納米石蠟乳液的研究及應(yīng)用

代禮楊1 ，　李洪俊 1 ，　蘇秀純 1 ，　曹衛(wèi)強(qiáng) 2 ，　舒儒宏 2 ，　任正軍 1 ，　徐瑞國(guó) 1
（1. 渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 ；2. 渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津）
代禮楊等 . 納米石蠟乳液的研究及應(yīng)用 [J]. 鉆井液與完井液，2012，29（2）：5-7，11.

摘要　采用反相乳化法制備出一種納米石蠟乳液（BZ-GWN），該劑無(wú)熒光、環(huán)境保護(hù)性能好。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

結(jié)果表明，BZ-GWN 具有好的抑制防塌性能、潤(rùn)滑性和油氣層保護(hù)性能。該處理劑在華北油田和蘇里格氣田現(xiàn)場(chǎng)
試驗(yàn)應(yīng)用了 5 口井，介紹了其在泉 75-10X 和蘇 76-2-3H 井的應(yīng)用情況?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，加入 BZ-GWN 的聚磺鉆
井液和鉀鹽聚合物鉆井液具有良好的抑制性、防塌能力和潤(rùn)滑性 ；鉆進(jìn)中未發(fā)生井壁失穩(wěn)垮塌現(xiàn)象，起下鉆順暢，

水平段沒(méi)有出現(xiàn)托壓等現(xiàn)象，井眼規(guī)則，鉆井施工順利。

關(guān)鍵詞　納米石蠟乳液 ；制備 ；HLB 值 ；潤(rùn)滑性 ；防塌性能 ；防止地層損害 ；鉆井液

中圖分類(lèi)號(hào)：TE254.4　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　　　文章編號(hào)：1001-5620（2012）02-0005-03

納米石蠟乳液是粒徑在亞微米級(jí)（50～500 nm）的乳狀液，其外觀隨粒徑大小的不同可能會(huì)呈現(xiàn)透明 / 半透明（50～200 nm）或乳白色（200～500nm）。由于其粒徑小，通常表現(xiàn)出較高的長(zhǎng)期動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。以 2 種非離子表面活性劑作為混合乳化劑，采用反相乳化（EIP）法，在乳化劑作用下將石蠟分散成微小的液滴，在蠟水界面形成具有一定強(qiáng)度的乳化劑單分子層膜，制備出了一種納米石蠟乳液[1-3] 。該乳液在作為水基鉆井液添加劑時(shí)，具有防塌、潤(rùn)滑和保護(hù)油氣層等作用，其低毒、無(wú)熒光，能滿(mǎn)足保護(hù)環(huán)境和鉆探施工的要求[4-6] 。

1　納米石蠟乳液的制備條件優(yōu)化

1.1　HLB值
當(dāng)乳化劑的 HLB 值為 10.2～10.6 時(shí)，制得的納米石蠟乳液最為穩(wěn)定，且乳液的平均粒徑較小（96.8～126.0 nm），見(jiàn)表 1。由表 1可知，HLB 值為10.5 時(shí)，乳液的平均粒徑最小，說(shuō)明此時(shí)復(fù)合乳化劑的 HLB 值與石蠟的 O/W 型乳液所需 HLB 值非常接近，乳液顆粒細(xì)小均勻，穩(wěn)定性高。因此選擇 HLB值為10.5 的復(fù)合乳化劑。

1.2　乳化劑濃度
考察了乳化劑濃度對(duì)乳液初始平均粒徑的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖 1 可知，乳液粒徑隨乳化劑濃度升高而逐漸減小，當(dāng)乳化劑的濃度大于 4.0% 時(shí)，乳液粒徑小于 200 nm ；乳化劑濃度為 8% 和 9% 時(shí)，它們的粒徑相差不大。因此乳化劑濃度為 8% 較適宜。

1.3　乳化時(shí)間
乳化時(shí)間對(duì)納米石蠟乳液的影響見(jiàn)表 2。由表2 可以看出，乳化時(shí)間延長(zhǎng)有利于將乳液滴分散得更均一細(xì)小，乳化時(shí)間為 30 min 時(shí)，乳液穩(wěn)定性和平均粒徑達(dá)到較佳值。

2　納米石蠟乳液的性能評(píng)價(jià)

