納米乳化石蠟鉆井液在延長低滲油田的應用

李紅梅 ，李 偉 ，于小龍 ，趙 毅 ，武 騫 ，何 仲

（1.延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.中石化西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830000）

納米乳化石蠟鉆井液在延長低滲油田的應用

李紅梅1，李 偉1，于小龍1，趙 毅1，武 騫1，何 仲2

（1.延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.中石化西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830000）

石蠟納米乳液與延長低滲油藏常用聚合物鉆井液體系有良好的配伍性，可改善體系的流變性，降低濾失量，具有明顯的潤滑效果和抑制粘土水化膨脹與分散的能力，對巖心損害程度低，油層保護效果好。石蠟納米乳液在延長油田成功進行了5口井現場試驗，結果證明，加入石蠟納米乳液后，井壁無坍塌，起下鉆暢通，完井電測及下套管作業順利，鉆井時效提高，油氣產量高，環保效果好。石蠟納米乳液鉆井液適用于延長油田定向井的鉆井施工，可在延長油田推廣使用。

石蠟納米乳液；低滲油藏；聚合物鉆井液

延安組與延長組是延長油藏兩個重點油層組，都屬于低孔超低滲油層，在鉆井的過程中易出現井壁垮塌、井漏現象，對鉆井質量及鉆井周期有較大影響。延長低滲油層目前使用的主要是聚合物鉆井液體系，隨著延長油田定向井，尤其是水平井數量的增加，對鉆井液提出更高的要求，摩阻控制、井眼凈化、井壁穩定、防漏堵漏及保護儲層五個方面的問題更為突出。預計通過加入石蠟納米乳液使鉆井液流變性、抑制性、潤滑性和油層保護性能得以提高，石蠟納米乳液的先導現場試驗也將提高延長定向井的開發效益。

1 石蠟納米乳液性能簡述

本研究所用的石蠟納米乳液是以非離子表面活性劑和石蠟等為主要原料，以低能乳化法制得的膠體體系[1]，平均粒徑在 100～200 nm，流動性好，在水中易分散。研究表明，石蠟納米乳液有以下幾方面性能：（1）具有納米級材料熱穩定性好的特性，可以改善鉆完井液的總體穩定性[2]；（2）乳液中含有石蠟，潤滑性好，可降低鉆具磨損，防止卡鉆等事故；（3）自由水含量低，有利于提高井壁穩定性，防止坍塌與漏失；（4）納米粒子參與泥餅形成，可提高泥餅致密性，改善泥餅厚度，有效阻止鉆完井液中的固相顆粒和濾液進入地層深部[3]，起到保護油氣層的作用。

2 室內評價實驗

2.1 配伍性評價

1#為按現場聚合物鉆井液配方配制的鉆井液，配方為：2%～3%膨潤土+0.1%～0.2%KPAM+0.1%～0.2%ZSC201+0.2%～0.3%SD-17w+0.2%～0.4%LV-CMC。將1%～3%石蠟納米乳液加入聚合物鉆井液體系中，常規分析實驗結果（見表1）。

由表1可以看出，加入納米乳液后，鉆井液的密度、pH值沒有變化，粘度、動切力稍有提高。加入3%納米乳液，動塑比提高到0.38，滿足了鉆井液體系攜帶和懸浮巖屑的要求，中壓、高壓濾失量有較大的降低，有利于井壁穩定與儲層保護。

2.2 抑制性評價

（1）石蠟納米乳液對粘土膨脹的抑制性實驗：用NP-02型頁巖膨脹儀進行粘土膨脹試驗。圖1表明，加入石蠟納米乳液后，鉆井液抑制粘土膨脹能力有所提高，且隨著納米乳液比例的增加，抑制性增強。加入3%納米乳液，8 h的膨脹量為4.34 mm，較聚合物鉆井液降低26%。

圖1 不同鉆井液濾液中粘土膨脹高度隨時間的變化

（2）石蠟納米乳液對頁巖分散的抑制性試驗：將頁巖粉碎后，過10～20目篩。稱取20 g過篩后的頁巖（mL），置于盛有所配鉆井液的耐壓老化罐中，密封后放置于6H-Ⅲ滾子爐烘箱中，在60℃下熱滾16 h。待自然冷卻后，將老化罐中的頁巖過40目篩。再將所得篩上的頁巖干燥、稱重（m2）。頁巖回收率=（m2/m1）×100%。不同鉆井液的巖屑回收率（見表2、圖2）。

表2 巖屑回收率實驗

表1 加入納米乳液前后的常規分析實驗

由表2可知，巖屑在清水中熱滾后的巖屑回收率僅為10.8%，表明該地層易于水化分散，易發生井壁失穩。相同條件下，將1%～3%的納米乳液加入聚合物鉆井液體系后，巖屑回收率均有明顯提高，且巖屑形狀顏色均發生較小變化，表明加入納米乳液后的鉆井液對所鉆地層有較強的抑制水化分散能力。其中，加入3%的納米乳液巖屑回收率最高為73.7，較清水提高62.9%，表明隨著納米乳液加量增大，鉆井液的抑制性提高。

2.3 潤滑性評價

60℃溫度下分別用極壓潤滑儀測定加入石蠟納米乳液的鉆井液性能（見表3、圖3）。

表3 潤滑系數測定表

表3結果表明，粘附系數與鉆井液的濾失量具有對應的關系，濾失量大時，形成的泥餅較厚，粘附系數也相應的增加。加入石蠟納米乳液后鉆井液的造壁性、潤滑性均明顯改善，與聚合物鉆井液比，加入3%納米乳液后，粘附系數從0.18降低至0.03，降低83.3%；潤滑系數從0.23降低至0.04，降低82.6%。說明石蠟納米乳液具有良好的潤滑性，有利于提高鉆速及延長鉆具壽命。

