一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法及装置与流程

1.本发明涉及石油钻井技术领域，特别是涉及一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法及装置。


背景技术：

2.在石油天然气钻井施工中，泥页岩地层井壁失稳问题是首要解决的问题，确保钻井液具有良好的封堵性能是保证井壁稳定的主要因素之一，而纳米封堵剂是封堵页岩地层纳米级孔隙和微裂缝的关键钻井液材料，但目前对于如何准确评价纳米封堵剂封堵性能还没有一个统一的技术标准。
3.目前，关于纳米封堵剂评价方法有高温高压砂床、渗透性封堵(ppt)、高温高压滤失量以及泥饼封堵评价方法。这些评价方法的缺点或不足如下：
①
高温高压砂床、渗透性封堵(ppt)、高温高压滤失量评价方法所采用的介质，由于孔隙较大，属于微米级，导致纳米颗粒直接通过，未在泥饼的形成过程中起到封堵作用，不能表征纳米封堵剂的封堵效果；
②
泥饼封堵评价方法虽然可以通过改变基浆配方调整泥饼的孔隙，使其适合纳米颗粒的大小，以便于评价纳米材料封堵性能，但由于泥饼很软、容易变形，导致该方法对操作精细化要求高、实验重现性较差。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于，提供一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法及装置，所要解决的技术问题是使纳米封堵剂封堵性评价便于操作、实验重现性好。
5.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其包括以下步骤：
6.测定纳米封堵剂的粒径分布范围；
7.根据纳米封堵剂的性质选择基液，混匀，得到封堵液；
8.选用纳米滤膜分别测试基液及封堵液的滤失时间、滤失量；
9.根据基液、封堵液的滤失时间和滤失量评价纳米封堵剂。
10.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
11.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述测定纳米封堵剂的粒径分布范围，具体包括：
12.通过激光纳米粒度分析仪测定所要评价的纳米封堵剂的粒径分布范围，其d90数值应《1000nm。
13.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述测定纳米封堵剂的粒径分布范围，还包括：
14.所述的纳米封堵剂的粒径分布范围采用纳米激光粒度分析仪进行分析，读取d90数值。
15.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述根据纳米封堵剂的性
质选择基液，具体包括：
16.若所述纳米封堵剂是油溶性的，则所述基液为白油；
17.若所述纳米封堵剂是水溶性的，则所述基液为去离子水。
18.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述白油为轻质白油w1-90、w1-100或w1-110。
19.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述混匀具体包括：以质量体积比计，在基液中加入2-3％纳米封堵剂，于10000-12000r/min下高速搅拌，使纳米封堵剂均匀分散。
20.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述纳米滤膜为耐强酸耐碱聚四氟乙烯微孔滤膜，根据基液性质选择亲水或疏水滤膜。
21.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中若所述基液为白油时，所述纳米滤膜为疏水滤膜；若所述基液为去离子水时，所述纳米滤膜为亲水滤膜。
22.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述分别测试基液及封堵液的滤失时间、滤失量，具体包括：
23.在高温高压失水仪中放入纳米滤膜，然后倒入基液，压力保持在1.5-3.0mpa下进行滤失实验，每隔1-3min记录一次滤失量，直到滤失量达到稳定且连续三次偏差在5％范围内。
24.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述根据基液、封堵液的滤失时间和滤失量评价纳米封堵剂，具体包括：
25.根据基液及封堵液的滤失时间、滤失量，分别计算出基液、封堵液的滤失速率，结合所施加的压力、白油粘度、滤膜厚度及面积，计算出基液、封堵液的滤膜渗透率，根据渗透率变化对纳米封堵剂的封堵效果进行评价。
