<钻完井液>钻井液用纳米材料优选评价方法
本文摘要：（由ai生成）
纳米材料加入钻井液可提升封堵性、滤失量控制、流变性和抑制性。通过粒度测量、滤失量测试等方法，评估了纳米材料对钻井液性能的影响。实验包括岩心封堵、高温高压滤失等，证实纳米材料改善封堵效果。此外，还探讨了纳米材料对膨润土泥饼抑制性的影响，并通过红外和热分析表征了封堵材料的结构。这些研究为纳米材料在钻井液中的应用提供了科学依据，有望提高钻井效率和储层保护。
1.湖北汉科：
中压滤失量测试：基浆，350g蒸馏水+0.2%（0.7g）黄原胶XC+2.0g司盘-80作为基浆，再加入28g纳米乳液，测量中压滤失量。 基浆配方：2%土浆+0.3%NaOH+0.3%LV-PAC+0.3%PLH+2%SMP+2%FT-1+2%HLB+5%KCl+加重(重晶石)至1.30SG；加入2%纳米材料，采用滤失、纳米滤膜评价API和HTHP滤失量。 起泡性评价：基浆配方：2%阳原淡水土浆+0.2%NaOH+0.5%LV-PAC+0.2%HMP+0.1%XC+重晶石加重至1.2SG；高搅后测量0~10min内的体积变化。 2．丙烯酰胺-丙烯酸-AMPS 共聚纳米米复合材料合成及其暂堵封堵性，中国石油大学，林源 岩心封堵实验：选择合适的初始渗透率的岩心，饱和水，开启平流泵，调节注入速率为0.4 mL/min，向岩芯注入0.5PV水，观察注入压力变化直至平滑，记录此时的压力为P1，测定水相渗透率；取0.4wt.%Na2CO3和6wt.%Na-Mt分散于去离子水中，搅拌过夜，得到基础浆液，之后配置浓度为1500mg/L的纳米乳液，切换为纳米乳液储罐，继续以相同的注入速率向岩芯中注入上述配制的纳米乳液（2.5PV）；（5）然后，再次切换为水储罐，以同样速率注入水，记录此时的压力为P2，计算后续注水后，岩芯的水相渗透率K2。 高温高压滤失实验：取0.4wt.%Na2CO3和6wt.%Na-Mt分散于去离子水中，搅拌过夜，得到基础浆液，之后配置浓度为4mg/L的纳米乳液，测试高温高压滤失量。 3．褚军杰, 秦国宏, 时永会, 等. 具有核壳结构的纳米二氧化硅封堵材料的合成与性能评价[J]. 钻采工艺, 2018, 41(5): 95.通过FITR、TG、粒径分析等实验分析方法和手段，对纳米封堵材料NMFD－1的分子结构、热稳定性、粒径分布进行了分析； API与HTHP滤失量、流变性：4%膨润土浆中直接接入纳米材料180℃热滚16h后测试； 在8%土浆中加入3%SMP-3和3%HV-CMC，制备出渗透率与页岩储层岩石渗透率接近的泥饼。 5．张伟, 李文波, 项涛. 孔隙压力传递评价纳米材料封堵页岩效果[J]. 长江大学学报 (自科版): 中旬,2016, 13(3): 50-52.基浆配方：20kg/cm3膨润土＋３kg/cm3PAC-LV+1.5kg/cm3XC。试验分3步，试验过程中保持下端液体为4%NaCl盐水不变，只改变上端液体，具体试验步骤：第１步，上端液体为4%NaCl，保持上端压力为600psi，记录下端压力变化，待压力变化较为稳定后计算出页岩渗透率；第2步，上端液体变为基浆，保持上端压力为600psi，记录下端压力变化，待压力变化较为稳定后计算出页岩渗透率；第３步，上端液体改变为基浆＋３％纳米材料，保持上端压力为600psi，记录下端压力变化，待压力变化较为稳定后计算出页岩渗透率。 6． Cai J，Chenevert M E，SharmaM M，et al．Decreasing Water Invasion into Atoka Shale UsingNon-modified Silica Nanoparticles．SPE Drill & Compl，2012，27：103-112． 在清水或膨润土中加入10%纳米材料，测试页岩的渗透率降低率。 7．Abdo J，Haneef M D．