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黄原胶分散的氧化铜和氧化锌纳米流体对水基钻井液导热、导电、高温高压下的流变性影响
发布时间:2015-3-25 15:22:12  作者:管理员  来源:本站  浏览次数:1327

要点:

纳米流体在石油和天然气工业中应对挑战。

应用氧化铜和氧化锌在黄原胶中的水基钻井液

建立了纳米流体增效的水基钻井液。

纳米流体水基钻井液(NWBM)提高了热传导和电导能力。

高温高压(HTHP)条件下,NWBM具有更好的流变性。

      过去的几十年中,人们对石油和天然气的需求急剧增加,但许多生产的油田已经逐渐采尽,勘探开发新的油田成为必然。新的油田往往面临复杂的储层环境,比如高温高压地层或者深海储层,因此钻井液的设计工作越来越具有挑战性。各种钻井液体系,比如水基钻井液、油基钻井液等,通过添加聚合物和粘土配制完成。油基钻井液具有极佳的润滑性,有利于井壁稳定,摩擦扭矩低,良好的滤失控制能力和泥饼质量,流变性便于清洗井眼以及高温稳定性;但缺点是价格昂贵,环境污染,清理问题,健康和安全问题,以及对储层产生不利的影响。于是基于环境因素,较多的研究针对水基钻井液进行。然而,水溶性聚合物在高温下的降解问题是目前水基钻井液面临的最大挑战。纳米流体或许能够解决一些问题,所谓纳米流体即纳米粒子的悬浮液,通过布朗运动达到稳定。固体的导热系数大于液体,通过加入纳米流体的方式,可以提高液体的导热性。

      发展纳米流体必须有一个合适的分散介质,此介质必须与油田化学品兼容。生物聚合物,如黄原胶(XG)和瓜尔胶(GG),通常应用在石油和天然气行业作为流变改性剂、乳化稳定剂、失水控制剂。XG具有独特的流变特性,如高的低俗剪切粘度和很强的剪切稀释性,这是由于僵硬的聚合物链形成了一个复杂的网状结构。研究证明,纳米氧化铁、氧化铜、氧化锌等纳米粒子可以分散在黄原胶中形成稳定的纳米流体,向水中添加稳定的纳米流体,有利于钻井液中纳米粒子的均匀分散。选用的纳米氧化铜和氧化锌粒径小于50纳米,按照0.1%,0.3%,0.5%质量百分比加入含有0.4%质量分数的黄原胶水溶液中,通过25KHz的超声分散1小时制备纳米流体。制得的纳米流体按照1%的加量加入水基钻井液中,同时加入5%的预水化钠土,0.4%黄原胶控制流变,0.1%的甲醛杀菌,0.01%的氢氧化钾调节pH至9-9.5,5%氯化钾作为抑制剂,0.5%聚阴离子纤维素作为降滤失剂。研究纳米流体对WBM的热和电性质的的影响,并研究在不同温度(25、70、90和110 ℃)和压力(0.1 MPa和10 MPa)的流变性。

      结果与讨论:加入纳米流体后,钻井液的导热和导电性能提高了大约35%,且导热和导电能力随着加入的纳米流体量增加而增加;CuO比ZnO纳米流体具有更好的导热性和抗高温高压能力;压力对纳米流体钻井液的影响比温度要大,高温下,纳米流体有助于稳定水基钻井液的粘度;通过流变参数拟合,赫歇尔巴尔克利模型与纳米钻井液流变性拟合程度最佳,可用于指导纳米钻井液的进一步设计。

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