纳米乳化石蜡钻井液在延长低渗油田的应用

李红梅 ，李 伟 ，于小龙 ，赵 毅 ，武 骞 ，何 仲

（1.延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.中石化西北油田分公司工程技术研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

纳米乳化石蜡钻井液在延长低渗油田的应用

李红梅1，李 伟1，于小龙1，赵 毅1，武 骞1，何 仲2

（1.延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.中石化西北油田分公司工程技术研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

石蜡纳米乳液与延长低渗油藏常用聚合物钻井液体系有良好的配伍性，可改善体系的流变性，降低滤失量，具有明显的润滑效果和抑制粘土水化膨胀与分散的能力，对岩心损害程度低，油层保护效果好。石蜡纳米乳液在延长油田成功进行了5口井现场试验，结果证明，加入石蜡纳米乳液后，井壁无坍塌，起下钻畅通，完井电测及下套管作业顺利，钻井时效提高，油气产量高，环保效果好。石蜡纳米乳液钻井液适用于延长油田定向井的钻井施工，可在延长油田推广使用。

石蜡纳米乳液；低渗油藏；聚合物钻井液

延安组与延长组是延长油藏两个重点油层组，都属于低孔超低渗油层，在钻井的过程中易出现井壁垮塌、井漏现象，对钻井质量及钻井周期有较大影响。延长低渗油层目前使用的主要是聚合物钻井液体系，随着延长油田定向井，尤其是水平井数量的增加，对钻井液提出更高的要求，摩阻控制、井眼净化、井壁稳定、防漏堵漏及保护储层五个方面的问题更为突出。预计通过加入石蜡纳米乳液使钻井液流变性、抑制性、润滑性和油层保护性能得以提高，石蜡纳米乳液的先导现场试验也将提高延长定向井的开发效益。

1 石蜡纳米乳液性能简述

本研究所用的石蜡纳米乳液是以非离子表面活性剂和石蜡等为主要原料，以低能乳化法制得的胶体体系[1]，平均粒径在 100～200 nm，流动性好，在水中易分散。研究表明，石蜡纳米乳液有以下几方面性能：（1）具有纳米级材料热稳定性好的特性，可以改善钻完井液的总体稳定性[2]；（2）乳液中含有石蜡，润滑性好，可降低钻具磨损，防止卡钻等事故；（3）自由水含量低，有利于提高井壁稳定性，防止坍塌与漏失；（4）纳米粒子参与泥饼形成，可提高泥饼致密性，改善泥饼厚度，有效阻止钻完井液中的固相颗粒和滤液进入地层深部[3]，起到保护油气层的作用。

2 室内评价实验

2.1 配伍性评价

1#为按现场聚合物钻井液配方配制的钻井液，配方为：2%～3%膨润土+0.1%～0.2%KPAM+0.1%～0.2%ZSC201+0.2%～0.3%SD-17w+0.2%～0.4%LV-CMC。将1%～3%石蜡纳米乳液加入聚合物钻井液体系中，常规分析实验结果（见表1）。

由表1可以看出，加入纳米乳液后，钻井液的密度、pH值没有变化，粘度、动切力稍有提高。加入3%纳米乳液，动塑比提高到0.38，满足了钻井液体系携带和悬浮岩屑的要求，中压、高压滤失量有较大的降低，有利于井壁稳定与储层保护。

2.2 抑制性评价

（1）石蜡纳米乳液对粘土膨胀的抑制性实验：用NP-02型页岩膨胀仪进行粘土膨胀试验。图1表明，加入石蜡纳米乳液后，钻井液抑制粘土膨胀能力有所提高，且随着纳米乳液比例的增加，抑制性增强。加入3%纳米乳液，8 h的膨胀量为4.34 mm，较聚合物钻井液降低26%。

图1 不同钻井液滤液中粘土膨胀高度随时间的变化

（2）石蜡纳米乳液对页岩分散的抑制性试验：将页岩粉碎后，过10～20目筛。称取20 g过筛后的页岩（mL），置于盛有所配钻井液的耐压老化罐中，密封后放置于6H-Ⅲ滚子炉烘箱中，在60℃下热滚16 h。待自然冷却后，将老化罐中的页岩过40目筛。再将所得筛上的页岩干燥、称重（m2）。页岩回收率=（m2/m1）×100%。不同钻井液的岩屑回收率（见表2、图2）。

表2 岩屑回收率实验

表1 加入纳米乳液前后的常规分析实验

由表2可知，岩屑在清水中热滚后的岩屑回收率仅为10.8%，表明该地层易于水化分散，易发生井壁失稳。相同条件下，将1%～3%的纳米乳液加入聚合物钻井液体系后，岩屑回收率均有明显提高，且岩屑形状颜色均发生较小变化，表明加入纳米乳液后的钻井液对所钻地层有较强的抑制水化分散能力。其中，加入3%的纳米乳液岩屑回收率最高为73.7，较清水提高62.9%，表明随着纳米乳液加量增大，钻井液的抑制性提高。