26.优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述渗透率的计算公式如下：
[0027][0028]
式中：k—渗透率，md；
[0029]
vf—渗滤速度，cm3/s；
[0030]
μ—白油粘度，mpa.s；
[0031]
h—滤膜厚度，cm；
[0032]
a—滤膜渗滤面积，cm2；
[0033]
δp—滤失压差，mpa。
[0034]
优选的，前述的钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其中所述封堵效果通过封堵率来表征，其计算公式为：
[0035][0036]
式中：k
封堵
—封堵率，单位为百分数(％)；
[0037]
k1—白油的滤膜渗透率，单位为md；
[0038]
k2—白油加封堵剂样品的滤膜渗透率，单位为md。
[0039]
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种钻井液用纳米封堵剂的评价装置，包括：
[0040]
第一测定单元，用于测定纳米封堵剂的粒径分布范围；
[0041]
第一获取单元，用于根据纳米封堵剂的性质选择基液，混匀，得到封堵液；
[0042]
第二测定单元，用于分别测试基液及封堵液的滤失时间、滤失量；
[0043]
评价单元，用于根据基液、封堵液的滤失时间和滤失量评价纳米封堵剂。
[0044]
借由上述技术方案，本发明提出的钻井液用纳米封堵剂的评价方法及装置至少具有下列优点：
[0045]
本发明提出的钻井液用纳米封堵剂的评价方法及装置，采用钻井液高温高压滤失仪作为实验仪器，使用纳米滤膜替换高温高压滤纸，通过分别测定基液和基液中加入纳米封堵剂配制的封堵液对纳米滤膜渗透性能的变化情况，来评价纳米封堵剂的封堵效果。
[0046]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0047]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0048]
图1示出了本发明提出的一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法的流程图；
[0049]
图2示出了本发明提出的另一种钻井液用纳米封堵剂的评价装置的组成框图。
具体实施方式
[0050]
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法及装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
[0051]
如图1所示，本发明提供了一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法，其包括以下步骤：
[0052]
步骤s101、测定纳米封堵剂的粒径分布范围；
[0053]
该步骤具体包括：通过激光纳米粒度分析仪测定所要评价的纳米封堵剂的粒径分布范围，并对该粒径分布范围进行分析，读取d90数值，本实施例并不限定激光纳米粒度分析仪的具体类型，例如可以为激光纳米粒度分析仪kwt-n9或同类产品，其粒径分析范围为1nm-10000nm。在一些实施例中，所述纳米封堵剂选自安东石油公司的纳米封堵剂swf02，该封堵剂是油溶性的。另要求d90数值《1000nm是确保所评价材料是纳米材料。所述纳米封堵剂swf02，以重量份数计包括：白油：500份；石墨烯：5份；改性剂(正十二烷基三乙氧基硅烷)：5份；纳米碳酸钙：300份；纳米二氧化硅：30份；稳定剂(硬脂酸钙)：20份。
[0054]
步骤s102、根据纳米封堵剂的性质选择基液，混匀，得到封堵液；
[0055]
具体的，该步骤包括：若所述纳米封堵剂是油溶性的，则所述基液选择白油；若所
述纳米封堵剂是水溶性的，则所述基液选择去离子水。上述的“油溶性”指的是在油中能均匀分散。上述的“水溶性”指的是在水中能均匀分散。
[0056]
进一步的，所述白油可以为轻质白油w1-90、w1-100或w1-110，其均满足标准nb/sh/t0913-2015中的性能要求。
[0057]
此外，所述混匀具体包括：在基液中加入2-3％(质量体积比，以基液的体积为基准)纳米封堵剂，于10000-12000r/min下高速搅拌，使纳米封堵剂均匀分散。
[0058]
步骤s103、选取纳米滤膜并分别测试基液及封堵液的滤失时间、滤失量；
[0059]
该步骤具体包括：在高温高压失水仪中放入纳米滤膜，然后倒入基液，压力保持在1.5-3.0mpa(可以根据实验需要调整压力大小)下进行滤失实验，每隔1-3min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内。
