差不多在20年前Impact Solutions Group公司在北美最先引入所謂超低侵入的水基鉆井液(Ultralow-Invasion Fluid)，他們沒敢說是“非滲透”或“零濾失”鉆井液。但是，這項(xiàng)技術(shù)來到國內(nèi)，不知何故就以所謂“非滲透”，“零濾失”之名開始在國內(nèi)流行和被仿制了一段時間。從今天的技術(shù)角度來看，當(dāng)時的所謂“非滲透”或“零濾失”鉆井液，在技術(shù)上是缺乏說服力的。然而，過去十年北美開發(fā)的一些新材料，也許真的有可能將水基鉆井液技術(shù)帶入“零濾失”的時代啦。本文介紹的技術(shù)，可能就是一個開端。我們還會在今后披露更加令人吃驚的“零濾失”鉆井液技術(shù)。

“零濾失”鉆井液真的來啦？

技術(shù)挑戰(zhàn)

   鉆井液侵入滲透性地層會在建井過程中導(dǎo)致一系列不良影響。這些影響包括地層不穩(wěn)定、地層傷害和壓差卡鉆，可能導(dǎo)致油氣產(chǎn)量的降低或非生產(chǎn)時間 (NPT)的增加。這些問題在水基鉆井液中尤其嚴(yán)重，水基鉆井液的濾失控制往往比油基鉆井液更加困難。

已有的技術(shù)

   包括粘土礦物和聚合物在內(nèi)的各種添加劑已被廣泛用于降低水基鉆井液的濾失量。通常會添加額外的材料（例如乳膠聚合物分散體）作為封堵劑，以進(jìn)一步減少鉆井液濾失。這些封堵劑的主要作用是減少瞬時濾失(spurt loss)，這是在形成足夠的濾餅并建立穩(wěn)態(tài)濾失行為之前的濾失量。盡管應(yīng)用了這些產(chǎn)品組合，但仍然需要改進(jìn)產(chǎn)品，特別是在溫度更高和滲透率更大的地層中。

新型雜化的有機(jī)/無機(jī)納米粒子（HNP）濾失控制添加劑

在本文中，我們報道了一種新型雜化的有機(jī)/無機(jī)納米粒子（HNP）濾失控制添加劑，它可以顯著減少濾失量，并且顯著地提供無瞬時濾失值(no spurt loss)的鉆井液。

在各種水基鉆井液配方（包括淡水和鹵水基鉆井液）中對新型雜化納米顆粒添加劑的多種濃度進(jìn)行了評估。使用旋轉(zhuǎn)粘度計在高溫老化之前和之后測量標(biāo)準(zhǔn)流變性能。使用高溫/高壓 (HTHP) 濾失和顆粒堵塞測試(Particle plugging tests, PPT) 進(jìn)行臨界濾失量測量。對于PPT，評估了各種孔喉尺寸和壓差。將這些結(jié)果與使用含有對照的濾失劑或封堵劑的相同水基鉆井液配方進(jìn)行的平行試驗(yàn)進(jìn)行對比。

實(shí)驗(yàn)室測試

  含有新型雜化納米顆粒的水基鉆井液的性能優(yōu)于傳統(tǒng)添加劑。在某些配方中，PPT和HTHP測試中的濾液體積均顯著減少。在其它情況下，雜化納米粒子添加劑的加劑量相當(dāng)?shù)?，產(chǎn)生的濾液體積與現(xiàn)有添加劑的在較高加劑量情況下相當(dāng)。在這兩種情況下，雜化納米顆粒的流變影響與評估的對照品沒有顯著差異。該雜化納米顆粒解決方案表現(xiàn)出強(qiáng)大的穩(wěn)定性，可在一系列配方、孔喉尺寸、溫度和壓差下減少鉆井液濾失和瞬時濾失值。

納米技術(shù)仍然是開發(fā)高效、高性能鉆井液添加劑的令人興奮的前沿領(lǐng)域。這些創(chuàng)新納米粒子能夠減少濾液體積并提供幾乎是零瞬時濾失值，代表了水基鉆井液濾失控制的重大變化。這些納米顆粒在建井中的應(yīng)用可以提高井眼穩(wěn)定性，減少由于鉆井液侵入造成的地層傷害，并減少NPT。

雖然之前關(guān)于鉆井液中納米粒子的許多工作都集中在使用納米粒子來減輕鉆井液對相對低滲透地層的侵入，但在本文中，我們報告了一種新型納米粒子，它成功地降低了鉆井液對滲透介質(zhì)的侵入。該新型納米顆粒由熱穩(wěn)定的，雜化的有機(jī)/無機(jī)骨架組成。

雜化納米粒子(HNP)以乳液形式生產(chǎn)和應(yīng)用，因此避免了與處理干燥納米材料相關(guān)的人體吸入可能產(chǎn)生的職業(yè)危害。HNP在很大的孔喉尺寸范圍內(nèi)顯著降低了水基鉆井液的濾失量。HNP作為一種封堵劑，在顆粒封堵試驗(yàn)(PPT)中降低了總濾失量和瞬時濾失量。值得注意的是，在PPT測試中經(jīng)常觀察到API瞬時濾失量為零（API spurt losses of zero were often observed in PPT）。

由于瞬時濾失是在建立濾餅和穩(wěn)態(tài)過濾速率之前發(fā)生多少濾失的量度，零瞬時濾失顯示出低滲透性濾餅的快速形成。同樣值得注意的是，HNP能夠顯著改善孔徑比HNP本身大幾個數(shù)量級的陶瓷盤中的濾失量。這意味著HNP和WBF中存在的與其它固相和降濾失劑之間的協(xié)同作用。納米顆粒的雜化結(jié)構(gòu)，將柔軟的、可變形的有機(jī)部分與剛性的無機(jī)部分相結(jié)合，可能有助于小顆粒提供對濾餅產(chǎn)生封堵的能力。

結(jié)論

一種新型雜化的有機(jī)/無機(jī)納米顆粒作為一種新的添加劑被引入，以減少水基鉆井液的濾液侵入。與其它鉆井液中納米粒子的大部分作用所不同的是，這種新的納米材料的作用重點(diǎn)是減少對頁巖等低滲透地層的濾液侵入，HNP被證明可以顯著減少滲透介質(zhì)中的濾失量。在針對不同孔喉尺寸的陶瓷盤的孔喉封堵試驗(yàn)中，HNP顯示出特別顯著的濾失量的降低。

HNP與WBF配方中的其它固相、橋堵劑和降濾失劑一起發(fā)生協(xié)同作用，快速形成低滲透率濾餅，這意味著零或接近零的瞬時濾失量和低的總PPT濾失量。與配方中已有的固相之間的相互作用至關(guān)重要，因?yàn)檫@種作用導(dǎo)致HNP大幅度降低了比納米顆粒本身大幾個數(shù)量級的圓盤中的孔隙度，從而降低了濾失量。

HNP在高溫鉆井液測試中也表現(xiàn)出色。通過將這些能力與對基液粘度的最小影響相結(jié)合，HNP為先進(jìn)的低粘度鉆井液設(shè)計提供了一條新途徑，該設(shè)計擺脫了依賴于常規(guī)顆粒封堵劑和聚合物降濾失劑對WBF的許多限制。

在一系列鉆井液類型、溫度、壓差和孔喉尺寸中觀察到的突出結(jié)果表明，HNP有可能成為WBF在滲透性介質(zhì)中降低濾失的重要手段，從而成為防止井筒不穩(wěn)定和鉆井相關(guān)NPT的有力工具。