Claynanoparticles modified drilling fluids for drilling of deep hydrocarbonwells[J]．Applied Clay Science，2013(86)：76-82． 膨润土基浆中加入1%~4%纳米材料，测试API和HTHP滤失量。 8．Ghasemi N，Mirzaee M，AghayariR，et al．Investigating Created Properties of NanoparticlesBased Drilling Mud．Heat Mass Transfer，2018(54)：1381–1393． 在油基钻井液中加入了0.05%金属类纳米材料，测试API滤失量。 9．Shama P，Mukarram B，Ravi S，et al．Effectof zinc titanate nanoparticles on rheological and filtration properties ofwater based drilling fluids[J]．Journal of Petroleum Science and Engineering，2018，170：844-857． 在基浆中加入0.3%金属类纳米材料，测试API滤失量。 10.Barry M M，Jung Y，Lee J K，et al．Fluidfiltration and rheological properties of nanoparticle additive and intercalatedclay hybrid bentonite drilling fluids[J]．Journal of PetroleumScience & Engineering，2015，127：338-346． 在膨润土基浆中加入0.5%纳米材料，测试API和高温高压滤失量。 11.Contreras O，Hareland G，HuseinM，et al．Application of In-House Prepared Nanoparticles asFiltration Control Additive to Reduce Formation Damage[C]．Societyof Petroleum Engineers，SPE-168116-MS，2014． 在油基钻井液中加入纳米材料，测试钻井液对陶瓷砂盘的封堵性能。 12.Sajjadian M，Sajjadian V A，RashidiA．Experimental evaluation of nanomaterials to improve drillingfluid properties of water-based muds HP/HT applications[J]．Journalof Petroleum Science and Engineering，2020，190：107006． 在膨润土基浆中加入0.5%纳米材料，测试API滤失量。 13.WU D，ZHAO C，XU Y，et al．ModulatingSolar Energy Harvesting on TiO2 Nanochannel Membranes by Plasmonic NanoparticleAssembly for Desalination of Contaminated Seawater[J]．ACSApplied Nano Materials，2020，3(11)：10895-10904． 在膨润土基浆中加入0.01%纳米苯乙烯，测试API和HTHP滤失量。 14.ZHAO，HAO-YU，HONG-WU，et al．AdvancedSorbents for Oil-Spill Cleanup：Recent Advances and Future Perspectives[J]．