2.1　抑制防塌性能
對(duì)納米石蠟乳液進(jìn)行線(xiàn)性膨脹和頁(yè)巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖 2。頁(yè)巖滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)條件為 ：80 ℃、16 h，頁(yè)巖過(guò)孔徑為 0.90～2.00 mm 的篩。從圖 2 可以看出，加入納米石蠟乳液后，黏土的膨脹高度明顯降低 ；0.5% 的納米石蠟乳液抑制黏土膨脹的效果與 7%KCl 接近。當(dāng)納米石蠟乳液的加量為 1% 和 2% 時(shí)，線(xiàn)性膨脹量的降低率分別為 19% 和 31%。

從圖 2 還可看出，隨著 GWN 加量的增大，納米石蠟乳液抑制頁(yè)巖水化分散能力增強(qiáng)，納米石蠟乳液與 KCl 復(fù)配后抑制頁(yè)巖水化分散的效果更好。

2.2　潤(rùn)滑性
用 EP 極壓潤(rùn)滑儀測(cè)定其極壓潤(rùn)滑系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3。從表 3 可知，當(dāng)納米石蠟乳液加量為1% 和 2% 時(shí)，極壓潤(rùn)滑系數(shù)降低率分別達(dá)到 28%、40%，泥餅黏附系數(shù)降低率分別達(dá)到 29%、64%。

2.3　油氣層保護(hù)效果
用巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀測(cè)定不同鉆井液的滲透率恢復(fù)值，對(duì)比評(píng)價(jià)保護(hù)油氣層效果，結(jié)果見(jiàn)表 4。從表 4 可以看出，加入納米石蠟乳液的強(qiáng)抑制性鉆井液的巖心滲透率恢復(fù)值明顯提高，納米石蠟乳液加量大于 2% 以上的強(qiáng)抑制性鉆井液的巖心滲透率恢復(fù)值均大于 90%。實(shí)驗(yàn)所用鉆井液配方如下。

2.4　環(huán)保性能及熒光級(jí)別
采用發(fā)光細(xì)菌 500 型儀器，按照 ISO 11348-3標(biāo)準(zhǔn)，對(duì) 1% 納米石蠟乳液進(jìn)行發(fā)光細(xì)菌法 EC 50毒性試驗(yàn)，在 5、15 min 時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果分別為
372.1 g/L、414.8 g/L?？梢钥闯?，納米石蠟乳液屬低毒性，滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)要求，可適用于環(huán)境敏感地區(qū)。在紫外光儀下觀察其熒光并與標(biāo)準(zhǔn)系列對(duì)比，確定其熒光級(jí)別低于 4。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

納米石蠟乳液 BZ-GWN 在華北油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用 2 口井、在蘇里格氣田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用 3 口井，均取得了良好的效果。下面介紹納米石蠟乳液在蘇里格氣田蘇 76-2-3H 井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。蘇 76-2-3H 井為一口開(kāi)發(fā)水平井，屬鄂爾多斯盆地伊陜斜坡蘇 76 區(qū)塊，完鉆井深為 4 112 m，垂深為 3 211.54 m，入窗點(diǎn)井深為 3 419 m，垂深為3 210.83 m，水平段長(zhǎng)為 693 m，井底水平位移為1 089.65 m，最大井斜角為 93.1°。二開(kāi)采用 φ 215.9 mm 鉆頭鉆至井深 3 419 m，下入 φ 177.80 mm 技術(shù)套管至井深 3 415.39 m。該井段下部（井深 2 706～3 419 m）使用聚磺鉆井液鉆進(jìn)。三開(kāi)使用 φ 152.40 mm鉆頭鉆至井深4 112 m，使用鉀鹽聚合物鉆井液鉆進(jìn)，鉆遇地層主要為劉家溝組、石千峰組、石盒子組， “雙石組”地層，易垮塌。石千峰組下部地層為砂巖夾泥巖、砂質(zhì)泥巖，水敏性強(qiáng)，水化后分解成片狀，雖在常規(guī)井中表現(xiàn)不明顯，但在該水平井中易塌層正處于大斜度井段，往往要鉆遇幾米至幾十米，坍塌問(wèn)題十分突出。石盒子組為泥巖與砂巖互層，以硬脆性泥巖為主，該泥巖還存在微裂縫，由于鉆井液浸泡時(shí)間長(zhǎng)，易造成井壁失穩(wěn)而發(fā)生剝落垮塌，且還處于大斜度井段或水平段，更易發(fā)生垮塌。水平段采用裸眼完井。在二開(kāi)井深 3 270 m（井斜角為 62.5°）處，一次性加入 650 kg 納米石蠟乳液，施工中每鉆進(jìn)50～100 m 或 24 h 加入 0.3～0.5 t 納米石蠟乳液，起到穩(wěn)定井壁、降低摩擦阻力、防止卡鉆的目的。加入納米石蠟乳液的聚磺鉆井液性能見(jiàn)表 5。在水平段的施工中，由于目的層比較薄，井眼軌跡控制難度大，常常出現(xiàn)反復(fù)增斜和降斜的情況，常常在泥巖層里面鉆進(jìn)，加大了井壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)的可能性，鉀鹽聚合物鉆井液中一次性加入 1 000 kg 納米石蠟乳液，施工中每鉆進(jìn) 50～100 m 或 24 h，加0.3～0.5 t 納米石蠟乳液，起到穩(wěn)定井壁、降低摩阻、鉆進(jìn)過(guò)程無(wú)托壓、保護(hù)油氣層的作用。加入納米石
蠟乳液的鉀鹽聚合物鉆井液性能見(jiàn)表 6。

