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清洁常识

纳米石蜡乳液的研究及应用
 
纳米石蜡乳液的研究及应用
 
摘要采用反相乳化法制备出一种纳米石蜡乳液(BZ-GWN),该剂无荧光、环境保护性能好。室内实验评价 结果表明,BZ-GWN具有好的抑制防塌性能、润滑性和油气层保护性能。该处理剂在华北油田和苏里格气田现场 试验应用了 5 口井,介绍了其在泉75-10X和苏76-2-3H井的应用情况。现场应用表明,加入BZ-GWN的聚磺钻 井液和钾盐聚合物钻井液具有良好的抑制性、防塌能力和润滑性;钻进中未发生井壁失稳垮塌现象,起下钻顺畅, 水平段没有出现托压等现象,井眼规则,钻井施工顺利。
 
关键词纳米石蜡乳液;制备;HLB值;润滑性;防塌性能;防止地层损害;钻井液 中图分类号:TE254.4 文献标识码:A 文章编号:1001-5620 ( 2012 ) 02-0005-03
纳米石赌乳液是粒径在亚微米级(50500 nm) 的乳状液,其外观随粒径大小的不同可能会呈现 透明/半透明(50200 nm)或乳白色(200500 nm)。由于其粒径小,通常表现出极高的长期动力 学稳定性。以2种非离子表面活性剂作为混合乳化 剂,采用反相乳化(EIP)法,在乳化剂作用下将 石蜡分散成微小的液滴,在蜡水界面形成具有一定 强度的乳化剂单分子层膜,制备出了一种纳米石蜡 乳液[1_3]。该乳液在作为水基钻井液添加剂时,具 有防塌、润滑和保护油气层等作用,其低毒、无荧光, 能满足保护环境和钻探施工的要求[4_6]。
 
1 鈉米石蜡乳波的喇各条件优化
 
1.1 HLB 值
 
当乳化剂的HLB值为10.210.6时,制得的 纳米石蜡乳液最为稳定,且乳液的平均粒径较小 (96.8126.0 nm),见表1。由表1可知,HLB值为 10.5时,乳液的平均粒径最小,说明此时复合乳化剂 的HLB值与石蜡的0/W型乳液所需HLB值非常接 近,乳液颗粒细小均勻,稳定性高。因此选择HLB 值为10.5的复合乳化剂。
表1不同HLB值的乳化剂对乳液性能的影响
乳化剂的HLB值 离心后状态 平均粒径/nm
9.0 离心前分层 695.0
9.5 分层明显 384.0
10.0 分层明显 222.0
10.2 不分层 126.0
10.4 不分层 108.3
10.5 不分层 96.8
10.6 不分层 110.9
10.7 略有分层 124.5
10.8 分层明显 243.7
10.9 分层明显 262.3
11.0 分层明显 336.2
12.0 离心前分层 736.0
 
1.2乳化剂浓度
 
考察了乳化剂浓度对乳液初始平均粒径的影响, 结果见图1。由图1可知,乳液粒径随乳化剂浓度升 高而逐渐减小,当乳化剂的浓度大于4.0%时,乳液 粒径小于200 nm ;乳化剂浓度为8%和9%时,它 们的粒径相差不大。因此乳化剂浓度为8%较适宜。
3现场启用
 
纳米石蜡乳液BZ-GWN在华北油田现场试验 应用2 口井、在苏里格气田现场试验应用3 口井, 均取得了良好的效果。下面介绍纳米石蜡乳液在苏 里格气田苏76-2-3H井的现场应用情况。
 
苏76-2-3H井为一口开发水平井,属鄂尔多斯 盆地伊陕斜坡苏76区块,完钻井深为4 112 m,垂 深为3 211.54 m,入窗点井深为3 419 m,垂深为 3 210.83 m,水平段长为693 m,井底水平位移为 1 089.65 m,最大井斜角为93.1。。
 