[0060]
在一些实施例中，若所述基液为白油时，所述纳米滤膜选择疏水滤膜；若所述基液为去离子水时，所述纳米滤膜选择亲水滤膜。例如，所述纳米滤膜可以为耐强酸耐碱聚四氟乙烯微孔滤膜，其直径为63.5-65mm，孔径为100-900nm，滤膜厚度为0.15-2mm。更具体的，所述滤膜的直径为65mm，孔径为900nm，滤膜厚度为2mm。
[0061]
步骤s104、根据基液、封堵液的滤失时间和滤失量评价纳米封堵剂；
[0062]
具体的，该步骤包括：根据基液、封堵液的滤失时间、滤失量(直接读数即可)，通过滤失量除以滤失时间分别计算出基液、封堵液的滤失速率，结合所施加的压力、白油粘度、滤膜厚度及面积，计算出基液、封堵液的滤膜渗透率，根据渗透率变化对纳米封堵剂的封堵效果进行评价。
[0063]
进一步的，所述渗透率的计算公式如下：
[0064][0065]
式中：k—渗透率，md；
[0066]
vf—渗滤速度，cm3/s；
[0067]
μ—白油粘度，mpa.s；
[0068]
h—滤膜厚度，cm；
[0069]
a—滤膜渗滤面积，cm2；
[0070]
δp—滤失压差，mpa。
[0071]
更具体地，所述封堵效果通过封堵率来表征，其计算公式为：
[0072][0073]
式中：k
封堵
—封堵率，单位为百分数(％)；
[0074]
k1—白油的滤膜渗透率，单位为md；
[0075]
k2—白油加封堵剂样品的滤膜渗透率，单位为md。
[0076]
进一步的，作为对上述图1与所示方法的实现，本发明实施例提供了一种钻井液用纳米封堵剂的评价装置，采用钻井液高温高压滤失仪作为实验仪器，使用纳米滤膜替换高温高压滤纸，通过分别测定基液和基液中加入纳米封堵剂配制的封堵液对纳米滤膜渗透性能的变化情况，来评价纳米封堵剂的封堵效果。为便于阅读，本装置的实施方式的各功能单元可实现各自功能的过程，不再对前述方法实施方式中的细节内容进行逐一赘述，但应当
明确，本实施例中的装置能够对应实现前述方法实施例中的全部内容。该装置如图2所示，具体包括：
[0077]
第一测定单元10，用于测定纳米封堵剂的粒径分布范围；进一步地，所述第一测定单元10可以为激光纳米粒度分析仪kwt-n9或同类产品，其粒径分析范围为1nm-10000nm。
[0078]
第一获取单元20，用于根据纳米封堵剂的性质选择基液，混匀，得到封堵液；
[0079]
第二测定单元30，用于分别测试基液及封堵液的滤失时间、滤失量；
[0080]
评价单元40，用于根据基液、封堵液的滤失时间和滤失量评价纳米封堵剂。
[0081]
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。以下实施例中的材料或试剂，若非特别说明，均为市售。
[0082]
实施例1：
[0083]
本实施例提供了一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法，包括以下步骤：
[0084]
1)采用纳米激光粒度分析仪对纳米封堵剂swf-01进行粒径分析，d90数值856nm《1000nm，粒径分布范围满足小于1000nm的要求；
[0085]
2)评价基液的选择：纳米封堵剂swf-01是油溶性的，选择轻质白油w1-100为基液；
[0086]
3)封堵液配制：在10000r/min的高速搅拌条件下，于350ml基液中加入2％(质量体积比，以基液的体积为基准)纳米封堵剂swf-01，确保纳米封堵剂均匀分散。
[0087]
4)在高温高压失水仪中放入滤膜孔径为100nm的纳米滤膜，然后倒入基液，压力保持在1.5mpa下进行滤失实验，每隔2min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内；
[0088]
5)将基液替换为封堵液，压力保持在1.5mpa下进行滤失实验，每隔2min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内；
[0089]
6)根据基液及封堵液的滤失时间、滤失量，分别计算出基液、封堵液的滤失速率，结合所施加的压力、白油粘度、滤膜厚度及面积，计算出基液、封堵液的滤膜渗透率，根据渗透率变化计算封堵率。
[0090]
7)替换滤膜孔径为220nm、450nm的纳米滤膜，按照步骤3)至6)分别评价封堵效果。
[0091]
对实施例1所选取的纳米封堵剂进行滤膜封堵性评价实验，实验结果见表1。
[0092]
表1 swf-01滤膜封堵性的评价实验数据
[0093][0094][0095]
从表1的数据可以看出，白油中加入2％(质量体积比，以白油的体积为基准)的纳
米封堵剂swf-01后，滤膜滤失速率大幅度降低，可以大幅度提升对纳米滤膜的封堵能力：对100nm、220nm、450nm的滤膜，封堵率均能达98％以上。
