一种环保非水基钻井液体系的构建及其性能评价

为满足日益严苛的环保要求,通过测试乳化剂、内相盐、基液等的生物毒性及降解性,研究植物油酸及其酯 类衍生物类乳化剂BIO-EMUL与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL形成的油包水乳液的电稳定性、乳化效 率以及BIO-EMUL 与BIO-COAT 复配乳化剂溶液与BIO-OIL 间的界面张力和界面流变性,以BIO-EMUL 和 BIO-COAT为基础,结合基液BIO-OIL 以及乙酸钠溶液,构建了一种环保非水基钻井液体系,并研究了该钻井液 的基本性能和抗污染能力。结果表明,BIO-EMUL、BIO-COAT能有效降低油/水界面张力,形成破乳电压达350 V,乳化效率达95%的油包水乳液。该体系的LC₅₀为28 200 mg/L,BOD₅/COD_Cr＞0.25,是生物毒性低,降解性良 好的环境友好型油包水乳液。配制的钻井液体系适用密度范围广,抗污染能力强,为今后环保非基钻井液体系 及材料的研究提供了基础。     

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。     

油基钻井液新型高效乳化剂的研制与评价

为提高油基钻井液用乳化剂的抗高温能力及稳定性,以双酚F、氯磺酸、乙醇胺等为主要原料,通过醚化反应、磺化反应和酯化反应合成一种新型亲油性乳化剂NGE-1。利用FTIR表征其分子结构,并通过测定油水界面张力和电稳定性,分析了该乳化剂性能及乳状液的稳定性。结果表明,合成的乳化剂结构中含有预先设计的基团,乳化剂NGE-1降低油水界面张力能力明显,乳化稳定性能良好,在200℃高温老化条件下破乳电压可达到580 V,且老化静置24 h后乳化率可达96%。在该乳化剂基础上,通过优选其他处理剂,构建了新型油基钻井液体系并进行性能评价,研制了一套密度达2.4 g/cm3、抗温能力可达200℃、同时可抗15%盐侵的油基钻井液体系。      

影响旋滴技术测量油／水界面张力的因素

本文用 Texas-500型旋滴界面张力仪研究了油和溶有表面活性剂的地层水体系的界面张力。讨论了旋转时间、转速、温度、表面活性剂增溶作用以及杂质等因素对界面张力测量的影响,给出了旋滴法测量油/水界面张力的最佳条件。     

微乳液型油基钻井液冲洗液技术

为了高效清除井壁及套管壁上残留的油基钻井液、提高水泥环与环空界面胶结强度,根据表面活性剂盐水溶液与油接触后表面活性剂组装形成油水界面膜包裹油相而原位形成微乳液的原理,以琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸钠(AOT)、异构十三醇聚氧乙烯醚(AEO5-13)的复配体系为主表面活性剂,以柴油或白油为油相制备微乳液,通过考察微乳液增溶参数、界面张力等主要性能指标,确定了微乳液型冲洗液配方:KCl盐水(清洗柴油基钻井液时质量分数为7%,清洗白油基钻井液时质量分数为10%)+4%AOT+3%AEO5-13+6%正丁醇,并评价了该冲洗液的润湿反转能力、冲洗效率及与钻井液和水泥浆的相容性。研究结果表明,随盐度增加,微乳液相态经历Winsor Ⅰ型到Winsor Ⅲ型再到Winsor Ⅱ型的转变,Winsor Ⅲ型微乳液具有最佳的增溶参数和界面活性,形成Winsor Ⅲ型柴油微乳液及白油微乳液的最佳盐度分别为7%和10%。微乳液型冲洗液的润湿反转能力强、冲洗性能优越,7 min对油基钻井液冲洗效率达95%以上,且与钻井液及水泥浆的相容性好。     

生物基两性离子型表面活性剂在不同驱油体系中的乳化稳定动力学

为探索生物基两性离子型表面活性剂（CNBS）在矿化度高于5 g/L体系中的驱油性能,研究该表面活性剂在不同驱油体系中的界面活性和乳化稳定动力学。结果表明,当该表面活性剂质量浓度为1.29 g/L、矿化度为32 g/L、NaOH质量分数为2.5%时,形成稳定W/O型乳状液,油/水界面张力降低至9.60×10^-4mN/m。当体系中总含水体积分数在40%～80%范围时,表面活性剂的加入有利于形成W/O型乳状液,且表面活性剂浓度是影响模拟乳状液稳定动力学的关键因素;随其浓度增大,模拟乳状液的破裂速率常数降低、半衰期和油相含水率增大,模拟乳状液的稳定性增强;当表面活性剂质量浓度为1.50 g/L,模拟乳状液稳定性最好。该表面活性剂与NaOH和黏均相对分子质量为2.5×10⁷的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）具有良好的协同效应,当表面活性剂浓度较低时,三元体系形成稳定W/O型乳状液。分子动力学模拟结果表明,油/水中加入该表面活性剂可使油/水界面膜厚度增大、界面能降低,形成稳定的乳状液;体系中加入NaCl和NaOH,油/水界面膜厚度和界面能均降低,乳状液的稳定性增强。     

