專利名稱：使用納米二氧化硅改善不同溫度下水基鉆井液性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣鉆井領(lǐng)域，尤其涉及一種使用納米二氧化硅改善不同溫度下水基鉆井液性能的方法。
背景技術(shù)：
油氣鉆井過程中泥頁(yè)巖地層井壁失穩(wěn)的主要原因是泥頁(yè)巖吸水后發(fā)生膨脹和掉塊。每年，井壁失穩(wěn)給世界石油工業(yè)造成的損失保守估計(jì)為5億美元。但鉆井液中的流體侵入泥頁(yè)巖后，鉆井液所形成的液柱壓力便傳遞到泥頁(yè)巖的孔 隙中，這會(huì)削弱鉆井液對(duì)井壁的支撐作用，引起泥頁(yè)巖破壞和井壁失穩(wěn)。通常認(rèn)為活度平衡的油基鉆井液可以解決泥頁(yè)巖井壁失穩(wěn)問題，這是因?yàn)橛秃湍囗?yè)巖之間沒有相互作用，自然就不會(huì)引起井壁失穩(wěn)。但是，如果水基鉆井液中的流體侵入泥頁(yè)巖的程度可以被最小化，那么它相比油基鉆井液將會(huì)是更好的選擇，因?yàn)樗鼘?duì)環(huán)境破壞相對(duì)小，成本更低。但是，泥頁(yè)巖納米級(jí)的孔隙卻使得傳統(tǒng)的鉆井液降濾失劑無法在其表面架橋并形成泥餅。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)加拿大博福特-麥肯齊盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑范圍為7 45nm、斯科舍盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑范圍為8 17nm、美國(guó)阿帕拉契亞盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑范圍為7 24nm，阿拉達(dá)科盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑范圍為20 160nm、沃斯堡盆地頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑范圍為5 lOOnm，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)北美地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑主體為8 IOOnm ;而中國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙孔徑范圍為5 300nm,主體為80 200nm。因此，如何尋找合適的架橋材料成為本領(lǐng)域亟待解決的難題。同時(shí)，該材料在降低泥頁(yè)巖滲透率并有效減緩水侵入泥頁(yè)巖的同時(shí)，也必須同時(shí)滿足下面的條件即與基漿配伍性好，且能改善基漿在不同溫度條件下的性能參數(shù)如塑性粘度、動(dòng)切力和濾失量等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供使用納米二氧化硅改善不同溫度下水基鉆井液性能的方法，納米二氧化硅材料在降低泥頁(yè)巖滲透率并有效減緩水侵入泥頁(yè)巖的同時(shí)，能改善在不同溫度條件下的水基鉆井液的性能參數(shù)(如塑性粘度、動(dòng)切力、濾失量)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為
使用納米二氧化硅改善不同溫度下水基鉆井液性能的方法，其特征在于，在基漿中加入納米二氧化硅分散液，所述納米二氧化硅分散液中的納米二氧化硅顆粒的質(zhì)量占所述基漿和所述納米二氧化硅分散液質(zhì)量總和的5% 10%。上述方案中，所述納米二氧化硅分散液是將納米二氧化硅顆粒分散于水得到的透明或乳白色的分散液，其密度為1. 20 1. 21克/立方厘米、pH值9 11，納米二氧化硅的平均粒徑為10 20納米、納米二氧化硅質(zhì)量濃度為30%。上述方案中，所述溫度為室溫 160°C。上述方案中，所述基漿為淡水基漿或膨潤(rùn)土基漿。
上述方案中，所述淡水基漿由水、鈉膨潤(rùn)土 (后面簡(jiǎn)稱鈉土)、鈣膨潤(rùn)土 (后面簡(jiǎn)稱鈣土)、木質(zhì)素磺酸鈉(后面簡(jiǎn)稱木鈉)、及褐煤樹脂(SPNH)組成。上述方案中，以每100毫升水為基準(zhǔn)，鈉膨潤(rùn)土為6. 43克、鈣膨潤(rùn)土為2. 86克、木質(zhì)素磺酸鈉為O. 86克、褐煤樹脂為O. 86克。上述方案中，所述膨潤(rùn)土基漿由水和鈉膨潤(rùn)土組成。上述方案中，以每100毫升水為基準(zhǔn)，鈉膨潤(rùn)土為8. 57克。上述方案中，還包括根據(jù)基漿動(dòng)切力變化情況在基漿中加入聚合物型降粘劑的步驟。
上述方案中，所述降粘劑為兩性離子聚合物XY-27或XY-28。本發(fā)明的有益效果是
1.納米二氧化硅材料因?yàn)槠浼{米級(jí)粒徑關(guān)系，可以進(jìn)入泥頁(yè)巖地層的微小孔隙和裂縫之中，從而提高水基鉆井液的封堵效果，減緩鉆井液向地層的滲透及地層吸水后膨脹、掉塊的趨勢(shì)，提高井壁穩(wěn)定性；
2.納米二氧化硅可以通過增加體系的負(fù)電荷水平來增強(qiáng)淡水基漿和膨潤(rùn)土基漿的穩(wěn)定性；
