بررسی آزمایشگاهی تاثیر نانو اکسید روی بر پایدارسازی سازندهای شیلی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 انستیتو مهندسی نفت، دانشگاه تهران، ایران

2 واحد پژوهش حفاری پژوهشکده اکتشاف و تولید، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

مشکل ناپایداری شیل یکی از مسائل چالش‏برانگیز در صنعت حفاری است. وقوع ناپایداری در این نوع سازندها یک مسئله وابسته به زمان، به‏دلیل نفوذ تدریجی آب به داخل شیل، است. به‏دلیل تراوایی فوق‌العاده پایین شیل(12-10 تا 6-10 دارسی) و هم‏چنین بزرگ‏تر بودن ذرات جامد موجود در سیال حفاری از گلوگاه فضای منفذی شیل(3 تا nm 100)، تشکیل کیک حفاری برای جلوگیری از نفوذ آب به شیل ممکن نیست، در نتیجه مواد فیلترشده سیال حفاری پیوسته به سازند وارد می‌شوند. این امر به‏مرور باعث افزایش فشار منفذی و هم‏چنین تضعیف خواص مکانیکی سنگ و ریزش دیواره‌ چاه می‌شود. یکی از روش‌های جلوگیری از نفوذ آب مسدود کردن حفرات شیل با استفاده از نانوذرات است. در این پژوهش از نانوذرات اکسید روی استفاده شده که علاوه بر اندازه مناسب، خواص سطحی مناسبی نیز دارند. با طراحی آزمایش انتقال فشار(PPT)، تاثیر استفاده از نانوذرات بر کاهش نفوذ آب به نمونه شیلی بررسی شده است. این آزمایش به‏خوبی افزایش فشار منفذی سازند(در اثر انتقال فشار سیال حفاری به داخل نمونه) را در حالت‌های مختلف نشان داده است. از نتایج می‏توان برای مقایسه کاربرد افزایه‌های مختلف به‏منظور کاهش نفوذ سیال به داخل نمونه استفاده کرد. اندازه و خواص سطحی مناسب نانوذرات استفاده‏شده باعث کاهش موثر تراوایی شیل و در نتیجه کاهش نفوذ آب می‏شوند. با استفاده از غلظت‌های 25/0، 5/0 و 75/0% از نانوسیال اکسید روی، به‏ترتیب کاهش نفوذ فشار منفذی 60، 87 و 96% در مقایسه با آب دریا به‌دست آمده است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

In Vitro Evaluation of the Impact of Nano Zinc Oxide on Stabilization of Shale Formations

نویسندگان [English]

  • Hamid Pourkhalil 1
  • Ali Nakhaee 1
  • alireza nasiri 2
  • Majid Valizadeh 2
1 Institute of Petroleum Engineering, Tehran University, Tehran, Iran
2 Unit Drilling, Exploration and Production Center, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
چکیده [English]

Instability of shale formations is one of the major challenges during a drilling operation. Shale swelling is a time-dependent process in which water gradually infiltrates the shale structure. Due to very low permeability of shales (10-6 - 10-12 D) and relatively large size of solid materials of drilling mud compared to shale pore throats (3-100 nm), filter cake is not capable of hindering this process. As a result, mud filtrate continuously seeps into shale, concurrently increasing pore pressure and reducing mechanical strength of the formation, where it may result in wellbore caving. One remedy to this hazard is the use of Nano-materials to block the entrance of mud filtrate into shale formations. Using nano-particle additives is one of the methods to reduce the entrance of mud filtrate into the shale formations. The present research investigates the application of Nano ZnO in controlling shale swelling. This nano particle benefits size adequacy as well as suitable interfacial properties in controlling mud filtration. The impact of adding nano ZnO to reduce water seepage into shale is investigated using PPT apparatus. This test shows the increase in pore pressure in the formation due to mud filtrate invasion, hence enabling us to study the effect of different additives on stability of shales. The results show that Nano ZnO particles reduces shale’s wettability effectively, and thereby reducing water penetration, due to their sizes and other chemo-physical properties; such as, specific surface area, electric charge. Using 0.25, 0.5 and 0.75 weight/volume percentage of Nano-ZnO mixture shows  respectively %60 ,%87, and %96 reduction in pore pressure transmission compared to a sea water sample.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shale Swelling
  • Permeability Reduction
  • Nano Particles
  • Nano ZnO
  • Pore Pressure
  • Wellbore Stability

[1]. Manohar L., “Shale stability: drilling fluid interaction and shale strength,” SPE, 54356, 1999.##

[2]. Oort E. V., “On the physical and chemical stability of shales,” Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 38, pp. 213-235, 2003.##

[3]. Chenevert M. E., “Shale control with balanced activity oil muds,” JPT Trans. AIME, Vol. 249, pp. 1309-1316, 1970.##

[4]. Suri A. and M. M. Sharma., “Strategies for sizing paticles in drilling and completion fluid,” SPE Journal, Vol. 9, No. 1, pp. 13-23, 2004.##

[5]. Sensoy T., Chenevert M. E. and Sharma M., “Minimizing water invasion in shale using nanoparticles,” SPE, 124429, 2009.##

[6]. Riley M., Stamatakis E. and Young S., “Wellbore stability in unconventional shale; the design of a nano-particle fluid,” SPE, 153729, 2012.##

[7]. Li G. and Zhang J., “Nanotechnology to improve sealing ability of drilling fluids for shale with micro-cracks during drilling,” SPE, 156997, 2012.##

[8]. “Recommended practice standard procedure for laboratory testing drilling fluids,” API Recommended Practice 13I, 6th ed., May 2000.##