AdvMater，2016，28：10459-10490． 15.张婷, 白小东, 肖丁元, 等. 纳米材料在钻井液中的应用研究进展[J]. 钻采工艺, 2014, 37(2): 89-92.在3%膨润土浆中加入0%~5%的纳米材料，105℃热滚16h，测试流变性和HTHP滤失量。 钻井液基浆：3%膨润土+0.2%MMAP+3%SMP+1.5%SMC+2%SMT+2%SM1+2%RH220+0.5%DR-816.纳米封堵剂人造滤饼评价方法研究-IFEDC会议论文 使用普通重晶石和毫微重晶石，复配加高分子聚合物，让其分散成均匀悬浮体，在高压差作用下将其压实成一固定大小的滤饼，该滤饼可模拟地层的纳米、纳-微米孔隙，且可作为具有可重复性的模拟“人造岩心”，作为过滤介质。 测试方法：向含有滤饼的钻井液杯内加入100mL 蒸馏水，用玻璃棒引流，组装好钻井液杯，测定30min 室温高压（3.45MPa）滤失量，记为L1。称取20.0g（精确至0.01g）封堵剂试样加入到盛有180mL蒸馏水或白油的烧杯中，置于超声分散仪中分散15min，待用。取出的钻井液杯，打开无滤网的一端，将蒸馏水倒出，向钻井液杯内加入100mL配置好的试样溶液，用玻璃棒引流，组装好钻井液杯，测定30min 室温高压（3.45MPa）滤失量，记为L2。 17.晏军，于长海，梁冲，等. 纳米石蜡乳液封堵材料的合成与性能评价[J]. 钻井液与完井液，2018，35（2）：73-77.YAN Jun, YU Changhai, LIANG Chong, et al.Synthesisand evaluation of a nanophase wax emulsion plugging material[J]. Drilling Fluid& Completion Fluid，2018，35（2）：73-77.首先利用激光粒径仪测定不同浓度纳米石蜡乳液粒径分布，确定最优纳米石蜡乳液浓度。然后在配制的最优浓度纳米石蜡乳液中加入不同钻井液处理剂，充分混合以后再次测定混合溶液的粒径分布。选取粒径分布较小的溶液，利用近红外扫描仪，测试放置时间对纳米乳化石蜡分散稳定性的影响。 量取500mL水，加入质量分数为8%的膨润土，搅拌30min充分分散，同时加入膨润土质量6%的碳酸钠，作为制备评价泥饼的制饼浆，密封养护24h待用。将制饼浆倒入高温高压失水仪釜体内，在常温、3.5MPa条件下经过30min压制得到评价泥饼，记录滤失量，并按照达西公式计算出评价泥饼渗透率K0。不取出釜体内泥饼，直接倒出釜体内残留浆液，并用清水仔细清洗釜体和泥饼表面剩余浆液。向装有评价泥饼的釜体内注入质量分数为1%的封堵剂并测定30min滤失量，计算渗透率K1，根据泥饼渗透率变化评价封堵材料封堵效果。 18.王效坤, 李丽华, 杨超, 等. 钻井液用微孔喉封堵材料合成及性能研究[J]. Journal of Petrochemical Universities/ShiyouHuagong Gaodeng Xuexiao Xuebao, 2022, 35(2).基本结构表征：红外光谱仪、激光纤维拉曼光谱仪、利用核磁共振仪对封堵材料进行H-NMR谱的测定 粒度分布：将待测封堵材料稀释至接近透明后，经过超声震荡处理后，立刻测定封堵材料的粒径分布 油溶率测定：称取3.00g封堵材料，加入到100mL甲苯中，在50℃下搅拌溶解1h后以恒重滤纸趁热抽滤，用50℃的共30mL甲苯冲洗三次，将滤纸置于70℃的烘箱烘干至恒重，计算油溶率。 测量0.5%~2%含纳米材料的水溶液对膨润土泥饼的抑制性。 在经过水与1.5wt%封堵材料浸泡处理的膨润土经过50℃干燥处理处理后进行热重分析。 封堵材料对膨润土的作用机理不同于无机盐类作用于黏土晶层的内表面，而可能是通过与黏土表面发生多点位吸附作用吸附于黏土表面，进行对黏土矿物的抑制。 