3.納米二氧化硅可能會(huì)對(duì)基漿的動(dòng)切力會(huì)有一定程度的增加；如加入適量聚合物型降粘劑如XY-27，可適當(dāng)深井鉆進(jìn)的要求；
4.納米二氧化硅能使基漿形成更加薄而致密的泥餅，降濾失效果明顯。從濾失量角度來看，加入納米二氧化硅后的基漿的抗溫能力從100°C 120°C左右提高到160°C，故納米二氧化硅可作為一種抗高溫降濾失劑來使用。


圖1給出了納米二氧化硅分散液NP-A中納米二氧化硅的TEM圖像。圖2給出了納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿電位的影響規(guī)律。圖3給出了 5%納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖4給出了 5%納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿動(dòng)切力的影響規(guī)律。圖5給出了 5%納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿濾失量的影響規(guī)律。圖6給出了納米二氧化硅分散液NP-B中NP-B的納米二氧化硅TEM圖像。圖7給出了納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿電位的影響規(guī)律。圖8給出了 5%納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖9給出了 5%納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿動(dòng)切力的影響規(guī)律。圖10給出了 5%納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿濾失量的影響規(guī)律。圖11給出了納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿電位的影響規(guī)律。圖12給出了 5%納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖13給出了 5%納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿動(dòng)切力的影響規(guī)律。圖14給出了 5%納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿濾失量的影響規(guī)律。圖15給出了納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿電位的影響規(guī)律。圖16給出了 5%納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖17給出了 5%納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿動(dòng)切力的影響規(guī)律。
圖18給出了 5%納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿濾失量的影響規(guī)律。圖19給出了 10%納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖20給出了 10%納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿動(dòng)切力影響規(guī)律。圖21給出了 10%納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿濾失量的影響規(guī)律。圖22給出了 10%納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖23給出了 10%納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿動(dòng)切力影響規(guī)律。圖24給出了 10%納米二氧化硅NP-B對(duì)淡水基漿濾失量的影響規(guī) 律。圖25給出了 10%納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖26給出了 10%納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿動(dòng)切力影響規(guī)律。圖27給出了 10%納米二氧化硅NP-A對(duì)膨潤(rùn)土基漿濾失量的影響規(guī)律。圖28給出了室溫下含10%納米二氧化硅NP-A的膨潤(rùn)土基漿泥餅的SEM圖像。圖29給出了 10%納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿塑性粘度的影響規(guī)律。圖30給出了 10%納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿動(dòng)切力影響規(guī)律。圖31給出了 10%納米二氧化硅NP-B對(duì)膨潤(rùn)土基漿濾失量的影響規(guī)律。圖32給出了室溫下含10%納米二氧化硅NP-B的膨潤(rùn)土基漿泥餅的SEM圖像。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖、附表和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1 :
