納米技術(shù)在學(xué)術(shù)領(lǐng)域和應(yīng)用研究領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。一般來說納米材料尺寸小于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(fù)合材料的力學(xué)和化學(xué)性能的顯著改善，使得納米材料應(yīng)用前景越來越廣泛。

 

  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(qiáng)度的提高。通過向水泥漿中添加納米二氧硅顆粒使該問題得到解決。本文實(shí)驗(yàn)表明納米二氧化硅能提高水泥漿性能，有助于早期強(qiáng)度的形成及較高抗壓強(qiáng)度的形成，實(shí)現(xiàn)持續(xù)鉆進(jìn)節(jié)約時(shí)間。

 

  實(shí)驗(yàn)過程混合所有漿料，使用現(xiàn)行的API標(biāo)準(zhǔn)和程序進(jìn)行測(cè)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(jù)密度大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。除非特別說明，所有的測(cè)試都在190°F進(jìn)行。在3000 psi下測(cè)試抗壓強(qiáng)度，11000 psi下進(jìn)行稠化時(shí)間測(cè)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(wěn)定保質(zhì)期長達(dá)六個(gè)月。膠體和納米二氧化硅以不同的比例混合，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)其力學(xué)性能尤其是抗壓強(qiáng)度的變化。在190°F時(shí)讓水泥漿漏失20min測(cè)試其漏失量。

 

  結(jié)果與分析表1是納米二氧化硅對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。為了體現(xiàn)納米二氧化硅的優(yōu)勢(shì)，用微米二氧化硅作對(duì)比試驗(yàn)。從表1可以看出每添加0.2gal/sk的納米二氧化硅，強(qiáng)度形成速率就會(huì)從172 psi/hr增大到460psi/hr。從抗壓強(qiáng)度—時(shí)間圖的線性部分可以計(jì)算強(qiáng)度形成速率。不含納米二氧化硅的成分稱為控體，水泥復(fù)合材料的最終強(qiáng)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(jí)。添加少量的納米二氧化硅不能顯著影響其力學(xué)性質(zhì)，因?yàn)橐坏┻@些粒子聚集在一起就不能達(dá)到預(yù)期的效果。在攪拌水泥漿的過程中，向其中加入納米二氧化硅、膠體和水。由于都是納米級(jí)物質(zhì)—納米二氧化硅顆粒和膠體顆粒有可能結(jié)合在一起，將有利于提高早期強(qiáng)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(qiáng)度。

 

  2.添加納米二氧化硅也能提高水泥早期抗壓強(qiáng)度，節(jié)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(shè)計(jì)方案和現(xiàn)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(dá)到所需性能。