纳米级封堵剂及其应用

大量的永久性封堵作业表明,采用水硬性颗粒封堵剂能够满足对地层永久性封堵的要求,以超细水泥为代表的封堵剂在封堵中渗地层中发挥了重要作用。为了封堵低渗透地层及一些特殊的工程需要,研制了纳米级封堵材料。其固相成分的粒径均为纳米级,粒径减小不但使其能够进入渗透率更小的地层;而且该封堵剂还具有一些特殊的性能,如无需添加膨胀剂固化体体积就会膨胀、浆体具有高流动度等。介绍了纳米级封封堵剂的生产方法及粒径检测结果、封堵剂的性能及现场应用实例。     

钻井液用纳米封堵剂研究进展

分析了硬脆性泥页岩井壁失稳的原因,介绍了纳米材料特点及其应用,并概述了国内外钻井液用纳米封堵剂的研究进展,包括有机纳米封堵剂、无机纳米封堵剂、有机/无机纳米封堵剂,以及纳米封堵剂现场应用案例。笔者认为:利用无机纳米材料刚性特征以及有机聚合物可任意变形、支化成膜等特性,形成的一种核壳结构的无机/聚合物类纳米封堵剂,能够很好地分散到钻井液中,且对钻井液黏度和切力影响较小,这种类型的纳米封堵剂能够在低浓度下封堵泥页岩孔喉,建立一种疏水型且具有一定强度的泥页岩人工井壁,这不仅能够阻止钻井液侵入,而且还能提高地层承压能力,无机纳米材料与有机聚合物的结合是未来钻井液防塌剂的发展方向。      

聚合物纳米微球封堵剂CQ-NSA性能研究

针对页岩储层纳米级孔缝封堵的问题,研究了水基钻井液聚合物纳米微球封堵剂CQ-NSA的分散性、封堵性与配伍性。通过超声分散,其粒度中径为82.14;采用常规高速搅拌,17.5%的颗粒仍保持纳米级分布。将CQ-NSA加入膨润土浆中,总颗粒中仍有 6%的颗粒呈纳米级分布。CQ-NSA加量在1.0之间可以显著降 低滤饼渗透率!有效降低膨润土浆与体系配方的高温高压渗透封堵仪滤失量,表明CQ-NSA具有良好的封堵性能。流变性能分析结果表明,CQ-NSA加量不超1.5%,对膨润土浆与水基钻井液体系的流变性能影响不大,具有较好的配伍性能。该研究为页岩气水基钻井液用纳米封堵剂提供了理论与实验依据。     

水基钻井液用耐高温纳米聚合物封堵剂的研制

深井超深井钻井过程中，纳米聚合物封堵剂对解决微孔隙、微裂缝发育地层的井壁失稳问题至关重要，然而高分子聚合物类封堵剂高温易降解失效。优选N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯(ST)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为反应单体，过硫酸铵为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，采用乳液聚合法合成了一种纳米聚合物封堵剂。红外光谱显示合成材料为目标产物，粒度分析表明中值粒径为129 nm。通过砂盘封堵实验以及高温老化前后的API、高温高压滤失量对其高温封堵性能进行评价，180 ℃高温老化后，加入1%纳米聚合物封堵剂的钻井液API滤失量为24.4 mL，高温高压滤失量为92 mL，高温高压砂盘滤失量为66 mL。实验结果表明，通过优化分子结构解决了纳米聚合物封堵剂高温易降解的问题，合成的纳米聚合物封堵剂具有优异的抗温和封堵性能。     

纳米封堵剂性能评价及机理分析

页岩气开发中,保证井壁稳定是其关键技术之一,钻井液良好的封堵能力是井壁稳定的基础,而封堵剂则是钻井液良好封堵能力的基本保障。但泥页岩地层微裂缝微孔隙发育多,通常处于纳微米级,渗透率极低,普通封堵剂固相颗粒粒径较大,难以进入泥页岩地层形成有效的封堵,而纳米级封堵剂则能对泥页岩地层表现出良好的封堵性能。文章在分析前人对封堵剂评价方法基础上,采用不同级配固相颗粒人造滤饼的方法来模拟泥页岩低孔低渗的特性,对3种封堵剂(聚合醇JH-1,纳米LAT,纳米Fe_3O_4)在不同的温度及浓度加量条件下进行了封堵性能评价,确定了3种封堵剂的适用温度和最佳加量,并对它们的封堵机理进行了简单的分析。     