本實(shí)施例提供一種使用納米二氧化硅改善水基鉆井液性能的方法，納米二氧化硅以分散液的形式加入基漿之中，納米二氧化硅顆粒的質(zhì)量占所述基漿和所述納米二氧化硅分散液質(zhì)量總和的5%。本實(shí)施例所選用的基衆(zhòng)為淡水基衆(zhòng)(fresh water mud,簡(jiǎn)稱為FWM),其配方及基本性能參數(shù)如表I所示。表I淡水基漿(FWM)配方及基本性能
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本實(shí)施例所選用的納米二氧化硅分散液NP-A (簡(jiǎn)稱為NP-A)的基本性能參數(shù)如表2所
/Jn ο表2納米二氧化硅分散液NP-A的基本性能參數(shù)
代號(hào)夕卜觀_密度/g · Cnf3_平均粒徑/nm 質(zhì)量濃度/% pH_
NP-A I透明液體 | ·21| 0 20|30|9-11
采用CM12/STEM透射電子顯微鏡觀察納米二氧化硅分散液NP-A中納米二氧化硅顆粒
的形態(tài)，其結(jié)果如圖1所示。下面對(duì)加入納米二氧化硅分散液NP-A后的基漿的主要性能參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)
I) Zeta電位
采用Malvern ZEN 3690納米粒度及Zeta電位測(cè)試儀測(cè)試，淡水基漿和添加NP-A的淡水基漿的電位測(cè)試結(jié)果如圖2所示。2)平均粒徑
采用Rise-2006激光粒度儀測(cè)試加入納米二氧化硅分散液NP-A后的基漿平均粒徑，以未加入納米二氧化硅分散液的淡水基漿作為對(duì)比例，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，質(zhì)量濃度為5%的納米二氧化硅NP-A的加入，可以降低淡水基漿的平均粒徑。表3納米二氧化硅NP-A對(duì)淡水基漿平均粒徑的影響
權(quán)利要求
1.使用納米二氧化硅改善不同溫度下水基鉆井液性能的方法，其特征在于，在基漿中加入納米二氧化硅分散液，所述納米二氧化硅分散液中的納米二氧化硅顆粒的質(zhì)量占所述基漿和所述納米二氧化硅分散液質(zhì)量總和的5% 10%。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米二氧化硅分散液是將納米二氧化硅顆粒分散于水得到的透明或乳白色的液體，其密度為1. 20 1. 21克/立方厘米、pH值9 11，納米二氧化硅的平均粒徑為10 20納米、納米二氧化硅質(zhì)量濃度為30%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度為室溫 160°C。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基漿為淡水基漿或膨潤(rùn)土基漿。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述淡水基漿由水、鈉膨潤(rùn)土、鈣膨潤(rùn)土、木質(zhì)素磺酸鈉、及褐煤樹脂組成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，以每100毫升水為基準(zhǔn)，鈉膨潤(rùn)土為6.43克、鈣膨潤(rùn)土為2. 86克、木質(zhì)素磺酸鈉為O. 86克、褐煤樹脂為O. 86克。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述膨潤(rùn)土基漿由水和鈉膨潤(rùn)土組成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，以每100毫升水為基準(zhǔn)，鈉膨潤(rùn)土為8.57克。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)基漿動(dòng)切力變化情況在基漿中加入聚合物型降粘劑的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述降粘劑為兩性離子聚合物XY-27或XY-28。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用納米二氧化硅改善不同溫度下水基鉆井液性能的方法，在基漿中加入納米二氧化硅分散液，所述納米二氧化硅分散液中的納米二氧化硅顆粒的質(zhì)量占所述基漿和所述納米二氧化硅分散液質(zhì)量總和的5%～10%。由于納米二氧化硅材料的納米級(jí)粒徑關(guān)系，可以進(jìn)入泥頁(yè)巖地層的微小孔隙和裂縫之中，從而提高水基鉆井液的封堵效果，減緩鉆井液向地層的滲透及地層吸水后膨脹、掉塊的趨勢(shì)，提高井壁穩(wěn)定性；納米二氧化硅可以通過增加體系的負(fù)電荷水平來增強(qiáng)淡水基漿和膨潤(rùn)土基漿的穩(wěn)定性；納米二氧化硅能使基漿形成更加薄而致密的泥餅，降濾失效果明顯。
文檔編號(hào)C09K8/16GK103013469SQ201210523849
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者蔡記華, 袁野, 王濟(jì)君, 谷穗 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)