[0096]
实施例2：
[0097]
本实施例提供了一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法，包括以下步骤：
[0098]
1)采用纳米激光粒度分析仪对纳米封堵剂swf-02进行粒径分析，d90数值618nm《1000nm，粒径分布范围满足小于1000nm的要求；
[0099]
2)评价基液的选择：纳米封堵剂swf-02是油溶性的，选择轻质白油w1-100为基液；
[0100]
3)封堵液配制：在10000r/min的高速搅拌条件下，在350ml基液中加入2％(质量体积比，以基液的体积为基准)纳米封堵剂swf-02，确保纳米封堵剂均匀分散。
[0101]
4)在高温高压失水仪中放入滤膜孔径为100nm纳米滤膜，然后倒入基液，压力保持在1.5mpa下进行滤失实验，每隔2min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内；
[0102]
5)将基液替换为封堵液，压力保持在3.5mpa下进行滤失实验，每隔2min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内；
[0103]
6)根据基液及封堵液的滤失时间、滤失量，分别计算出基液、封堵液的滤失速率，结合所施加的压力、白油粘度、滤膜厚度及面积，计算出基液、封堵液的滤膜渗透率，根据渗透率变化计算封堵率。
[0104]
7)替换滤膜孔径为220nm、450nm的纳米滤膜，按照步骤3)至6)分别评价封堵效果。
[0105]
对实施例2所选取的纳米封堵剂进行滤膜封堵性评价实验，实验结果见表2。
[0106]
表2 swf-02滤膜封堵性的评价实验数据
[0107][0108]
从表2的数据可以看出，白油中加入2％(质量体积比，以白油的体积为基准)的纳米封堵剂swf-02后，滤膜滤失速率大幅度降低，可以大幅度提升对纳米滤膜的封堵能力：对100nm、450nm的滤膜，封堵率均能达98％以上；对220nm的滤膜，封堵率能达99％以上。
[0109]
实施例3：
[0110]
本实施例提供了一种钻井液用纳米封堵剂的评价方法，包括以下步骤：
[0111]
1)采用纳米激光粒度分析仪对纳米封堵剂swf-03进行粒径分析，d90数值523nm《1000nm，粒径分布范围满足小于1000nm的要求；
[0112]
2)评价基液的选择：纳米封堵剂swf-03是油溶性的，选择轻质白油w1-100为基液；
[0113]
3)封堵液配制：在10000r/min的高速搅拌条件下，在350ml基液中加入2％(质量体积比，以基液的体积为基准)的纳米封堵剂swf-03，确保纳米封堵剂均匀分散。
[0114]
4)在高温高压失水仪中放入滤膜孔径为100nm纳米滤膜，然后倒入基液，压力保持在1.5mpa下进行滤失实验，每隔2min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内；
[0115]
5)将基液替换为封堵液，压力保持在3.5mpa下进行滤失实验，每隔2min记录一次滤失量，直到滤失量趋于稳定且连续三次偏差在5％范围内；
[0116]
6)根据基液、封堵液的滤失时间、滤失量，分别计算出基液、封堵液的滤失速率，结合所施加的压力、白油粘度、滤膜厚度及面积，计算出基液、封堵液的滤膜渗透率，根据渗透率变化计算封堵率。
[0117]
7)替换滤膜孔径为220nm、450nm的纳米滤膜，按照步骤3)至6)分别评价封堵效果。
[0118]
对实施例3所选取的纳米封堵剂进行滤膜封堵性评价实验，实验结果见表3。
[0119]
表3 swf-03滤膜封堵性的评价实验数据
[0120][0121]
从表3的数据可以看出，白油中加入2％(质量体积比，以白油的体积为基准)的纳米封堵剂swf-02后，滤膜滤失速率大幅度降低，可以大幅度提升对纳米滤膜的封堵能力：对100nm的滤膜，封堵率能达98％以上；对220nm、450nm的滤膜，封堵率能达99％以上。
[0122]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0123]
可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
[0124]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0125]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0126]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。