纳米堵剂在油田超深疑难井封堵上的应用研究

封堵技术是油田“控水稳油”的主导技术之一,在油田开发中应用普遍。然而,近年国内新投入开发的油田中有相当数量的埋藏深、高温、高压、高矿化度、低渗透难开发的油藏,常规封堵剂适应性和安全性差,无法满足现场需求。因此研究开发了一种新型纳米堵剂,并对其性能进行了室内评价。室内评价结果表明,纳米堵剂浆体流变性和注入性能好,初凝时间可调,具有强度高、封堵率高、溶解率高、析水量少且体积不收缩、耐地下高温等特性。现场应用也表明,与油田常用高强度堵剂相比,具有耐高温、高压、高矿化度,强度高和易溶解的优势,且施工安全简便,措施成功率高,是解决超深疑难井堵水的一种新型封堵剂。     

纳米封堵效果评价方法研究

在含有大量微纳米孔隙的页岩地层钻井过程中,如何有效阻止钻井液或者滤液通过这些微纳米孔隙进入地层,防止页岩水化分散,成为安全快速钻井的关键技术难题。目前,采用纳米级封堵剂是防止井壁失稳的一种有效方法,因此有必要对纳米级封堵剂封堵效果评价方法进行分析探讨,为纳米级封堵剂的优选提供依据。在对五种评价实验方法分析研究的基础上,得出高压渗透性失水评价实验和压力传递实验更能真实反映封堵效果,建议在此基础上进一步完善形成纳米级封堵剂封堵效果评价方法。这对钻井液用纳米封堵剂的选择以及钻井液配方的井壁稳定效果评价都具有积极意义。     

压裂用纳米体膨颗粒裂缝封堵性能实验研究

近年来,纳米颗粒用于提高采收率对小孔隙进行封堵的研究较多,但很少有人将其用于压裂工艺,对低渗透储层出水微裂缝进行封堵。因此通过调研优选出纳米体膨颗粒作为堵剂,将其用于裂缝封堵性能实验。利用自制岩心封堵实验装置,分析了纳米体膨颗粒对水流和油流裂缝通道的封堵能力,以及其自身的膨胀性、注入性和在水流裂缝通道中的耐冲刷性。实验结果表明,纳米体膨颗粒在水相环境中具有较强的吸水膨胀性能,在油相环境中具有弱膨胀性能;纳米体膨颗粒对水流裂缝的封堵效果良好,在围压为40和50 MPa下水相封堵率高达90%;对油流裂缝不会形成很强的封堵,油相封堵率小于30%。此外,纳米体膨颗粒的注入性能良好。在围压为40 MPa、注入3 PV浓度为2%的纳米体膨颗粒在水流裂缝中,膨胀4 d后的耐冲刷性良好;因此纳米体膨颗粒达到了封堵水流裂缝而不封堵油流裂缝的目的,能较好地应用于压裂堵水。      

GDS—I油层封堵剂的研制与应用

介绍了GDS－I封堵剂封堵机理,通过室内试验,确定了封堵剂原材料,调凝剂,使用浓度,使用温度等。就地层水对封堵剂的影响进行了试验,并以封堵剂技术性能为依据,证明了GDS－I封堵剂的优越性。15 次应用表明,该封堵剂配制容易,施工简单,封堵强度高,封堵效果好,对类似的油藏封堵具有较好的应用前景。     

微纳米井壁强化技术在长宁“大坝东”区域的应用

长宁公司“大坝东”区域受构造作用、岩性组分等因素影响,龙马溪组微裂缝发育,原生孔径主要分布在0.05～2 μm之间,地层稳定性差,钻进过程阻卡严重,单纯通过上提钻井液密度,未能有效控制井眼垮塌,且钻井现场的封堵类添加剂属于微米级,缺乏纳米级封堵添加剂,不能有效封堵纳米级孔缝,同时不利于形成渗透率更低的封堵层,阻缓井筒压力向地层传递。引入纳米级石墨烯封堵剂,补全钻井液微观固相级配,配合地质力学建模,确定合理的密度,匹配性能调控工艺,形成微纳米井壁强化技术。在宁209H69平台现场应用过程中,钻井液性能稳定,全井段无事故复杂,平均井眼扩大率不大于8%,井径规则,有效地预防了井眼垮塌。      

