試論高性能空心玻璃微珠在油氣田開采中的應(yīng)用

汪婧 （國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

前蘇聯(lián)早在上個(gè)世紀(jì)六十年代便已經(jīng)開始對空心玻璃微珠進(jìn)行運(yùn)用了，當(dāng)時(shí)主要將其當(dāng)成減輕劑，用于防漏。發(fā)展到九十年代，美國開始運(yùn)用這種材料進(jìn)行油氣田開采。而我國在2006年才開始逐漸了解這一新型材料。運(yùn)用這種材料進(jìn)行低密度水泥漿與鉆井液的配置更有利于提升其穩(wěn)定性，在當(dāng)前的油氣田開采過程中，能夠滿足多種鉆井類型的實(shí)際需求，與傳統(tǒng)材料相比，這種新型材料更具有應(yīng)用優(yōu)勢。

1 高性能空心玻璃微珠的概述

高性能空心玻璃微珠是當(dāng)前一種新型的復(fù)合材料，可以將其簡稱為HGB，從其物理形態(tài)上看，該材料單顆呈正球體，中空密閉，內(nèi)部充有少量的N2和CO2，壁厚約1—3.5微米，是當(dāng)前新型的非金屬無機(jī)填充材料，具有以下幾方面優(yōu)勢：

第一，物體形態(tài)完美，呈正圓形，具有良好的流動性，在作業(yè)過程中便于泵送；第二，密度較低，在作業(yè)過程中有良好的減輕效果；第三，具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，在作業(yè)過程中不容易發(fā)生壓縮現(xiàn)象；第四，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在作業(yè)過程中不容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，影響作業(yè)效果。

2 開采油氣田過程中的應(yīng)用

2.1 在低密度水泥漿中的應(yīng)用

運(yùn)用HGB的低密度水泥漿在密度上明顯降低，避免了壓漏底層現(xiàn)象的發(fā)生，對油氣層能夠起到良好的保護(hù)作用，運(yùn)用HGB的低密度水泥漿最低可以達(dá)到每立方厘米0.9克，當(dāng)前我國主要運(yùn)用的密度為每平方厘米1.1—1.4克。該材料有強(qiáng)大的抗壓性與耐高溫性，穩(wěn)定性非常高[1]。由于HGB的直徑較小，在作業(yè)過程中能夠形成致密濾餅，從而降低材料失水性。作業(yè)過程中的稠化時(shí)間可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，且擁有很好的流變性。具有良好的防氣竄性能，可以對油水氣層進(jìn)行有效分離。

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)以后，得出較好的水泥漿配方為：G級水泥400克，微硅60克，Y12000約140克，水300克，減阻劑31克，降失水劑45克，緩凝劑9克，消泡劑1.5克。當(dāng)前，這一配方已經(jīng)在我國一部分油氣田開采工程中使用，且效果較好。

2.2 在低密度鉆井液中的應(yīng)用

運(yùn)用HGB的低密度鉆井液可以運(yùn)用于水平井、深井等作業(yè)中，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在能夠大幅度降低材料密度，且可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效減少壓漏地層的現(xiàn)象發(fā)生，運(yùn)用HGB的低密度水泥漿最低可以達(dá)到每立方厘米0.6克，當(dāng)前國外普遍運(yùn)用的密度為每平方米0.7—1.0克。該材料在高溫高壓的環(huán)境下，仍能夠保持非常良好的穩(wěn)定性，在使用過程中，能夠發(fā)揮良好的潤滑作用，從而減少阻力與套管磨損，在鉆井過程中有效提升工作效率[2]。運(yùn)用HGB還能夠有效提升泥餅質(zhì)量，明顯降低濾失量。

另外，規(guī)格不同的HGB鉆井液并不會對流變性能產(chǎn)生很大影響，且與流動模型相符合。運(yùn)用該材料進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，不會對儲層造成嚴(yán)重傷害，其滲透率恢復(fù)最高可達(dá)到100%。與此同時(shí)，運(yùn)用該材料還能夠有效提升油氣田的采收率，防止在作業(yè)過程中發(fā)生漏失現(xiàn)象，降低作業(yè)成本。該材料操作過程簡單，作業(yè)時(shí)不用借助特殊設(shè)備，大大降低了設(shè)備使用成本。

3 當(dāng)前存在的應(yīng)用問題及解決途徑

當(dāng)前HGB材料雖然是一種性能非常好的材料，在油氣田開采作業(yè)中有非常廣大的應(yīng)用前景，但在實(shí)際操作過程中，仍然存在以下兩方面實(shí)際問題：

第一，操作過程中可能會造成HGB出現(xiàn)破碎，需要以實(shí)際情況為依托進(jìn)行適量的持續(xù)添加[3]。會造成HGB出現(xiàn)破碎的主要影響因素有：材料本身的抗壓強(qiáng)度，作業(yè)時(shí)井下的實(shí)際壓力，鉆井液配伍性，鉆頭作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的剪切力等。想要解決這方面問題便需要改善鉆井液體系，使其配伍性更好，還要及時(shí)更新最新的鉆井工藝，在對HGB進(jìn)行選擇的過程中要盡量選擇抗壓強(qiáng)度較高的類型。

第二，HGB材料存在浪費(fèi)現(xiàn)象。在進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，會運(yùn)用大量的HGB材料，這使得作業(yè)成本提升。想要解決這一問題，可以運(yùn)用加水稀釋的方式，將材料變成牛頓流體，之后進(jìn)行材料回收，其回收率高達(dá)98%，能夠降低作業(yè)成本。

4 結(jié)語

我國在2006年才開始接觸HGB材料，當(dāng)時(shí)運(yùn)用這種材料進(jìn)行油氣田開采時(shí)主要依賴進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，且發(fā)展受限。發(fā)展到2010年，我國已經(jīng)擁有屬于自己的HGB生產(chǎn)體系，價(jià)格合理，質(zhì)量上乘，在滿足我國油氣田開采所需的同時(shí)，還出口到其他國家。隨著我國HGB生產(chǎn)技術(shù)的日益成熟，在未來的油氣田開采工程中，這種材料將會得到更廣泛的運(yùn)用，并為油氣田開采工程創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]葉艷，鄢捷年.高強(qiáng)度空心玻璃微珠低密度水基鉆井液室內(nèi)研究及應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2012.17（02）：163-164.

[2]趙華蕾，王燕萍，王依民等.空心玻璃微珠增強(qiáng)泡沫材料的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].合成技術(shù)及應(yīng)用，2013.15（09）：222-223.

[3]李慧劍，梁希，何長軍等.空心玻璃微珠填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.14（07）：125-126.