒子體系)。

(2)制作泥餅。

(3)測(cè)定測(cè)量液在評(píng)價(jià)泥餅上的滲透率。將測(cè)量液分別倒入裝有泥餅1或泥餅2的內(nèi)筒(為防止損壞泥餅，測(cè)量液用玻璃棒引流倒入)，放入失水儀內(nèi)，加壓到3.5 MPa，把失水儀下面濾嘴打開(kāi)，同時(shí)用秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別記錄各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的濾失泥漿總量，列表，通過(guò)平均求出其濾失流量［5］，并用達(dá)西公式計(jì)算出測(cè)量液在室溫及3.5 MPa條件下試驗(yàn)評(píng)價(jià)泥餅的滲透率。

(4)對(duì)比各種條件下混合液的滲透率，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 FD-1溶液對(duì)泥餅1的封堵效果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 泥餅1在不同F(xiàn)D-1溶液濃度下的滲透率

隨著溶液濃度的增加，泥餅1的滲透率降低幅度很大，且在濃度為3%和5%時(shí)，泥餅1的滲透率很低，并在濃度為5%時(shí)其滲透率為0.253×10-5μm2，說(shuō)明FD-1溶液的封堵效果很好。

3.2 FD-1溶液對(duì)泥餅2的封堵效果

泥餅2的滲透率隨著FD-1溶液濃度變化的曲線(xiàn)圖如圖3所示。

圖3 泥餅2的滲透率與FD-1溶液濃度的關(guān)系圖

隨著FD-1溶液濃度的增加，泥餅2的滲透率降幅很大，且在濃度為5%時(shí)其滲透率為0.172×10-5μm2，說(shuō)明FD-1溶液的封堵效果最佳。

4 結(jié)論

(1)用人工泥餅?zāi)M泥頁(yè)巖來(lái)考察納米粒子封堵劑的封堵效果是可行的。

(2)納米級(jí)封堵劑對(duì)泥頁(yè)巖(泥餅)封堵效果良好，濃度越高封堵效果越好，當(dāng)濃度為3%及以上時(shí)封堵效果最佳。

［1］楊小華，萇益華，謝愛(ài)華.國(guó)內(nèi)1999～2000年鉆井液處理劑研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.油田化學(xué)，2001，18(2)：184-187.

［2］陳翌慶.納米材料學(xué)基礎(chǔ)［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社：2009.

［3］張邦維.納米材料物理基礎(chǔ)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［4］樊芷蕓.納米科學(xué)技術(shù)與化學(xué)建材［J］.化學(xué)建材，1998，14(3)：41.

［5］徐同臺(tái)，盧淑芹，何瑞兵.鉆井液用封堵劑的評(píng)價(jià)方法及影響因素［J］.鉆井液與完井液，2009，26(2)：60-61.