低渗油藏纳米粉体堵剂性能评价及应用

针对常规无机颗粒堵剂不适合特低渗砂岩油藏卫360块挤堵的问题,对纳米粉体堵剂的性能进行了室内综合评价。密度1.4~1.8 g/cm3堵剂浆体的黏度小于35 m Pa·s,注入性好,能进入地层深部孔隙;悬浮性好,密度大于1.6 g/cm3时,浆体基本不分层;固化时间可调,施工安全,初凝时间2.7~18.5 h,终凝时间3.1~28.1 h;固化后体积不收缩,抗压强度大于25 MPa,封堵率达到99.9%;具有一定的溶解性,渗透率恢复率大于50%。介绍了现场挤堵工艺,掌握挤堵关键环节和精细施工能提高挤堵一次成功率。在低渗油藏卫360块应用27井次,工艺成功率100%,增油有效率100%。纳米堵剂是一种高效新型堵剂,施工安全性好,措施成功率高,对低孔低渗地层具有较好的封堵作用。     

吸水膨胀型聚合物暂堵剂储层保护效果研究

探讨了吸水膨胀型聚合物暂堵剂对油层及水层或高含水储层保护效果。结果表明:JBD吸水膨胀型聚合物暂堵剂对不同渗透率的岩心均具有良好的封堵效果;对油层具有良好的储层保护效果,JBD暂堵剂体系封堵岩心后,用煤油驱替测得岩心油相渗透率均大于85%;JBD吸水膨胀型聚合物暂堵剂对水层或高含水储层将造成较大的伤害,必须配合使用JPC破胶剂进行破胶解堵,此时岩心渗透率恢复值可大于90%,从而取得理想的储层保护效果,满足了注水井或高含水油井暂堵作业的需要。     

水力压裂暂堵转向栓塞体渗透率性评价装置研究

暂堵转向压裂技术已成为致密油气藏形成高导流能力复杂缝网以及老井重复改造重要增产措施之一。前人已对暂堵剂在裂缝中承压规律及铺置形态进行了研究,但对暂堵剂栓塞体渗透率性研究较少。文章自主设计和制造了一种可调缝孔的栓塞体渗透性评价装置,探究不同种类暂堵剂在封堵过程中对不同大小孔隙的封堵及承压规律;通过微观观察栓塞体形态,探究暂堵剂的运移及聚集规律,为暂堵剂性能、暂堵转向等研究提供实验参考。实验研究结果表明,良好封堵性能的暂堵栓塞体必须具有较低的渗透率,才能确保暂堵转向压裂液开启有效裂缝;组合暂堵剂与粉末暂堵剂形成了承压性能良好的暂堵栓塞体,而颗粒暂堵剂未能形成可承压的暂堵栓塞体;组合暂堵剂对中孔径模拟缝孔的封堵能力更强,而粉末暂堵剂对小孔径模拟缝孔的封堵能力更强;通过栓塞体形态观察可知组合暂堵剂聚集形态较为松散,而粉末暂堵剂聚集形态比较紧实,这是影响暂堵栓塞体形成长度主要原因。     

一种强吸附疏水改性纳米SiO2封堵剂

钻井过程中钻遇稳定性较差的地层和承压能力较弱的地层时,经常出现井壁失稳和井下漏失等问题,为此开展了新型纳米封堵剂的研究与评价。合成了强吸附疏水纳米封堵剂,对其粒度分布、吸附性、润湿性和砂床封堵性能进行了测试。测试结果表明,该封堵剂粒度分布在100～150 nm,吸附性强,高温下能够将页岩表面水的润湿接触角增大到80.7°;加量为2.5%时,实验浆的砂床滤失量降低到5.0 mL;对钻井液流变性影响较小,API滤失量从4.4 mL降低到1.0 mL,高温高压滤失量从16.2 mL降低到6.2 mL;加量超过3.0 %时,渗透率降低到2.81 μD;PPA封堵率测试表明,该封堵剂能在陶瓷过滤盘内部形成封堵,钻井液的滤失速率降低到0.45 mL/min1/2,瞬时滤失量降低到2.58 mL。研究表明,强吸附疏水纳米封堵剂能够提高钻井液的封堵能力,降低钻井液对地层的侵入量,对保护井壁稳定有较好的作用。      

改性淀粉强凝胶堵剂的研制

利用改性淀粉的优越性能,开发出了一种适用于中、低温油藏的改性淀粉强凝胶堵水调剖剂.研究了该堵水调剖剂各组分浓度对成胶时间与凝胶强度的影响,考查了pH值、温度、水质等作用对堵水调剖剂性能的影响,并采用填砂管模拟实验方法评价了该堵水调剖剂的作用效果.结果表明,该堵水调剖剂强度高,耐盐、耐冲刷,堵剂成胶时间可调,适于中、低温油藏的深部调堵,并且施工成本较低.目前此体系已在吉林油田推广使用,取得了良好的增油效果.     

