油基钻井液用固体乳化剂的研制与评价

为解决油基钻井液常用液态乳化剂黏度高、流动性差,而常见固体乳化剂乳化效果差、制备步骤复杂的问题,通过简单的酰胺化反应制备了乳化能力强的油基钻井液用固体乳化剂EmuL-S。利用红外光谱分析了其结构,通过电稳定性、乳化率、析液量以及光学显微镜等手段考察了其乳化性能,并评价了以该乳化剂为基础配制的油基钻井液的性能。结果表明:固体乳化剂EmuL-S中含有设计要求的基团;当油水比为80∶20、固体乳化剂EmuL-S加量为3.3%时,形成的油包水乳状液的破乳电压大于1 000 V,乳化率大于90%,析液量小于0.7 mL,而且能抗180℃的高温;以固体乳化剂EmuL-S为基础配制的油基钻井液,密度最高可达到2.0 kg/L,抗温能力达到180℃,沉降稳定性高、流变性能优异,动塑比在0.21以上,破乳电压大于800 V,能抗15%水、15%劣质土、9%岩屑以及9% CaCl2的污染。研究表明,固体乳化剂EmuL-S具有优异的乳化能力和抗高温能力,并且具有制备简单、易于工业化生产的特点,可以解决现有乳化剂存在的问题。      

油基钻井液高温乳化剂的制备与性能评价

为了提高油基钻井液用乳化剂的抗温性,以植物油酸、二乙烯三胺、马来酸酐为主要原料,制备了油基钻井 液高温主乳化剂（PF-EMUL HT）和辅乳化剂（PF-COAT HT）。利用红外光谱和热重分析表征了2 种乳化剂的分 子结构及耐温性。通过测定动态界面张力、乳化效率和乳液电稳定性,分析了2 种乳化剂的乳化能力及抗温能 力,提出了可能的乳化机理。同时,研究了乳化剂加量、油水比、温度和密度对所配制钻井液的影响。结果表明, PF-EMUL HT具有酰胺化基团,PF-COAT HT具有酰胺基、羧基等多官能团结构。2 种乳化剂均能有效降低油水 界面张力,二者复配制得的乳液经232 ℃高温老化后的破乳电压大于370 V,乳化效率为96%。配制的油基钻井 液在150～232 ℃、油水比为60∶40～90∶10 的条件下老化后均具有良好的稳定性,可满足高温高压井、定向井等 的作业需求。     

油包水钻井液用乳化剂的研制

为提高油包水钻井液的稳定性,采用有机酸、烷醇酰胺和聚醚羧酸盐3种表面活性剂制备了一种新型抗高温乳化剂YJR-1。采用破乳电压法和近红外扫描法评价了YJR-1的乳化性能,并考察了YJR-1的抗高温老化性能和油水比对其乳化效果的影响,分析了YJR-1的作用机理。实验结果表明,YJR-1的乳化性能良好,能抗200℃高温陈化;随油水比的减小,其乳化性能未明显降低,所配制的油水体积比为6∶4的钻井液在150℃下老化16 h后,破乳电压仍达302 V。YJR-1主要通过大幅度降低油水界面张力,并在油水界面形成高强度的界面膜来维持钻井液体系的稳定性。     

低密度海水水包油钻井液的研制

针对低压油气层和欠平衡钻井,以海水为外相,以生物毒性低、闪点高的矿物油(5#白油)为内相,采用抗温性和乳化能力强的表面活性剂作为乳化剂,研制了抗高温海水水包油钻井液体系,并对其性能进行了评价。试验结果表明,该钻井液具有乳化稳定性强、抗温稳定性好、储层保护效果好等特点,适合于渤海湾地区潜山地层深井钻探。     

抗高温水包油乳化钻井液体系性能研究

针对目前水包油乳化钻井液在深部地层钻井中出现的抗温能力不足的问题,室内用自制的抗高温两性离子乳化剂SKT-1、辅助乳化剂Span-80、抗高温增黏剂Dristemp、降滤失剂磺化酚醛树脂(SMP-I)和两性离子包被剂FA-367等配制了抗高温水包油乳化钻井液,研究了钻井液的稳定性、抗温性、高温高压流变性和抗污染能力。研究结果表明,抗高温水包油乳化钻井液最佳配方为:2%钠膨润土+2.5%SMP-I+0.2%Dristemp+0.2%FA-367+0.2%NaOH+2%乳化剂(SKT-1∶Span-80=3∶1)+0.5%硬脂酸铝,清水、柴油体积比5∶5。该钻井液体系流变性良好,密度可在0.90~0.98 g/cm~3范围内调节,抗温达210℃,且稳定性良好;该体系对油气层损害小,可抗20%水污染、20%油污染、2%氯化钠污染和15%钻屑污染,能满足深部地层钻井的要求。     

