“零滤失”钻井液真的来啦？

     差不多在20年前Impact Solutions Group公司在北美最先引入所谓超低侵入的水基钻井液(Ultralow-Invasion Fluid)，他们没敢说是“非渗透”或“零滤失”钻井液。但是，这项技术来到国内，不知何故就以所谓“非渗透”，“零滤失”之名开始在国内流行和被仿制了一段时间。从今天的技术角度来看，当时的所谓“非渗透”或“零滤失”钻井液，在技术上是缺乏说服力的。然而，过去十年北美开发的一些新材料，也许真的有可能将水基钻井液技术带入“零滤失”的时代啦。本文介绍的技术，可能就是一个开端。我们还会在今后披露更加令人吃惊的“零滤失”钻井液技术。

“零滤失”钻井液真的来啦？

技术挑战

   钻井液侵入渗透性地层会在建井过程中导致一系列不良影响。这些影响包括地层不稳定、地层伤害和压差卡钻，可能导致油气产量的降低或非生产时间 (NPT)的增加。这些问题在水基钻井液中尤其严重，水基钻井液的滤失控制往往比油基钻井液更加困难。

已有的技术

   包括粘土矿物和聚合物在内的各种添加剂已被广泛用于降低水基钻井液的滤失量。通常会添加额外的材料（例如乳胶聚合物分散体）作为封堵剂，以进一步减少钻井液滤失。这些封堵剂的主要作用是减少瞬时滤失(spurt loss)，这是在形成足够的滤饼并建立稳态滤失行为之前的滤失量。尽管应用了这些产品组合，但仍然需要改进产品，特别是在温度更高和渗透率更大的地层中。

新型杂化的有机/无机纳米粒子（HNP）滤失控制添加剂

在本文中，我们报道了一种新型杂化的有机/无机纳米粒子（HNP）滤失控制添加剂，它可以显著减少滤失量，并且显著地提供无瞬时滤失值(no spurt loss)的钻井液。

在各种水基钻井液配方（包括淡水和卤水基钻井液）中对新型杂化纳米颗粒添加剂的多种浓度进行了评估。使用旋转粘度计在高温老化之前和之后测量标准流变性能。使用高温/高压 (HTHP) 滤失和颗粒堵塞测试(Particle plugging tests, PPT) 进行临界滤失量测量。对于PPT，评估了各种孔喉尺寸和压差。将这些结果与使用含有对照的滤失剂或封堵剂的相同水基钻井液配方进行的平行试验进行对比。

实验室测试

  含有新型杂化纳米颗粒的水基钻井液的性能优于传统添加剂。在某些配方中，PPT和HTHP测试中的滤液体积均显著减少。在其它情况下，杂化纳米粒子添加剂的加剂量相当低，产生的滤液体积与现有添加剂的在较高加剂量情况下相当。在这两种情况下，杂化纳米颗粒的流变影响与评估的对照品没有显著差异。该杂化纳米颗粒解决方案表现出强大的稳定性，可在一系列配方、孔喉尺寸、温度和压差下减少钻井液滤失和瞬时滤失值。

纳米技术仍然是开发高效、高性能钻井液添加剂的令人兴奋的前沿领域。这些创新纳米粒子能够减少滤液体积并提供几乎是零瞬时滤失值，代表了水基钻井液滤失控制的重大变化。这些纳米颗粒在建井中的应用可以提高井眼稳定性，减少由于钻井液侵入造成的地层伤害，并减少NPT。

虽然之前关于钻井液中纳米粒子的许多工作都集中在使用纳米粒子来减轻钻井液对相对低渗透地层的侵入，但在本文中，我们报告了一种新型纳米粒子，它成功地降低了钻井液对渗透介质的侵入。该新型纳米颗粒由热稳定的，杂化的有机/无机骨架组成。

杂化纳米粒子(HNP)以乳液形式生产和应用，因此避免了与处理干燥纳米材料相关的人体吸入可能产生的职业危害。HNP在很大的孔喉尺寸范围内显著降低了水基钻井液的滤失量。HNP作为一种封堵剂，在颗粒封堵试验(PPT)中降低了总滤失量和瞬时滤失量。值得注意的是，在PPT测试中经常观察到API瞬时滤失量为零（API spurt losses of zero were often observed in PPT）。

由于瞬时滤失是在建立滤饼和稳态过滤速率之前发生多少滤失的量度，零瞬时滤失显示出低渗透性滤饼的快速形成。同样值得注意的是，HNP能够显著改善孔径比HNP本身大几个数量级的陶瓷盘中的滤失量。这意味着HNP和WBF中存在的与其它固相和降滤失剂之间的协同作用。纳米颗粒的杂化结构，将柔软的、可变形的有机部分与刚性的无机部分相结合，可能有助于小颗粒提供对滤饼产生封堵的能力。

结论

一种新型杂化的有机/无机纳米颗粒作为一种新的添加剂被引入，以减少水基钻井液的滤液侵入。与其它钻井液中纳米粒子的大部分作用所不同的是，这种新的纳米材料的作用重点是减少对页岩等低渗透地层的滤液侵入，HNP被证明可以显著减少渗透介质中的滤失量。在针对不同孔喉尺寸的陶瓷盘的孔喉封堵试验中，HNP显示出特别显著的滤失量的降低。

HNP与WBF配方中的其它固相、桥堵剂和降滤失剂一起发生协同作用，快速形成低渗透率滤饼，这意味着零或接近零的瞬时滤失量和低的总PPT滤失量。与配方中已有的固相之间的相互作用至关重要，因为这种作用导致HNP大幅度降低了比纳米颗粒本身大几个数量级的圆盘中的孔隙度，从而降低了滤失量。

HNP在高温钻井液测试中也表现出色。通过将这些能力与对基液粘度的最小影响相结合，HNP为先进的低粘度钻井液设计提供了一条新途径，该设计摆脱了依赖于常规颗粒封堵剂和聚合物降滤失剂对WBF的许多限制。

在一系列钻井液类型、温度、压差和孔喉尺寸中观察到的突出结果表明，HNP有可能成为WBF在渗透性介质中降低滤失的重要手段，从而成为防止井筒不稳定和钻井相关NPT的有力工具。