无机纳米材料DNF在喇区调整井中的应用——吕 斌(完井技术研究所).doc

无机纳米材料DNF在喇区调整井中的应用 X荧光光谱仪(XRF)、XRD)和扫描电镜(SEM)对水化产物的化学组成及微观形貌进行了研究。现场试验结果表明，固井质量得到明显改善。 关键词 喇嘛甸 调整井 固井质量 纳米材料 1前言 喇嘛甸油田位于大庆长垣最北端，由于接近沉积物源，储层的颗粒粗大、孔隙度大、渗透性高，萨尔图、葡萄花油层大面积发育高渗透油层，高渗主力油层地层压力系数在0.70.8之间，渗透率为400-1500毫达西长期注水开发，地层综合含水高达94%地下流体处于动态环境中对调整井固井质量造成极大影响。200年，喇嘛甸油田延时声变测井优质率仅为8%，，完井技术研究所的科研人员通过与管胶结地层流体与接触后通过“淋滤作用”将Ca(OH)2溶蚀带走，地层流体含SO42-、HCO3-、Cl-等离子与发生反应，生成或无胶结性能的固相，如碳酸氢钙、碳酸钙、氢氧化镁等，破坏水泥石界面。，降低水泥环界面Ca(OH)2含量增大硅钙比(Si/Ca)，改善水泥石致密性、渗透性、耐腐蚀性，提高界面胶结强度应着眼于对界面处水化产物和微观结构的优化。DNF改善了水泥的堆积密度、有效填充并减少了水泥浆硬化体中的微小孔隙，降低了水泥水化过程中界面处的Ca(OH)2含量，调节了水化产物的类型和三[3]。现场试验结果显示，掺杂DNF后喇区调整井固井质量明显改善。 2 DNF的特性及作用机理 2.1 DNF的特性 以往纳米材料的制备主要采用气相沉积法(CVD)、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法等化学方法，工艺复杂、成本极高；加之纳米材料自身表面能大、易团聚、掺混困难的特性，限制了其在油井水泥领域的研究和应用。 多功能无机纳米材料DNF是将沸石粒径m，主要化学成份为SiO2DNF颗粒的内能和表面能，使得颗粒比表面积和比表面能增大、化学活性提高。为解决纳米材料掺混困难、流动性差的难题，在研磨过程中添加了其它化学组分，并通过表面改性对DNF该产品无毒、无害、无污染PH值7.1结石强度高具有良好的胶结性，浆液稳定性良好，在压力作用下不会产生离析和收缩H值2.2酸值14碱侵蚀。2.2 DNF的作用机理 DNF是经过表面改性的无机纳米材料，既具有纳米材料粒径小、表面能大、化学活性高的本质属性，又克服了传统纳米材料容易团聚、分散及流动性不佳的缺陷。掺混后，DNF颗粒不但可以有效填充在水泥的孔隙中，提高水泥石的密实度；还可依靠与水泥颗粒粒径上的差异，改善胶凝材料系统的粒径分布，使系统的颗粒堆积更紧密、更合理，起到调节级配的作用，降低水泥石的缺陷。 DNF中活性的纳米SiO2表面活性原子较多、反应活性较高，能够加快水泥水化速度、提高水泥水化需水量，使游离水变成其结合水，在源头上降低界面裂缝产生的几率[4]。在提高Si/Ca的同时，SiO2还能与易被溶蚀的Ca(OH)2反应，纳米硅酸盐具有较强的吸附能力硅酸盐内部硅氧链除了在孔隙内发生物理外固结壁面的作用粒径小于粘土颗粒能进入滤饼固结颗粒起到固化界面虚滤饼和改善界面胶结性能的作用。 3 室API失水 ml (38℃×6.9MPa) 流动度 cm Al2O3 20-30 3 1.90 832 17 DNF 50-80 25 1.90 72 27 由上表可知，多功能无机纳米添加剂——DNF对水泥原浆改性效果明显，掺混后体系流动度好、失水量小，符合调整井固井施工的基本需要，故选择该无机纳米材料作进一步研究。 3.1.2 DNF加量的确定 在保证固井施工正常进行的前提下，选择适宜的加量对节约资源、降低成本具有重要的意义。本文通过对不同DNF加量下水泥浆流动性能、抗压强度、静失水和游离液数据的考察，确定了体系的最佳配比。 表2流动度及抗压强度实验结果 水泥浆体系 密度 g/cm3 水灰比 (W/C) 流动度 cm 抗压强度 MPa (45℃×常压) 15.6 20 24.9 大连G+5%DNF 1.90 0.445 23 19.4 24.4 -- 大连G+10%DNF 1.90 0.460 27 22.1 34 56 大连G+15%DNF 1.90 0.465 27 22.5 35.6 -- 大连G+20%DNF 1.90 0.475 27 25.2 36.8 -- 大连G+25%DNF 1.90 0.485 27 25.7 38.2 -- 水泥浆的可泵性取决于其流动度的大小，它是水泥浆作业性能的关键因素。由表2可知，G级原浆的流动度为23cm，DNF加量达到10 wt%后该数值便提高到27 cm。 养护龄期24h时，水泥石的抗压强度随DNF添加量的增加而增大：G级原浆的抗压强度仅为15.6 MPa；DNF加量为10wt％时，达到22.1 MPa，提高了37.4％；当DNF加量为最大值25 wt％时