聚丙烯酰胺类堵剂的堵水机理实验

真实砂岩孔隙模型驱替实验结果表明,聚丙烯酰胺类化学堵剂在储层孔隙中以优先选择封堵大孔道为主,堵剂进入孔道后的粘度变化为:大段塞低粘度、大段塞高粘度和小段塞高粘度。封堵机理及堵效产生过程表现为:孔道表面的吸附水膜机理凝胶网状絮凝体动力捕集机理物理堵塞粘弹封堵效应。另外,在相同堵水条件下,甲叉基聚丙烯酰胺(PHMP)与粘土复合堵剂更适合于大孔道和裂缝性储集层的化学调剖堵水,而PHMP与TP-920膨胀颗粒复合堵剂适宜于对大孔道大裂缝的封堵。     

聚乙烯醇凝胶堵漏剂的室内研究

为解决地质钻孔钻井液漏失的问题,研制了一种新型堵漏剂——聚乙烯醇凝胶堵漏剂,该堵漏剂由聚乙烯醇、硼砂、二丁酯、羧甲基纤维素钠等化学交联反应而成。根据地质钻探钻孔堵漏材料性能的要求,对该堵漏剂进行了成胶时间、成胶黏度、溶胀性、抗稀释性、抗矿化物污染、堵漏等实验。结果表明:(1)当聚乙烯醇为3%、硼砂为0.8%、二丁酯为0.3%、羧甲基纤维素钠为0.3%、交联温度为35℃、p H值为10时,制备的聚乙烯醇凝胶堵漏剂性能为最好,成胶黏度达358 600 m Pa·s,成胶时间为18min;(2)成胶时间在0.1~1.0 h范围内可调,对不同大小通道适宜性好;(3)单独的凝胶堵漏剂最大承压能力达到6.0 MPa,加入1%木屑后最大承压能力提高到7.0 MPa,具有很好的堵漏效果。结论认为,所研制的聚乙烯醇凝胶堵漏剂具有较强的溶胀度、抗稀释、抗矿化物污染和堵漏能力,并且制备方便、价格低廉,可应用于裂缝、溶洞、孔隙及含有动水的复杂漏失地层。     

新型水溶性暂堵剂在重复压裂中的暂堵转向效果

重复压裂是恢复油井产能、提高最终采收率的重要方式之一,目前最有效的重复压裂方式是暂堵剂的转向压裂改造。采用可生物降解材料、高分子量聚合物、膨胀剂和固化剂合成了一种环保型水溶性暂堵转向剂,该暂堵剂颗粒尺寸可根据裂缝宽度定制,水溶性良好,压裂施工结束后4 h可水溶降解;岩心实验表明,该水溶性暂堵剂岩心封堵效率可达99%以上,承压40 MPa以上,且水溶降解后对岩心的伤害较小,满足重复压裂施工各项指标的要求。现场试验1口井,施工过程中加入暂堵剂后施工压力上升3 MPa,起到了良好的暂堵效果,压后增油量为1.1 t/d,含水率下降5%,说明该压裂模式能够起到恢复油井产能、降低含水的目的。      

提高煤层强度的钻井液防塌封堵剂的研制

针对煤层脆性较强、割理微裂缝发育,容易发生井壁垮塌的风险问题,以亲水单体和亲油单体相组合采用水包油乳液聚合合成出了乳液型的防塌封堵剂。对该乳液型防塌封堵剂进行了机理分析、基本性能和钻井液体系研究。结果表明,乳液型防塌封堵剂分散体系大部分粒度在0.1～1.5 μm之间,与煤层的微裂缝相匹配,可进行有效封堵,该处理剂可以使煤层表面趋向于油润湿,并大幅度减少煤样在水中的分散性能;在膨润土浆中,乳液型防塌封堵剂可以降低API滤失量,提高封堵性能,浸泡该处理剂后的煤样可以增强抗压性能;加有该防塌封堵剂的钻井液表现出良好的流变和降滤失性能,对煤层的伤害较低,水测渗透率恢复值可达95.4%。在SX-2**井煤系地层795.00～1 088.00 m采用该防塌封堵剂钻井液,不仅实现了顺利钻进,同时完成了取心作业,岩煤心收获率达到96.51%,基本保持煤层岩石的完整性。