在经过水与1.5wt%封堵材料浸泡处理的膨润土，进行红外分析。 将膨润土与水按3：1 的比例进行混合，制成重量大约在6 g 的大小均一，表面光滑无裂痕的泥球。将泥球泡在质量浓度梯度的封堵材料中，隔天拍照记录泥球外貌。 将泥球浸泡于（1）选定质量浓度的封堵材料与质量浓度的氯化钠复配后的溶液中进行浸泡，以质量浓度的氯化钠作为对照组。隔天拍照记录泥球外貌。 按（1）方法制备泥球，后将泥球浸泡在质量浓度梯度的封堵材料中在120 ℃下浸泡5h，待罐体冷却后拍照。 120 ℃下老化5 h 条件下，将泥球于（3）选定质量浓度的封堵材料与质量浓度的氯化钠复配后的溶液中进行浸泡，以质量浓度的氯化钠作为对照组。拍照记录结果。 将泥球浸泡于（4）选定的复配体系中，以质量浓度的氯化钠作为对照组。后将泥球浸泡在复配体系中在100~130 ℃下浸泡5 h，待罐体冷却后拍照。 钻井液基浆配方：2%膨润土浆+1%纤维素类降滤失剂+2%低黏型降滤失剂+2%淀粉类降滤失剂+1%固相降滤失剂+0.5% 增黏型降滤失剂+3%QS-2(3000目)+1%KCl+0.3%NaOH+3%加重剂； 加入纳米材料，测试老化前后的流变性和API、HTHP滤失量，过滤介质为滤纸或纳米滤膜。 19.李林源，页岩纳-微米封堵剂评价方法及优选[D]，中国石油大学（北京） 纳微米封堵剂的评价方法主要分为两方面：一是对纳微米封堵剂自身结构性能进行初步研究，筛选出性能较好的纳微米封堵剂；二是将纳微米封堵剂置于钻井液体系中进行分析评价，研究封堵剂的实际封堵效果。 钻井液体系实验是评价纳微米封堵剂的重要内容，研究纳微米封堵剂对原有钻井液基础性能流变性、润滑性、分散性和稳定性等参数的影响，分析封堵剂的加入影响钻井液的程度，评价纳微米封堵剂对钻井液滤失量的影响。 基础浆配方1#：油水比85:15（3#白油：20%CaCl2 水溶液），4%主乳化剂，4%辅乳化剂，1.2%有机土，5%CaO，4%降滤失剂，重晶石，密度为1.9g/cm3。在基础浆的体系上，加入不同比例的纳微米封堵剂，用于评价其封堵性。 润滑性实验：对比加入纳微米封堵剂后钻井液体系润滑性的变化。 高温高压滤失实验：采用滤纸（3μm）、滤膜（200nm）、砂盘（3μm），评价加入纳微米封堵剂后钻井液体系前后的滤失量。 岩心驱替实验：将岩心饱和基浆后，开始进行基浆驱替实验；不断增加驱替入口端压力，观察突破压力，就散驱替渗透率；驱替完成后，在B罐装入钻井液体系，利用体系驱，注意观测突破压力和围压变化，计算体系驱替渗透率；体系驱替完成后，利用白油重复驱替，评价封堵情况和渗透率恢复情况。 20.罗米娜, 艾加伟, 陈馥, 等. 油基钻井液用纳米材料 CQ-NZC 的封堵性能评价[J]. 化工进展,2015, 34(5): 1395-1400.流变性：基浆：白油425mL、有机土3%、主乳化剂3%、辅乳化剂1%、润湿剂2%、生石灰2%、盐水（20% CaCl2）75mL，配制成油包水乳化钻井液基液500mLAPI、HTHP滤失量，泥饼质量：泥饼为API标准测定中压滤失滤饼，经过真空度0.05MPa、温度90℃下恒温烘干12h所得。 砂床实验：在不加滤纸的滤网上将180cm3的60～80目砂子倒入筒状可视的钻井液杯中，摇实铺平，再倒入250cm3的试样浆，将杯盖拧紧，接通气源，将压力调至0.69MPa，憋压5min后，打开放气阀，气源进入钻井液杯中，测量30min 的最大浸入深度。 砂芯漏斗实验：实验选用G1（孔径20～30μm）、G3（孔径4.5～9μm）、G5（孔径1.5～2.5μm）共3种规格的砂芯漏斗（滤板厚度为4.0mm）来模拟页岩地层微裂缝，抽滤压力为0.08MPa ，抽滤时间为30min。同时，用数码相机拍摄记录所有样品在滤板上的浸入情况。钻井液在不同规格的砂芯滤板的浸入情况及表面、截面的封堵情况，有利于人们从宏观上和微观上分析封堵剂的封堵效果和封堵机理。 
