納米材料在固井中的應用

  納米技術(shù)在學(xué)術(shù)領(lǐng)域和應用研究領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。一般來(lái)說(shuō)納米材料尺寸小于100nm，由于表面積與體積比的增加，納米材料具有不同于其他小尺寸材料的物理化學(xué)性質(zhì)。納米復合材料的力學(xué)和化學(xué)性能的顯著(zhù)改善，使得納米材料應用前景越來(lái)越廣泛。

 

  在鉆井液和隔離液中使用納米技術(shù)將為添加劑的發(fā)展帶來(lái)革命性的變革。水泥基體中嵌有微小尺寸的彈性體，可防止漏失與氣竄，但它們的摻入阻礙了強度的提高。通過(guò)向水泥漿中添加納米二氧硅顆粒使該問(wèn)題得到解決。本文實(shí)驗表明納米二氧化硅能提高水泥漿性能，有助于早期強度的形成及較高抗壓強度的形成，實(shí)現持續鉆進(jìn)節約時(shí)間。

 

  實(shí)驗過(guò)程混合所有漿料，使用現行的API標準和程序進(jìn)行測試，其中干燥的添加劑與水泥混合，液體添加劑溶于水。用水量根據密度大小進(jìn)行調節。除非特別說(shuō)明，所有的測試都在190°F進(jìn)行。在3000 psi下測試抗壓強度，11000 psi下進(jìn)行稠化時(shí)間測試。其中使用的膠體材料是一種商品，納米二氧化硅分散劑粉末活性15%、粒徑5-7nm，它很穩定保質(zhì)期長(cháng)達六個(gè)月。膠體和納米二氧化硅以不同的比例混合，監測系統可監測其力學(xué)性能尤其是抗壓強度的變化。在190°F時(shí)讓水泥漿漏失20min測試其漏失量。

 

  結果與分析表1是納米二氧化硅對抗壓強度的影響。為了體現納米二氧化硅的優(yōu)勢，用微米二氧化硅作對比試驗。從表1可以看出每添加0.2gal/sk的納米二氧化硅，強度形成速率就會(huì )從172 psi/hr增大到460psi/hr。從抗壓強度—時(shí)間圖的線(xiàn)性部分可以計算強度形成速率。不含納米二氧化硅的成分稱(chēng)為控體，水泥復合材料的最終強度是控體或控體中加微米二氧化硅的三倍。與控體相比，含有納米二氧化硅的水泥漿的流變性能略高，但仍可澆注和泵送。

 

  通常情況下，水泥漿中含有不同的添加劑，其大小一般是微米級。添加少量的納米二氧化硅不能顯著(zhù)影響其力學(xué)性質(zhì)，因為一旦這些粒子聚集在一起就不能達到預期的效果。在攪拌水泥漿的過(guò)程中，向其中加入納米二氧化硅、膠體和水。由于都是納米級物質(zhì)—納米二氧化硅顆粒和膠體顆粒有可能結合在一起，將有利于提高早期強度。

 

  1.添加納米二氧化硅能改善水泥的力學(xué)性能，尤其是抗壓強度。

 

  2.添加納米二氧化硅也能提高水泥早期抗壓強度，節省鉆井時(shí)間，減少鉆井成本。

 

  3.納米材料在一定程度上有助于減少濾失量。

 

  4.納米材料溫度適用范圍廣，可適用于不同的設計方案和現場(chǎng)條件。

 

  5.由于協(xié)同作用，納米材料很容易和其他水泥漿添加劑組合以達到所需性能。