現(xiàn)場(chǎng)施工表明，加入納米石蠟乳液的聚磺鉆井液和鉀鹽聚合物鉆井液具有良好的抑制性，防塌能力強(qiáng)，潤(rùn)滑性好；鉆井施工中未發(fā)生井壁失穩(wěn)垮塌，起下鉆順暢，水平段沒(méi)有出現(xiàn)托壓等現(xiàn)象，鉆井工作順利。蘇 76-2-3H 井的井徑曲線(xiàn)見(jiàn)圖 3。從圖 3可以看出，在鉀鹽聚合物中加入納米石蠟乳液，井徑曲線(xiàn)規(guī)則，無(wú)明顯坍塌現(xiàn)象，平均井徑擴(kuò)大率為4.09%。這也證明了納米石蠟乳液對(duì)“雙石組”地層微裂縫和孔隙進(jìn)行了有效的封堵 ；納米石蠟乳液和 KCl 復(fù)配使用，具有更好的抑制性。

SY/T 5336—1996 對(duì)巖心進(jìn)行清洗，實(shí)驗(yàn)步驟為 ：
①正向鹽水測(cè)原始滲透率 K ；

②反向用柴油測(cè)巖心油相滲透率 K 0 ；

③正向注乳化石蠟溶液 3 PV，并放置 24 h ；

④反向注入柴油測(cè)量滲透率 K 1 。驅(qū)替速度為 0.1 mL/min，滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4。

由此可知，乳化石蠟造成暫堵后的滲透率恢復(fù)較好，在侵入后放置 24 h，隨著滲透率的增大，滲透率恢復(fù)率降低但都在 100% 以上，原因可能是乳化石蠟溶液在巖心表面引起的潤(rùn)濕性改變或者是降低了巖心中殘余油飽和度，進(jìn)而表現(xiàn)了一定解除水鎖的作用。

4　結(jié)論
1. 使用電導(dǎo)率法對(duì)乳化石蠟的制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，篩選的較佳乳化條件為 ：用 8% 的 Span80與 Tween80 的復(fù)配物作為乳化劑，用 1%ODS 作為乳化助劑，HLB 值為 10.5，乳化溫度為 70～75 ℃。制備的石蠟乳液細(xì)膩，3 個(gè)月不分層。

2. 在中低滲透巖心實(shí)驗(yàn)中，使用 5% 的乳化石蠟溶液進(jìn)行降濾失評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果濾失降低率可達(dá)80%，并可通過(guò)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)和賈敏效應(yīng)使后續(xù)鹽水的濾失降低 80%，根據(jù)此特點(diǎn)可以在乳化石蠟封堵后轉(zhuǎn)用海水壓井，從而減小乳化石蠟的用量。
3. 油相的滲透率恢復(fù)率超過(guò) 100%，有一定解除水鎖效應(yīng)的作用，且滲透率恢復(fù)耗時(shí)短，在低滲透油田的修井作業(yè)中有較好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)
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