一种高效油基钻井液乳化剂的加量极限.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 0 月第 3 0 卷第 5 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I O c t ． 2 0 0 8 V o 1 ． 3 0 N o ． 5 一 种高效油基钻 井液乳化剂 的加量极 限 许明标 油气钻采工 程湖 北省重点实验室， 长江大学石油 工程学院， 湖北荆 州4 3 4 0 2 3 唐海雄 中海石油 中国 有限公司深圳分公司， 广东N fJ II 5 1 8 0 6 7 曾 晶 ，黄红玺 油 气钻采工程湖北省重点实验室， 长江大学石油工 程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 [ 摘要]介绍 了一种具有超低乳化剂加量 的新型油基钻 井液 ，并对该油基钻 井液的乳化剂加 量极限进行 了 研 究。结 果显 示，采用特种油包水乳化剂 NR配制 的油基 钻井液 ，具有极低 的加量 和优异 的乳液 稳定效 果。1 ． 2 ％的乳化 剂加量 ，在 1 2 0 ℃ 1 6 h热滚老化后，钻 井液体系 的破乳 电压 可以达到 5 2 0 V，高温高压 滤失量为 4 ． 7 ml ；在 1 5 0 ℃热滚老化后 ，仍具有 4 9 8 V的破乳 电压，体 现 了该 油基钻井 液乳化剂 在体 系 中 具有极低 的乳 化剂加量极限。该体系同时具 有 良好 的抗海水、钻屑侵污 能力。 [ 关键词]油基钻 井液 ；乳化剂 ；加量极限 [ 中图分类号]T E 2 5 4 ． 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 8 0 5 0 2 7 8 0 3 悬浮和分散在油类非极性连续介质中的水滴 ，可以通过乳化剂的加入实现二相的互混和稳定 ，加入 到油类连续介质中的乳化剂具有良好的乳化、分散、增溶作用，乳化剂的增溶和分散能力与乳化剂的分 子结构密切相关 ，不同的乳化剂其增溶能力还和产生乳化效果的乳化剂加量存在较大差异 ，其乳化后的 乳液的稳定性也存在较大的差异，这种差异 ，大部分都是由于乳化剂 HL B的选择差异产生的结果[ 1 ] 。 新 的技 术选择 和研究得 到 的乳 化剂 产 品产 生 的乳液 不仅 稳定 ，而且 乳化剂 加量极 低 ，实现 了油基钻 井液 的高效和低廉。对油包水钻井液体系乳化产物的稳定性而言 ，乳化剂起着至关重要的作用 ，它可以降低 油水两种液体间的界面张力 、形成坚固的界面膜、增加外相粘度 ，从而可 以提高钻井液体系的稳定性。 乳化 剂的性能特 点 以及 合适 的加量 决定着 整个 钻井 液体 系 的综合 性 能[ 4 ] ，通过 对 由高效 乳 化剂 NR组 成的油包水钻井液体系的性能评价 ，在保证钻井液体系优 良的综合性能前提下 ，可以将乳化剂的加量降 到最低 ，突破 加量极 限 。 1 油基钻井乳液配方及评价方法 乳化剂的性能直接决定油包水钻井液体系的综合性能，通过对钻井液体系的综合性能评价 ，可以反 映出乳化剂的性能 。所评价的油包水钻井液由乳化剂、3 白油、水相、氧化钙和降滤失剂等组成。 评 价乳化剂 的油 基 钻 井 液基 本 配 方 为 3 白油 2 8 0 ml 0 ． 5 ～ 2 ． 8 乳 化 剂 NR2 ． 5 C a O 2 ． 5 有机土1 ． 5 降滤失剂 J s A3 O C a C 1 2 水溶液 1 2 0 mi 加重剂 重晶石 。密度 I D 一1 ． 2 g ／ c m。 ； 油水 比例为 7 0 3 0 ；热滚老化条件为 1 2 0 ℃1 6 h 。 测试条件 高温高 压滤 失测试 温度 1 2 0 ℃ ，滚 后流变 性测试 温度 5 0 ℃ 。 2 油基钻井液乳化剂 加量极限评价 2 ． I 1 2 0 ℃ 老化时乳 化剂加 量变化 对于 1 2 0 “ C时的乳化I I I I 量变化评价 ，从表 1 数据可 以看出，当乳化剂的加量为 1 ． 2 ％时，在经过 [ 收稿日期]2 0 0 80 7 1 8 [ 作者简介]许明标 1 9 6 2 一 ，男 ，1 9 8 3年大学毕业 ，博士 ，副教授 。现主要从事钻完井液和水钻井液化学方面的教学和研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 5 期 许明标等 一种高效油基钻井液乳化剂的加量极限 1 6 h的热滚老化后 ，体系的破乳电压 E S依然保持在 5 2 0 V的较高值； 随着乳化剂加量增加 ， E S越高， 体 现出低的乳化剂加量极限。 表 1 1 2 0 ℃老化时乳化剂加量变化评价 注 AV为表观粘度 ‘ P y为塑性粘度 ； y P为动切力 t E S为破乳电压 ； 胛 HP为高温高舔滤失量。 下表 同。 2 ． 2 1 5 0 C老化时乳化 剂加量 变化 从表 2数据可以看出，在 1 5 o C 热滚老化后 ，乳化剂的加量即使只有 1 ． 2 ，破乳电压 E S也可以达 到 4 9 8 V；随着乳化剂 加量的增加 ，体 系具有更好 的电稳定性 和更加优异 的流 变性 。 表 2 1 5 0 ℃老化 时乳化剂加量变化评价 2 ． 