2.3 润滑性评价

60℃温度下分别用极压润滑仪测定加入石蜡纳米乳液的钻井液性能（见表3、图3）。

表3 润滑系数测定表

表3结果表明，粘附系数与钻井液的滤失量具有对应的关系，滤失量大时，形成的泥饼较厚，粘附系数也相应的增加。加入石蜡纳米乳液后钻井液的造壁性、润滑性均明显改善，与聚合物钻井液比，加入3%纳米乳液后，粘附系数从0.18降低至0.03，降低83.3%；润滑系数从0.23降低至0.04，降低82.6%。说明石蜡纳米乳液具有良好的润滑性，有利于提高钻速及延长钻具寿命。

2.4 石蜡纳米乳液的油气层保护效果评价

取低渗透率的天然岩心，用岩芯流动试验仪测定加入石蜡乳液前后钻井液体系的渗透率恢复值，对比评价保护油气层效果，结果（见表4、图4）。

表4 渗透率恢复评价

四块样品在加入聚合物钻井液和石蜡纳米乳液聚合物钻井液体系后，从实验结果上看，聚合物钻井液的渗透率恢复值为68.0%，而加入3%石蜡乳液后，渗透率恢复值达到80.8%，明显地高于聚合物钻井液，保护油层效果好。

3 环境影响评价

用石蜡纳米乳液取代原油加入钻井液中，不仅可以降低润滑系数，同时也降低了环境污染。对石蜡纳米乳液钻井液进行环境影响实验。采用发光细菌法对新型钻井完井液体系进行了毒性测定，以EC50（相对发光率为50%时被测物的浓度）为评价指标。测定结果EC50大于105，大于允许的排放标准（EC50＞30000 mg/L），说明该体系无毒。

4 现场应用

4.1 现场施工方案

2011年完成了石蜡纳米乳液在延长油田杏子川采油厂化317-9井和化317-10井，以及吴起采油厂旗胜49-496井、旗胜49-538井和旗胜49-497井，共五口生产井的现场试验，施工过程非常顺利。五口井的施工方案（见表5）。

表5 现场施工方案

以化317-9井和化317-10井的现场施工为例：

（1）针对直罗组和富县组地层的垮塌和扩径问题，进入直罗组地层之前（380 m），在现场聚合物钻井液体系中加入2 t（约3%）纳米乳液，控制失水量，加强抑制性，降低摩阻。

（2）长2油层（1070 m）在钻井过程中有油气显示，但没有产量，加入1 t纳米乳液作为油层保护剂，利用纳米乳液粒径小、封堵性好，并且易返排的特性保护油层。

（3）针对长 6主力油层（1410 m），加入 2 t纳米乳液作为油层保护剂，重点保护主力油层。

4.2 现场应用效果分析

现场钻井液加入石蜡纳米乳液后发现，石蜡纳米乳液作为钻完井液的一种主要处理剂在延长油田的现场应用，不仅改善了原钻井液的抑制性、润滑性，减少了井下复杂事故，提高了机械钻速，而且试验井的日产油也有所增加。5口定向井的应用结果表明，该钻井液具有较强的抑制粘土水化膨胀和分散的能力，储层损害半径小，渗透率恢复率大于80%，日产油量提高2～3倍，具有良好的储层保护效果，适用于延长油田强水敏低孔低渗井的储层保护。5口井钻井和完井作业顺利，与邻近定向井相比，钻井周期平均缩短2天12 h，平均机械钻速提高16%，取得了良好的节能减排和提优提速钻井效果，具有较好的经济效益和社会效益。目前，石蜡纳米乳液钻井液在延长油田得到了进一步的推广应用。

5 结论

（1）石蜡纳米乳液与现场使用的聚合物钻井液体系配伍性较好。加入纳米乳液对钻井液的密度、pH值基本不影响，而在降低滤失量、减小摩阻、保护储层方面效果明显。

（2）石蜡纳米乳液钻井液体系具有很好地润滑防卡和井壁稳定性，能够明显提高机械钻速，减少井下复杂事故，提高产油量，且环保效果良好。

（3）石蜡纳米乳液钻井液体系在延长油田中东部杏子川采油厂与西部吴起采油厂现场成功应用，表明纳米乳液钻井液在延长东西部地层均适用。

[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，王志龙，朱春玲，朱金南，王佩平.纳米乳液在低渗透油层保护中的应用研究[J] .长江大学学报（自然科学版），2011，8（8）：60-62

[3] 陈军，王学军，高远鹏，张洁.石蜡纳米乳液钻井液技术在水平井中的应用[J] .钻井液与完井液，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

李红梅（1981－），工程师，2010年毕业于中国石油大学（北京）油气井工程专业，现在陕西延长石油集团研究院从事钻井工艺及油气层保护技术研究工作。