2.4 石蠟納米乳液的油氣層保護效果評價

取低滲透率的天然巖心，用巖芯流動試驗儀測定加入石蠟乳液前后鉆井液體系的滲透率恢復值，對比評價保護油氣層效果，結果（見表4、圖4）。

表4 滲透率恢復評價

四塊樣品在加入聚合物鉆井液和石蠟納米乳液聚合物鉆井液體系后，從實驗結果上看，聚合物鉆井液的滲透率恢復值為68.0%，而加入3%石蠟乳液后，滲透率恢復值達到80.8%，明顯地高于聚合物鉆井液，保護油層效果好。

3 環境影響評價

用石蠟納米乳液取代原油加入鉆井液中，不僅可以降低潤滑系數，同時也降低了環境污染。對石蠟納米乳液鉆井液進行環境影響實驗。采用發光細菌法對新型鉆井完井液體系進行了毒性測定，以EC50（相對發光率為50%時被測物的濃度）為評價指標。測定結果EC50大于105，大于允許的排放標準（EC50＞30000 mg/L），說明該體系無毒。

4 現場應用

4.1 現場施工方案

2011年完成了石蠟納米乳液在延長油田杏子川采油廠化317-9井和化317-10井，以及吳起采油廠旗勝49-496井、旗勝49-538井和旗勝49-497井，共五口生產井的現場試驗，施工過程非常順利。五口井的施工方案（見表5）。

表5 現場施工方案

以化317-9井和化317-10井的現場施工為例：

（1）針對直羅組和富縣組地層的垮塌和擴徑問題，進入直羅組地層之前（380 m），在現場聚合物鉆井液體系中加入2 t（約3%）納米乳液，控制失水量，加強抑制性，降低摩阻。

（2）長2油層（1070 m）在鉆井過程中有油氣顯示，但沒有產量，加入1 t納米乳液作為油層保護劑，利用納米乳液粒徑小、封堵性好，并且易返排的特性保護油層。

（3）針對長 6主力油層（1410 m），加入 2 t納米乳液作為油層保護劑，重點保護主力油層。

4.2 現場應用效果分析

現場鉆井液加入石蠟納米乳液后發現，石蠟納米乳液作為鉆完井液的一種主要處理劑在延長油田的現場應用，不僅改善了原鉆井液的抑制性、潤滑性，減少了井下復雜事故，提高了機械鉆速，而且試驗井的日產油也有所增加。5口定向井的應用結果表明，該鉆井液具有較強的抑制粘土水化膨脹和分散的能力，儲層損害半徑小，滲透率恢復率大于80%，日產油量提高2～3倍，具有良好的儲層保護效果，適用于延長油田強水敏低孔低滲井的儲層保護。5口井鉆井和完井作業順利，與鄰近定向井相比，鉆井周期平均縮短2天12 h，平均機械鉆速提高16%，取得了良好的節能減排和提優提速鉆井效果，具有較好的經濟效益和社會效益。目前，石蠟納米乳液鉆井液在延長油田得到了進一步的推廣應用。

5 結論

（1）石蠟納米乳液與現場使用的聚合物鉆井液體系配伍性較好。加入納米乳液對鉆井液的密度、pH值基本不影響，而在降低濾失量、減小摩阻、保護儲層方面效果明顯。

（2）石蠟納米乳液鉆井液體系具有很好地潤滑防卡和井壁穩定性，能夠明顯提高機械鉆速，減少井下復雜事故，提高產油量，且環保效果良好。

（3）石蠟納米乳液鉆井液體系在延長油田中東部杏子川采油廠與西部吳起采油廠現場成功應用，表明納米乳液鉆井液在延長東西部地層均適用。

[1] P.Fernandez,V.André,J.Rieger,A.Kühnle,Nanoemulsion formation by emulsion phase inversion,Colloids Surf.A，2004，251：53-58.

[2] 金娜，王志龍，朱春玲，朱金南，王佩平.納米乳液在低滲透油層保護中的應用研究[J] .長江大學學報（自然科學版），2011，8（8）：60-62

[3] 陳軍，王學軍，高遠鵬，張潔.石蠟納米乳液鉆井液技術在水平井中的應用[J] .鉆井液與完井液，2010，27（4）：87-89.

Application of Nano-wax emulsion environmental protection drilling fluid in YanChang low permeability oilfield

LI Hongmei1，LI Wei1，YU Xiaolong1，ZHAO Yi1，WU Qian1，HE Zhong2
（1.Research Institute of YanChang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Xi’an Shanxi 710075，China；2.Reseach Institute of Engineering and Technology，Northwest Oilfield Company，Urumqi Xinjiang 830000，China）

Nano-wax emulsion has good compatibility with polymer drilling fluid used in YanChang low permeability reservoir.It could improve the rheological characteristic,and reduce the filtration loss.It has obvious lubricating effect and clay hydration and dispersion inhibition ability.It could reduce the core damage and protect the reservoir.Nano-wax emulsion has been successfully applied in 5 wells in Yanchang oilfield.Results showed that,adding nano-wax emulsion,wellhore was stable,tripping was unblocked,electrical measurement and casing worked smoothly,oil production improved,and environmental was protected.Nano-wax emulsion was suitable for YanChang oil field directional wells,and the application should be spread.

nano-wax emulsion；low permeability reservoir；polymer drilling fluid

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.010

TE357.12

A

1673－5285（2012）11－0037－04

2012－06－07

2012－08－16

李紅梅（1981－），工程師，2010年畢業于中國石油大學（北京）油氣井工程專業，現在陜西延長石油集團研究院從事鉆井工藝及油氣層保護技術研究工作。