3高油水 比例 时乳化剂性 能 油包水钻井液体系的性能随着油水 比例的改变而发生变化，室内进一步评价了乳化剂在 8 O 2 0高 油水比例时的性能，基本配方为 3 白油 3 2 0 ml O ． 5 ％～2 ． 8 ％乳化剂 NR2 ． 5 C a O2 。 5 有机土 1 ． 5 降滤失剂 J S A3 O C a C 1 z水溶液 8 0 ml 加重剂 重晶石 。密度 p一1 ． 2 g ／ c m3 ；热滚条件 1 2 0 ℃ 1 6 h。 在 8 O 2 O的较 高 的油 水 比情 况 下 表 3 ，随 着 乳 化 剂 加 量 的增 加 ，体 系 电稳 定 性 急 剧 上 升 ， 1 ． 2 乳化剂加量 时 ，破乳 电压达 到 7 9 1 V2 ． 8 的乳化 剂加 量 ，破 乳 电压则 可 以达 到 1 2 0 6 V。在保证 钻井液体系综合性能稳定的前提下 ，可以使乳化剂 NR的加量降到更低 ，突破其在体系中的加量极限。 表 3 油水 比例 8 0 t 2 O时乳化剂加量变化评价 2 ． 4 6 0 4 0油水 比时乳化剂 加量变化 基 本配方为 3 白油 2 8 0 m1 0 ． 5 ～2 ． 8 乳化剂 NR2 ． 5 C a O2 ． 5 ％有机 土 1 ．5 降滤失剂 J S A3 0 C a C I 2 水溶 液 1 2 O ml 加重剂 重晶石 。密度 1 ． 2 g ／ c m3 。热滚条件 1 2 0 C1 6 h 。 表 4 6 0。 4 O油水 比时乳化剂加量变化评价 乳化剂 NR加量 ／ 0 ． 5 1 ． Z 2 ． o 2 ． 8 状态 滚后 滚后 滚后 滚后 AV／ mP a s P V／ mP a s Y P／ P a E S／ V 3 3 ． 5 61 ． S 6 5 ． 5 8 2 ． 5 2 8 4 6 4 9 5 9 5 ． 5 1 5 ． S 1 6 ． 5 23 ． 5 1 0 3 3 0 7 4 01 E 日 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 O月 在低的油水比例下 见表 4 ，乳化剂在加量 1 ． 2 时就可以产生 3 0 0 V 以上的破乳电压 。可见，在 低 油水 比例 时也具 有低 的乳化 剂加量 极 限值 。 2 ． 5 超低 加量乳 化剂油 基钻 井液 的侵 污性能 基本配方为3 白油 2 8 0 ml 0 ． 5 ～2 ． 8 乳化剂 NR2 ． 5 c a O2 ． 5 有机土1 ． 5 ％降滤失剂 J S A3 0 C a C 1 z 水溶 液 1 2 0 ml 加重 剂 重 晶石 。密度 p 一1 ． 2 g ／ c m。 ；油水 比例 为 7 0 3 0 ；热滚 老化 条 件为 1 5 0 ℃ 1 6 h ；滚后 流变 性测 试温 度为 5 O ℃ 。 2 ． 5 ． 1 1 0 ％海水 侵污 时乳化 剂加 量变 化评 价 由表 5可 以看 出 ，在 海水 侵污 1 O 的 情况 下 ，由于油 水 比例 下 降 ，乳 液 的稳 定 性 受到 影 响 ，破乳 电压下降，但是在 2 ． 8 的乳化剂加量时 ，其破乳电压仍然可以达到 3 0 0 V 以上 ，满足现场作业对乳液 稳 定性 的要 求 。 表 5 1 0 ％海水侵 污时乳化剂加量变化评价 2 ． 5 ． 2 1 0％粘 土侵 污时乳 化剂 加量 变化 评价 钻井作 业过程 中的泥岩 粘 土侵污 对油 基钻 井液 的性 能影 响较 大 ，这 种影 响 主要体 现在 乳化剂被 粘土 大量吸附导致乳液失稳 ，从表 6与表 2的结果 比较发现，油基钻井液受到侵污后 ，破乳电压均大幅下 降，但是，受到 1 0 ％粘土侵污的情况下，2 ． O ％的乳化剂加量仍然具有 3 5 8 V的稳定性 ，显示了较好的 抗侵 污效果 。 表 6 l O ％粘 土侵污时乳化剂加量变化评价 3 结 论 1 乳化剂 NR加量为 1 ． 2 ％时 ，油包水钻井液体系具有 良好的稳定性能，体现了乳化剂高效、极 低加量的特点 ，突破了乳化剂的加量极限。 2 采用乳化剂 NR配制的油包水钻井液体系电稳定性强、高温高压滤失量低 ，同时具有油水 比可 调 ，抗侵污性能优 良等特点。 [ 参考文献] I t ]许明标 ，邢耀辉，肖兴金 等 ．酯基钻井液性能研究 [ J ]．油田化 学，2 O O l ，1 8 2 1 0 8 ～1 1 o ． [ 2 ]许明标，张娜 ，王昌军 等 ．聚 a 一烯烃合成基深水钻井液体 系性能研究 [ J ]．江汉石油学 院学报 ，2 0 0 4 ，2 6 4 1 1 2 1 1 3 ． [ 3 3许 明标，张春阳 ，龚纯武 等 ．一种简化 现场作业 的高性能油基钻井液 [ J ]．石油天然气学报 ，2 0 0 8 ，3 0 3 1 2 0 ～1 2 2 ． [ 4 ]龚纯武 ，许明标 ．低乳化剂加量气制油基钻井液体系优化评价 口]．长江大学学报 自然科学版 ，2 0 0 8 ，5 3 3 5 3 6 。 E 5 ]黄汉仁 ．杨坤鹏 ，罗平亚 ． 钻井液工艺原理 [ M]．北京 石油工业出版社，】 9 8 1 ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m