為了最大限度地開發(fā)油氣資源，需要采取合適的保護(hù)油氣層技術(shù)，以提高油氣井的生產(chǎn)能力。目前，納米材料用于保護(hù)儲(chǔ)層的方法主要有兩類：使用合適的納米材料，可在巖石裂縫或孔隙間形成高質(zhì)量的密封膜，起到良好的堵漏效果；選擇合適的納米鉆井液體系，它能在井壁表面形成低滲透率的泥餅，可減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的污染。
1、納米級(jí)儲(chǔ)層保護(hù)材料
Lécolier等在交聯(lián)聚合物凝膠中加入可膨脹的聚合物顆粒和膠體物質(zhì)，研制了一類新型的納米復(fù)合有機(jī)/無(wú)機(jī)凝膠。該納米復(fù)合凝膠不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，產(chǎn)品可以直接由各組分的干粉混合而制備，從而在現(xiàn)場(chǎng)直接用干粉混合物與水混合即可制備封堵流體。這種納米復(fù)合有機(jī)/無(wú)機(jī)凝膠具有良好的黏著性、伸縮性和較高的凝膠強(qiáng)度，且承壓能力強(qiáng)，能在井下溫度和壓力下大范圍封堵漏層，特別是嚴(yán)重的循環(huán)漏失層如天然裂縫層，效果顯著，在循環(huán)漏失處理領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
Baker Hughes開發(fā)了一種可變形的納米級(jí)封堵聚合物MAX-SHIELDTM，該納米材料可在裂縫或孔隙表面沉淀下來(lái)，在壓差進(jìn)一步作用下起到壓實(shí)和變形作用，從而在孔縫表面生成一層密封膜�，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該聚合物能有效減少孔隙壓力傳遞，從而起到防止沖刷和井筒坍塌、提高井眼穩(wěn)定性的作用。此外，當(dāng)將該納米聚合物和其它抑制劑一起使用時(shí)，可在微裂縫或孔喉表面形成一種性能良好的半透膜，對(duì)儲(chǔ)層起到較好的保護(hù)效果。這種納米級(jí)封堵聚合物具有防止壓差卡鉆、穩(wěn)定井壁的作用，環(huán)保經(jīng)濟(jì)，在控制滲漏和漏失處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
Bicetano等以碳酸鈣、石灰?guī)r、碳酸鎂、氧化鎂、碎堅(jiān)果殼、瀝青、黏土、陶瓷碎片和苯乙烯嵌段共聚物等為原料，制備了一類熱固性納米復(fù)合物顆粒（比重為0.75數(shù)1.75），并將該球形納米顆粒作為復(fù)合添加劑加到鉆井完井液中，對(duì)其漏失性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含有該納米復(fù)合物顆粒的水基鉆井液、油基鉆井液、反相乳化鉆井液和合成基鉆井液等都形成了低滲透性的堅(jiān)硬泥餅，從而提高了井眼的穩(wěn)定性，降低了儲(chǔ)層漏失和對(duì)地層的傷害，起到良好的保護(hù)儲(chǔ)層的作用。
柯?lián)P船等通過(guò)熔融插層法，以層間距1.98nm的有機(jī)蒙脫土與聚丙烯（PP）熔融共混生成納米復(fù)合材料，經(jīng)熔融紡絲和牽伸技術(shù)制備了功能性超短纖維。研究結(jié)果表明該功能性超短纖維可紡性較好。XRD分析表明蒙脫土層間距由1.18 nm增大到1.98 nm，蒙脫土均勻地分散在PP基體上。SEM分析表明超短纖維表面和端面顆粒以50數(shù)70 nm均勻分散。將不同直徑的超短纖維加入鉆井液中，發(fā)現(xiàn)超短纖維在鉆井液中的分散性較好，可顯著提高鉆井液的增黏性能，且降濾失效應(yīng)顯著（當(dāng)直徑達(dá)100 μm時(shí)，30 min濾失量可降低10 mL）。這種超短纖維改性的鉆井液體系可快速形成致密屏蔽暫堵層，有望對(duì)油氣儲(chǔ)層產(chǎn)生良好的保護(hù)效果。
2、納米級(jí)儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液體系
在油氣勘探開發(fā)過(guò)程中，由于傳統(tǒng)鉆井液的抑制性差、固相含量高，儲(chǔ)層極易發(fā)生水敏反應(yīng)，水鎖效應(yīng)造成油層孔喉被堵塞，嚴(yán)重?fù)p壞油氣層。
勝利油田研制出一種具有超強(qiáng)抑制性和良好保護(hù)油氣層特性的新型鉆井液體系——成膜強(qiáng)抑制納米封堵鉆井液體系�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該鉆井液體系有著超強(qiáng)的地層抑制性和超低固相含量，其特有的成膜性還會(huì)在地層形成封堵性有機(jī)膜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的“零傷害”。該鉆井液體系不僅有效減少了鉆井液對(duì)地層的污染，還成功避免了水敏性地層開發(fā)過(guò)程中油氣層堵塞、采收率降低等現(xiàn)象的發(fā)生，原油產(chǎn)量明顯提高。
