油基钻井液用抗高温乳化剂的合成及性能

采用有机胺、有机酸和第三单体合成了抗高温油基钻井液用乳化剂,考察HLB值、胺值、酸值和黏度对乳化剂在高温下乳化能力的影响,并确定了合成条件。评价了合成乳化剂在高温下不同油水比基液的乳化能力,并与现有抗高温乳化剂进行对比。结果表明,在210℃下,不同油水比基液的乳化率为100%,油水比7∶3时,破乳电压为651 V,流变性能好且乳液稳定;高温老化48 h后,钻井液性能无变化,乳化性能优于现有抗高温乳化剂,说明合成乳化剂配制的乳状液及乳化钻井液具有良好的稳定性和抗高温能力。     

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。      

抗高温油基钻井液主乳化剂的合成与评价

以妥尔油脂肪酸和马来酸酐为主要原料合成了一种油基钻井液抗高温主乳化剂HT-MUL,并确定了妥尔油脂肪酸单体的最佳酸值及马来酸酐单体的最优加量。对HT-MUL进行了单剂评价,结果表明HT-MUL的乳化能力良好,配制的油水比为60:40的油包水乳液的破乳电压最高可达490 V,90:10的乳液破乳电压最高可达1000 V。从抗温性、滤失性、乳化率方面对HT-MUL和国内外同类产品进行了对比,结果表明HT-MUL配制的乳液破乳电压更大、滤失量更小、乳化率更高,整体性能优于国内外同类产品。应用主乳化剂HT-MUL配制了高密度的油基钻井液,其性能评价表明体系的基本性能良好,在220℃高温热滚后、破乳电压高达800 V,滤失量低于5 mL。HT-MUL配制的油基钻井液具有良好的抗高温性和乳化稳定性。      

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。      

油基钻井液用改性锂皂石增黏提切剂

以正辛基三乙氧基硅烷和锂皂石为原料,利用溶胶-凝胶法一步合成了油基钻井液用增黏提切剂改性锂皂石MLap-1,分别利用红外光谱、热重分析、透射电镜和表面润湿性对其单体进行表征,证明其合成成功。通过对改性锂皂石MLap-1单剂评价发现,该剂能够提高油水比为80∶20乳液的乳化效率和破乳电压,在0.3%加量下,乳液破乳电压值达到1200 V以上,使得乳液的表观黏度和动切力由12 mPa·s和0 Pa增大至23 mPa·s和10 Pa,同时能够抗200 ℃高温。以改性锂皂石MLap-1为基础构建的高密度油基钻井液在200 ℃老化后,其动切力维持在4 Pa以上,低剪切速率切力维持在3 Pa以上,破乳电压高于1000 V,滤失量低于5.0 mL,很好地维护了钻井液的悬浮稳定性,保持了良好的乳化稳定性和降滤失效果。为油基钻井液进一步钻探深井、超深井提供了技术支持。      

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。     

抗高温气制油基钻井液用乳化剂的研制和性能评价

利用与气制油具有较好互溶性的有机酸NAA分别与具有多反应节点的链状有机胺NAM-1和NAM-2发生酰胺化反应,制备了气制油基钻井液用抗高温主、辅乳化剂 采用FTIR、乳化率、电稳定性和气制油钻井液配方对主、辅乳化剂进行了表征和性能评价,结果表明:在主、辅乳化剂的合成过程中发生了酰胺化反应,该梳型弧状乳化剂分子量较传统的乳化剂大幅度增大;主、辅乳化剂总加量为2％(配比为1:1)时配制的气制油包水乳液,在220℃的高温条件下乳化率为83％,破乳电压为508V;主、辅乳化剂加量均为25kg/m3时配制的密度为2.3g/cm3的气制油基钻井液,在温度为220℃时破乳电压为1048V.说明制备的乳化剂具有良好的乳化和抗高温性能.     

一种高效油基钻井液乳化剂的加量极限

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120℃×16h热滚老化后,钻井液体系的破乳电压可以达到520V,高温高压滤失量为4.7ml;在150℃热滚老化后,仍具有498V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。     

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。     

抗高温油包水型乳化剂的研制与应用

提高乳化剂的抗温能力是目前抗高温油基钻井液发展面临的技术难题之一.通过对表面活性剂的优选和复配,研制出了一种适用于白油的抗高温油包水型乳化剂,其中的主乳化剂由多元醇酯类与长链烷基脂肪酸类等3种表面活性剂组成,辅乳化剂由2种脂肪酸盐类表面活性剂组成,主、辅乳化剂的复配比例为4∶1.通过电稳定性评价法、乳化率评价法、离心评价法、高温老化实验以及显微镜技术,系统考察了该乳化剂的性能及其乳状液的稳定性.研究结果表明:由该乳化剂配制的乳状液,在60/40～90/10的油水比范围内、在120～220℃的温度范围内,破乳电压值高(＞850V),乳化率高(＞87.0％),析液量低(＜1.0 mL),而且乳状液液滴尺寸分布均匀.以该乳化剂为基础配制的抗高温白油基钻井液,在150～220℃范围内具有流变性良好、破乳电压值高、滤失量低、高温老化前后性能稳定的特点.     