二开采用</) 215.9 mm钻头钻至井深3 419 m, 下人♦ 177.80 mm技术套管至井深3 415.39 m。该 井段下部(井深2 7063 419 m )使用聚磺钻井液 钻进。三开使用必152.40mm钻头钻至井深4 112m, 使用钾盐聚合物钻井液钻进,钻遇地层主要为刘家 沟组、石千峰组、石盒子组,“双石组”地层,易垮塌。 石千峰组下部地层为砂岩夹泥岩、砂质泥岩,水敏 性强,水化后分解成片状,虽在常规井中表现不明 显,但在该水平井中易塌层正处于大斜度井段,往 往要钻遇几米至几十米,坍塌问题十分突出。石盒 子组为泥岩与砂岩互层,以硬脆性泥岩为主,该泥 岩还存在微裂缝,由于钻井液浸泡时间长,易造成 井壁失稳而发生剥落垮塌,且还处于大斜度井段或 水平段,更易发生垮塌。水平段采用裸眼完井。
 
在二开井深3 270 m(井斜角为62.5。)处,一 次性加人650 kg纳米石蜡乳液,施工中每钻进 50100 m或24 h加人0.30.5 t纳米石蜡乳液, 起到稳定井壁、降低摩擦阻力、防止卡钻的目的。 加人纳米石蜡乳液的聚磺钻井液性能见表5。
 
在水平段的施工中,由于目的层比较薄,井眼 轨迹控制难度大,常常出现反复增斜和降斜的情况, 常常在泥岩层里面钻进,加大了井壁讲塌风险的可 能性,钾盐聚合物钻井液中一次性加人1 000 kg纳 米石蜡乳液,施工中每钻进50100 m或24 h,加
 
0.30.5 t纳米石赌乳液,起到稳定井壁、降低摩阻、
钻进过程无托压、保护油气层的作用。加人纳米石 蜡乳液的钾盐聚合物钻井液性能见表6。
表5加入纳米石蜡乳液的聚磺钻井液性能
井深/ m FVI  s PVi mPa • s YPi  Pa Gel/  Pa/Pa FL!  mL Kf CJ  % ^6^3
3 270 66 32 9.0 1.5/3.5 2.6 0.075 0.2 5/4
3 285 61 29 9.5 1.0/3.5 3.0 0.060 0.2 4/3
3 302 68 25 14.5 4.5/9.0 3.0 0.060 0.2 5/4
3 337 69 24 15.5 4.5/9.0 3.0 0.055 0.2 5/3
 
注:钻井液密度为1.17 g/cm3,pH值为10。
表6加入纳米石蜡乳液的钾盐聚合物钻井液性能
井深/ m pi  g/cm3 FVi  s PVi mPa _ £ YPi i Pa Gel!  Pa/Pa FL丨 mL CJ  % 沪6^3
3 483 1.14 67 24 14.5 4.5/9.0 3.0 0.060 0.2 11/6
3 510 1.14 71 24 15.0 4.5/9.0 2.8 0.055 0.2 12/6
3 656 1.14 70 25 15.0 4.5/9.0 3.0 0.055 0.2 12/6
3 767 1.14 68 30 16.0 4.5/9.5 2.6 0.055 0.3 13/7
3 886 1.14 70 31 16.0 5.0/10 2.5 0.060 0.3 12/7
3 947 1.15 70 31 17.0 5.0/10 2.5 0.055 0.2 12/7
4 030 1.14 68 31 14.5 4.5/9.5 2.6 0.055 0.3 12/6
 
注:钻井液pH值为10。
现场施工表明,加人纳米石蜡乳液的聚磺钻井 液和钾盐聚合物钻井液具有良好的抑制性,防塌能 力强,润滑性好;钻井施工中未发生井壁失稳垮塌, 起下钻顺畅,水平段没有出现托压等现象,钻井工 作顺利。苏76-2-3H井的井径曲线见图3。从图3 可以看出,在钾盐聚合物中加人纳米石蜡乳液,井 径曲线规则,无明显坍塌现象,平均井径扩大率为 4.09%。这也证明了纳米石蜡乳液对“双石组”地 层微裂缝和孔隙进行了有效的封堵;纳米石蜡乳液 和KC1复配使用,具有更好的抑制性。
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