白小東等以納米膠乳NM-1和無(wú)機(jī)納米顆粒NMTO 為主劑合成的水基納米鉆井液可形成完全不透水、厚度約為50數(shù)60 μm的隔離層，其膜效率為65%。該鉆井液的API 濾失量在120 min 后隨時(shí)間變化的增量幾乎為零，且其承壓能力在3.5 MPa以上，這說(shuō)明該鉆井液有著較好的隔離層效應(yīng)。將成膜后的巖心進(jìn)行切片，用掃描電鏡分析半透膜的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該半透膜是通過(guò)膠團(tuán)堵孔、納米膠乳粒子-聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的共同作用而形成的；隔離層是在半透膜的基礎(chǔ)上通過(guò)乳膠粒的變形、填充、高溫黏結(jié)而形成的。因此，該鉆井液可以在鉆井液-井壁表面上形成較好的半透膜及隔離層，能阻止外來(lái)物質(zhì)的侵入，從而提高了井壁的穩(wěn)定性，有效地保護(hù)了儲(chǔ)層。
崔迎春等在強(qiáng)抑制性水基鉆井液中加入2%納米材料，合成了一種新型的NM鉆井液，將其應(yīng)用于勝利油田和中原油田不同油區(qū)的水敏性地層和低滲透油層中的30多口井中�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，NM鉆井液具有優(yōu)良的流變性，抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑防塌能力良好、攜砂能力強(qiáng)、流變參數(shù)合理、性能穩(wěn)定，頁(yè)巖回收率較高，潤(rùn)滑性能良好，濾失量低（特別是高溫高壓濾失量較低），抗溫性好。該體系與處理劑配伍性好，油層保護(hù)效果好，滲透率恢復(fù)值較高；現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化使用方便，可以滿足鉆井工程的需要，取得了很好的安全鉆進(jìn)和油氣層保護(hù)效果。
Amanullah等以商業(yè)化的納米材料和納米穩(wěn)定劑為原料，合成了一類納米級(jí)鉆井液，其具有良好的流變性和濾失性，可在井壁上形成一層超薄、致密、分散均勻的泥餅，減小了高滲透地層的壓差卡鉆事故的發(fā)生。此外，它還可以降低鉆具和井壁間的摩擦阻力。因而該鉆井液對(duì)于減小斜井、水平井、大位移井和多側(cè)鉆井作業(yè)的扭矩和阻力將起到極其重要的作用。與普通鉆井液相比，該水基鉆井液可顯著地減小流體對(duì)油氣儲(chǔ)層的傷害，控制流體的漏失，提高鉆頭在極硬地層的破巖速度。
1、納米級(jí)儲(chǔ)層保護(hù)材料
Lécolier等在交聯(lián)聚合物凝膠中加入可膨脹的聚合物顆粒和膠體物質(zhì)，研制了一類新型的納米復(fù)合有機(jī)/無(wú)機(jī)凝膠。該納米復(fù)合凝膠不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，產(chǎn)品可以直接由各組分的干粉混合而制備，從而在現(xiàn)場(chǎng)直接用干粉混合物與水混合即可制備封堵流體。這種納米復(fù)合有機(jī)/無(wú)機(jī)凝膠具有良好的黏著性、伸縮性和較高的凝膠強(qiáng)度，且承壓能力強(qiáng)，能在井下溫度和壓力下大范圍封堵漏層，特別是嚴(yán)重的循環(huán)漏失層如天然裂縫層，效果顯著，在循環(huán)漏失處理領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
Baker Hughes開發(fā)了一種可變形的納米級(jí)封堵聚合物MAX-SHIELDTM，該納米材料可在裂縫或孔隙表面沉淀下來(lái)，在壓差進(jìn)一步作用下起到壓實(shí)和變形作用，從而在孔縫表面生成一層密封膜�，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該聚合物能有效減少孔隙壓力傳遞，從而起到防止沖刷和井筒坍塌、提高井眼穩(wěn)定性的作用。此外，當(dāng)將該納米聚合物和其它抑制劑一起使用時(shí)，可在微裂縫或孔喉表面形成一種性能良好的半透膜，對(duì)儲(chǔ)層起到較好的保護(hù)效果。這種納米級(jí)封堵聚合物具有防止壓差卡鉆、穩(wěn)定井壁的作用，環(huán)保經(jīng)濟(jì)，在控制滲漏和漏失處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
Bicetano等以碳酸鈣、石灰?guī)r、碳酸鎂、氧化鎂、碎堅(jiān)果殼、瀝青、黏土、陶瓷碎片和苯乙烯嵌段共聚物等為原料，制備了一類熱固性納米復(fù)合物顆粒（比重為0.75數(shù)1.75），并將該球形納米顆粒作為復(fù)合添加劑加到鉆井完井液中，對(duì)其漏失性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含有該納米復(fù)合物顆粒的水基鉆井液、油基鉆井液、反相乳化鉆井液和合成基鉆井液等都形成了低滲透性的堅(jiān)硬泥餅，從而提高了井眼的穩(wěn)定性，降低了儲(chǔ)層漏失和對(duì)地層的傷害，起到良好的保護(hù)儲(chǔ)層的作用。