钻井液固体微粒在油/水/表面活性剂体系中的乳化作用

研究了钻井液、完井液中常见的固体微粒在不同条件下对表面活性剂存在的油水体系的乳化稳定作用,并对两种测定乳化稳定性的实验方法进行了对比。结果表明,油湿颗粒能稳定油包水乳状液,中性润湿的固体微粒既可以稳定油包水型又可以穗定水包油型乳状液,而水湿颗粒的乳化情况比较复杂。在一定条件下,某些固体微粒能够代替或部分代替表面活性剂而用于油包水或水包油乳化钻井液中。     

油基钻井液用粉状乳化剂性能评价

采用2,6-二氨基吡啶、有机胺、有机酸合成了油基钻井液用固体粉状乳化剂,该乳化剂熔点为120℃,HLB值为1.7,为玻璃态固体,易于粉碎。通过红外光谱对该乳化剂分子结构进行表征,从—CONH2吸收峰看出,合成过程中发生了酰胺化反应。对乳化剂在不同油水比钻井液中的乳化能力和柴油基、白油基钻井液配制效果进行了性能评价。结果表明,乳化剂的加量为3%时,其在不同油水比钻井液中具有良好的乳液稳定性,当油水比为7∶3时,乳液破乳电压大于600 V,乳化率为100%;抗温达180℃,钻井液破乳电压为625 V,提高黏度和切力效果好,动塑比在0.30 Pa/m Pa·s以上;热稳定性好,在150℃下连续老化48 h,流变性基本无变化,破乳电压大于700 V,表明该固体粉状乳化剂具有良好的乳化和抗高温性能。     

抗温抗污染油基钻井液乳化剂的研制及在阳101区块的应用

针对页岩气地层埋深不断增加和其它工作液因施工不当侵入油基钻井液体系中导致其性能下降,且目前市场上的乳化剂不能很好的解决此问题,开展抗温抗污染乳化剂的研究。以天然松香酸、多烯多胺、马来酸酐为主要原料,通过酰胺化、Diels-Alder两步法反应合成一种抗高温抗污染乳化剂NY-4。对NY-4进行结构表征、性能评价及机理分析。红外图谱分析表明松香酸、多烯多胺及马来酸酐均参与了反应,使乳化剂具有抗高温抗污染结构基团。乳化剂加量为3%～5%时可配制出油水比为60:40至90:10、密度为1.50～2.71 g/cm3的油基钻井液,该剂配出的油基钻井液抗温可达230℃;密度为2.3 g/cm³时,在230℃下静置5 d,沉降因子SF小于0.51;抗岩屑污染为10%,抗现场水基钻井液、水泥浆前置液和水泥浆侵污为8%。通过在阳101H2-8井的应用,该乳化剂能够在185℃温度下保持钻井液性能的稳定,协助钻井工程刷新了当时中国石油页岩气井深、储层埋深4 000 m以深水平位移最长两项记录。     

混合乳化剂的优选及抗高低温水包油钻井液的研制

O/W乳化钻井液用的阴离子/非离子混合乳化剂,其中的非离子乳化剂先用PIT法初选,再以O/W乳状液黏度为性能指标,用HLB法选定,其中的阴离子乳化剂也用HLB法筛选。选定的一对非离子和阴离子乳化剂按不同比例复配,利用混合表面活性剂HLB值的加和性原理,由O/W乳状液黏度-HLB值关系确定二者最佳配比。O/W乳化钻井液以体积比70/30的柴油 原油为油相,油水相体积比40/60-60/40,乳化剂加量为油水总体积的4%-7%,加入的主要处理剂有:一种代替膨润土的成胶剂,抗高温液体抑制剂,油溶性储层保护剂,降滤失剂等。该钻井液在180℃、最高压力2.5 MPa下热处理24小时或在-26℃冷冻24小时后解冻,均不发生破乳,性能不恶化;用-26℃冷冻7天的乳化剂配制的钻井液,常温和热处理后性能良好。该钻井液流变性能良好,动塑比0.23-0.60,静切力2-8/2-10 Pa,滤失量为零,抑制性良好。图1表3参4。     

水包油钻井液体系乳化剂优选的实验研究

水包油钻井液体系配制方法简单,抗温能力强,流动性好,滤失量低,稳定井壁能力较强,抗水油侵能力强,对储层伤害小,不影响电测和核磁测井,对环境污染小。乳化剂是决定形成何种类型乳状液的最重要因素,合理选择乳化剂是形成乳状液体系稳定的关键。文章对水包油钻井液体系的4种乳化剂FPR、AEO3、OP-10、T-60进行了电导率测定,粒度测定,静置观察实验,研究了FPR、AEO3、OP-10、T-604种乳化剂的稳定效果和乳化效果。研究发现,乳化剂FPR的乳化效果和稳定效果最佳,适合于配制水包油钻井液体系。     