油／水界面张力快速测定方法的研究及应用

为了简便、快速、可靠地测定表面活性剂对原油/水界面张力的影响,室内根据滴体积法原理建立了一套快速测定油/水界面张力的装置,并对该装置测定结果的影响因素、平行性及可靠性进行了检验。结果表明,滴落速度对测定结果的影响较大,滴落速度应≥5秒/滴。该方法平行性较好,相对误差小于2%,苯/水体系测定误差小于1%,可以用于测定油/水体系界面张力。室内用该方法考察了生物表面活性剂、鼠李糖脂工业品、化学防蜡剂加量对原油/水界面张力的影响,得到3种药剂的最佳加药量分别为5%、4%、4%,相同加量下的药剂界面活性顺序为:化学防蜡剂>生物表面活性剂>鼠李糖脂工业品。图1表5参4     

一种驱油用疏水缔合聚丙烯酰胺的乳化性能

 研究了含疏水缔合聚丙烯酰胺(HAP)的O/W型乳状液的析水率和粒度分布,探讨了聚合物溶液/油体积比(V(HAP solution)/V(Oil))对乳状液稳定性的影响规律。采用扫描电镜和动态光散射仪分析了HAP溶液的形态。结合HAP对油-水界面张力、乳状液黏度以及增溶性影响的研究,探讨了HAP的乳化性能。结果表明,O/W乳状液中HAP的质量浓度越高,乳状液越稳定。当HAP质量浓度在1000 mg/L以下时,HAP能吸附在油-水界面上,降低油-水界面张力,体系中存在的单分子胶束对油具有一定的增溶效果,内部形成的空间网状结构对油滴的聚并产生空间位阻,使得乳状液稳定。当HAP质量浓度在1000 mg/L以上时,HAP在油-水界面形成紧密排列,油-水界面张力达到最低值,同时体系内部形成超分子的空间网络结构,产生更强的空间位阻;超分子的空间网络中形成的许多非极性腔体空间对油具有强的增溶能力,乳状液就更加稳定性。     

无土相油基钻井液的研究与应用

为解决无土相油基钻井液电稳定性差、油水极易分层的问题,研发出一种兼具润湿作用的新型复合型乳化剂G326-HEM,该剂以由高分子量脂肪酸、有机伯胺为主要原料合成的脂肪酸酰胺作主剂,该主剂具有亲油及亲水2个基团,可以在油水界面形成具有一定黏弹性的界面膜,显著降低界面张力;辅助增效剂为优选出的天然植物脂肪酸,可与体系中过量的石灰反应,生成的产物可在油水界面锲行排列,配合主剂形成油包水乳状液。以G326-HEM 为乳化剂配制的无土相油基钻井液性能稳定,抗温可达180 ℃,密度可达2.50 g/cm3,可抗10%NaCl 盐水或15% 岩屑的污染,乳化稳定性好,用矿物油或合成油均可配制。在ZT-21 井获得了成功应用,解决了以往含土相油基钻井液在高密度条件下暴露出的流变性差、起下钻不畅、易发生压差卡钻、易诱发井漏等难题。指出,无土相油基钻井液由于当量循环
密度低,在高密度条件下相对于含土相油基钻井液更具优势,尤其在高压易漏地层具有更好的应用效果。      

纳米乳液型冲洗隔离液体系构建及性能评价

油基钻井液已广泛应用在非常规井钻井施工中，如何有效清除钻井液及泥饼，为水泥浆提供适合的胶结环境，是使用油基钻井液钻井后固井面临的关键难题。纳米乳液界面张力低、液滴粒径小、增溶能力强，是一项油基钻井液冲洗新技术。以冲洗效率及乳液粒径为评价标准，优选了冲洗油基钻井液的纳米乳液，通过稳定性、电位、粒径测试，分析了纳米乳液同隔离液处理剂的配伍性，最终构建了一套纳米乳液型冲洗隔离液体系。研究表明，随着烷基糖苷和聚氧乙烯醚2种表面活性剂复配比从2∶8到9∶1，纳米乳液冲洗效率先增加后降低，粒径先减小后增大。纳米乳液高冲洗效率与小粒径的一致性，为优选兼具高冲洗效率及动力学稳定性的乳液提供了理论基础。少量聚合物类外加剂会增加乳液黏度和油水界面张力，但对纳米乳液的稳定性影响并不显著；带相反电荷的表面活性剂会降低纳米乳液液滴的Zeta电位，导致纳米乳液稳定性下降。常规处理剂可直接用于调控纳米乳液性能，制备纳米乳液型冲洗隔离液。构建的隔离液体系在100℃内流变性恒定、沉降稳定性高，与水泥浆相容性好，120℃下3 min冲洗效率达99%以上，能显著提高使用油基钻井液后固井的胶结强度。