柯?lián)P船等通過(guò)熔融插層法，以層間距1.98nm的有機(jī)蒙脫土與聚丙烯（PP）熔融共混生成納米復(fù)合材料，經(jīng)熔融紡絲和牽伸技術(shù)制備了功能性超短纖維。研究結(jié)果表明該功能性超短纖維可紡性較好。XRD分析表明蒙脫土層間距由1.18 nm增大到1.98 nm，蒙脫土均勻地分散在PP基體上。SEM分析表明超短纖維表面和端面顆粒以50數(shù)70 nm均勻分散。將不同直徑的超短纖維加入鉆井液中，發(fā)現(xiàn)超短纖維在鉆井液中的分散性較好，可顯著提高鉆井液的增黏性能，且降濾失效應(yīng)顯著（當(dāng)直徑達(dá)100 μm時(shí)，30 min濾失量可降低10 mL）。這種超短纖維改性的鉆井液體系可快速形成致密屏蔽暫堵層，有望對(duì)油氣儲(chǔ)層產(chǎn)生良好的保護(hù)效果。
2、納米級(jí)儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液體系
在油氣勘探開發(fā)過(guò)程中，由于傳統(tǒng)鉆井液的抑制性差、固相含量高，儲(chǔ)層極易發(fā)生水敏反應(yīng)，水鎖效應(yīng)造成油層孔喉被堵塞，嚴(yán)重?fù)p壞油氣層。
勝利油田研制出一種具有超強(qiáng)抑制性和良好保護(hù)油氣層特性的新型鉆井液體系——成膜強(qiáng)抑制納米封堵鉆井液體系�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該鉆井液體系有著超強(qiáng)的地層抑制性和超低固相含量，其特有的成膜性還會(huì)在地層形成封堵性有機(jī)膜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的“零傷害”。該鉆井液體系不僅有效減少了鉆井液對(duì)地層的污染，還成功避免了水敏性地層開發(fā)過(guò)程中油氣層堵塞、采收率降低等現(xiàn)象的發(fā)生，原油產(chǎn)量明顯提高。
白小東等以納米膠乳NM-1和無(wú)機(jī)納米顆粒NMTO 為主劑合成的水基納米鉆井液可形成完全不透水、厚度約為50數(shù)60 μm的隔離層，其膜效率為65%。該鉆井液的API 濾失量在120 min 后隨時(shí)間變化的增量幾乎為零，且其承壓能力在3.5 MPa以上，這說(shuō)明該鉆井液有著較好的隔離層效應(yīng)。將成膜后的巖心進(jìn)行切片，用掃描電鏡分析半透膜的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該半透膜是通過(guò)膠團(tuán)堵孔、納米膠乳粒子-聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的共同作用而形成的；隔離層是在半透膜的基礎(chǔ)上通過(guò)乳膠粒的變形、填充、高溫黏結(jié)而形成的。因此，該鉆井液可以在鉆井液-井壁表面上形成較好的半透膜及隔離層，能阻止外來(lái)物質(zhì)的侵入，從而提高了井壁的穩(wěn)定性，有效地保護(hù)了儲(chǔ)層。
崔迎春等在強(qiáng)抑制性水基鉆井液中加入2%納米材料，合成了一種新型的NM鉆井液，將其應(yīng)用于勝利油田和中原油田不同油區(qū)的水敏性地層和低滲透油層中的30多口井中�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，NM鉆井液具有優(yōu)良的流變性，抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑防塌能力良好、攜砂能力強(qiáng)、流變參數(shù)合理、性能穩(wěn)定，頁(yè)巖回收率較高，潤(rùn)滑性能良好，濾失量低（特別是高溫高壓濾失量較低），抗溫性好。該體系與處理劑配伍性好，油層保護(hù)效果好，滲透率恢復(fù)值較高；現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化使用方便，可以滿足鉆井工程的需要，取得了很好的安全鉆進(jìn)和油氣層保護(hù)效果。
Amanullah等以商業(yè)化的納米材料和納米穩(wěn)定劑為原料，合成了一類納米級(jí)鉆井液，其具有良好的流變性和濾失性，可在井壁上形成一層超薄、致密、分散均勻的泥餅，減小了高滲透地層的壓差卡鉆事故的發(fā)生。此外，它還可以降低鉆具和井壁間的摩擦阻力。因而該鉆井液對(duì)于減小斜井、水平井、大位移井和多側(cè)鉆井作業(yè)的扭矩和阻力將起到極其重要的作用。與普通鉆井液相比，該水基鉆井液可顯著地減小流體對(duì)油氣儲(chǔ)層的傷害，控制流體的漏失，提高鉆頭在極硬地層的破巖速度。