如何更好地发挥钻井液效能

简要介绍了钻井液主要功效。根据系统工程原理，提出钻井液使用过程中需解决好五个关系问题。同时指出，正确发挥钻井液在现场使用效能，是进行安全、优质、快速钻井的前提，有利于保护油气层、提高钻井水平和降低钻井成本。     

用作钻井液和完井液的甲酸盐溶液

甲酸盐钻井液是2080上代开发研制的,由于价格贵,化源窄,货源窄,缺乏专业生产供应和服务公司,所以在当时应用并不广泛,现在由于生产厂家大增,且甲酸盐钻井液回收处理再利用获得成功,尤其是在许多试验井成功使用,使这一钻井,完井液体系受到普遍重视,甲酸盐钻井液的主要特性是低摩阻,低腐蚀性,抗高温,密度,良好的页岩抑制性,良好的溶垢性能和良好的配伍性,相容性,文中对甲酸的制备方法和甲酸盐溶液的配方,净化,循环再使用进行详细介绍。     

可逆转乳化钻井液乳化剂的研究

根据可逆转乳化钻井液体系的性能要求,对其乳化剂体系进行了研究。优选出酸接触可逆转的有机胺类主乳化剂HN408,可提高乳液稳定性的助乳化剂RSE,以及有助于稳定乳液并能改善酸转相后水包油体系流变性的助表面活性剂RSO。确定了各乳化剂的最佳加量为：HN4082％,RSE1％,RSO0．4％。由此建立了可逆转乳化钻井液体系,该体系在酸转相前后,均具有良好的流变性、热稳定性及较低的高温高压滤失量。     

可循环微泡沫钻井液的研制

在研究发泡剂及稳泡剂组分及性能的基础上研制出2种可循环使用的淡水微泡沫钻井液,其密度范围为0.66～0.9g·cm~(-3)。此外,还研制出一种适用于海上油田的海水微泡沫钻井液。     

甲酸盐钻井液体系在大庆开发井的推广应用

通过对甲酸盐保护储层的研究和钻井液处理剂的评价，研制出了适合大庆开发井应用的甲酸盐钻井液配方，并对该配方保护储层的能力进行了评价。甲酸盐是一种有机酸的羧酸盐，在水溶液中以Na^＋（K^＋、Cs^＋）和HCOO^-的离子存在，除了具有Na^＋、K^＋的作用外，还具有HCOO^-的独特作用。经现场应用表明，甲酸盐钻井液是一种抑制性强、稳定井壁效果好，有利于储层保护的体系；甲酸盐钻井液能够满足3200m以内勘探、开发钻井的需要，并能满足各种尺寸井眼的钻井作业要求。     

一种用作钻井液增黏剂的反相微乳液的性能研究

以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）为单体,采用反相微乳液聚合合成了微乳液型钻井液增黏剂AM/AA/AMPS/DMAM。该增黏剂直接以微乳液的形式加入到钻井液体系中,当加量达到0.6%时（30℃）,钻井液的表观黏度（AV）、塑性黏度（PV）、动切力（YP）和滤失量（FL）分别为26.5 mPa·s、16.0 mPa·s、10.5 Pa和14.2 mL。随热滚温度的升高,含1.0%增黏剂钻井液的AV、PV、YP均呈下降趋势,FL增大,但在150℃内的变化较小,耐温性较好。含2.0%增黏剂钻井液抗NaCl侵可达饱和,抗CaCl₂侵可达0.6%。该反相微乳液增黏剂与常规的钻井液增黏剂80A-51相比,其耐温抗盐性能有了较大幅度的提高。图1表6参6     

硅酸盐钻井液体系的研究与应用

硅酸盐钻井液被普遍认为是最具发展前景的水基钻井液体系之一。为更好地解决井壁失稳的问题,近年来,国内外一些研究机构将研究开发重点转向具有良好防塌性能,不污染环境,材料费用低等优点的硅酸盐钻井液体系。着重阐述了硅酸盐模数、加量、有机处理剂的类型、pH值等因素对硅酸盐钻井液体系性能的影响。同时,对一种优质硅酸盐钻井液——SILDRIL体系的组成、性能及现场应用情况进行了讨论,为今后进一步应用好该体系提供了经验。     

油基钻井液用CET乳化剂的研制

利用引进的俄罗斯专利技术,使用国内油脂加工废料与有机碱为原料,合成了油基钻井液用可降解乳化剂CET;制备了CET油基钻井液(CET体系),与大庆现用油基钻井液(大庆体系)进行了组成、基本性能对比。CET体系不含润湿剂,组分数较少(因而生产成本较低),滤失量较低,破乳电压较高(即乳化稳定性较好)。油水比7:3的CET体系和加入2%有机胺稳定剂的油水比6:4的CET体系,破乳电压均在300 V以上;有机土加量增大使破乳电压、视黏度有一定幅度增加,磺化沥青加量增加的影响较小;油水比8:2的CET体系抗黏土(1%~4%)、地层水(1%~4%)污染的能力与大庆体系相当。图1表5参1。