一种环保油基钻井液体系

针对目前油基钻井液存在因所含矿物油和处理剂的生物毒性大,而被限制或禁止排放的问题,制备出生物毒性低的油基钻井液基油,合成高效低毒的一体化乳化剂和新型高凝胶改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了一套环保型油基钻井液体系。该钻井液体系的生物毒性LC₅₀达到15 000 mg/L以上,生物可降解性好;体系的流变性良好,破乳电压达到800 V以上,高温高压滤失量小于6 mL;钻井液体系能抗5%石膏、5%钻屑和15%盐水污染;该油基钻井液应用性良好,油水比可在60/40～90/10的范围内调节,密度可在1.25～2.0 g/cm3范围内调节,抗温可达220 ℃,高温稳定性良好。研究结果表明,环保型油基钻井液具有低毒环保、可降解等优势,抗污染、抗高温、稳定性强、可调节范围广,完全可满足较复杂地层和环境保护要求高区块对钻井液的要求。      

pH刺激响应型抗高温可逆转乳化剂研制与评价

针对油基钻井液在应用后期存在的滤饼难以清除和含油钻屑不易处理难题,基于pH刺激响应型乳化剂对乳状液类型的智能调控机制,以1-溴代长链烷烃R和二乙醇胺为原料,通过霍夫曼烷基化反应合成了一种pH响应可逆转乳化剂RE-HT,并以其为核心研制了一种抗高温可逆乳化钻井液。红外光谱分析和乳状液酸/碱触变实验结果表明,合成产物分子结构中含有pH响应性叔胺基团,可在酸/碱刺激下于油包水型乳化剂和水包油型乳化剂之间灵活切换,性能优于其余3种pH响应可逆转乳化剂。热重分析和电稳定性测试结果显示,RE-HT在空气氛围下的初始热分解温度高达257 ℃,含5%RE-HT的基础乳状液在220 ℃高温热滚后破乳电压达1098 V,表明其具有良好的热稳定性和乳化性能。研制的可逆乳化钻井液基础性能良好,在15%饱和盐水侵和15%泥页岩钻屑侵后依然可保持良好的流变与滤失性能,破乳电压高于850 V。同时酸洗后的滤饼清除率达98.98%,岩屑含油量低于1%,EC₅₀为2.05×105 mg/L,满足钻屑排放标准,在复杂深井钻井中有较好的应用前景。      

具核结构的油基钻井液封堵剂的研制

随着油气田开发的不断扩展,钻井难度逐渐增加,油基钻井液的使用率也逐渐增大。油基钻井液封堵能力对于预防井漏和井壁坍塌具有重要的作用。以丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸和苯乙烯等油溶性单体为原料,采用改进的乳液聚合工艺,以亲油型的改性石英粉为凝结核,合成了一种具核结构的丙烯酸树脂高分子材料,作为油基钻井液封堵剂。实验结果表明:该封堵剂对油基钻井液基浆流变性能影响很小,可大大改善油基钻井液基浆的滤失造壁性和乳液稳定性。岩心封堵实验说明合成的封堵剂对中低渗岩心具有较好的封堵效果和封堵质量,正反向封堵率都可以达到75%以上;突破压力实验反映合成的封堵剂具有较高的封堵强度,突破压力可达10 MPa以上。同时,该封堵剂具有优异的耐高温能力,老化前后,封堵率和封堵强度基本不变。与沥青类封堵剂对比实验得出,研发的封堵剂具有较大的优势。     

低密度水包原油钻井液的应用

介绍了一种新型高油水比(7:3)水包原油钻井液体系。对乳化剂及钻井液配方进行了优选,对水包原油钻井液的稳定性、抗温性、抗污染性进行了评价。结果表明,该钻井液具有密度低、滤失量低、润滑性好、抗温达120℃、流变性易调整等特性。在任平2井现场应用效果良好。     

有利于改进水包油钻井液性能的固体乳化剂的研制及应用

在水基泥浆中加入5—12%矿物油(或柴油)所形成的水包油钻井液已在胜利油田广泛应用于防止卡钻的发生。但在某些情况下,这种泥浆体系的乳化稳定性不能满足钻井作业的需要。为了克服这一缺点,研制出一种颗粒极细并具有特殊润湿性(弱亲水)的固体乳化剂,并已成功地应用于改进乳状液的稳定性和钻井液的其它性能。 在提出该项技术之前,对各种不溶于水的微细固体颗粒对水包油乳状液稳定性的影响进行了较深入的研究。这些颗粒状物质包括膨润土、有机土、高岭石粉、重晶石粉、两种颗粒尺寸不同的碳酸钙粉、两种具有不同润湿性的硅石粉以及新研制的固体乳化剂。为评价这些微粒对乳化稳定性的贡献,分别开展了乳状液稳定性实验和液滴聚并实验。使用静置12h后乳状液的体积和油/水滴的半衰期作为乳状液稳定性的评价指标。实验结果显示,对于给定的油/水体系,乳状液类型和稳定性取决于固体颗粒的类型、尺寸、浓度和润湿性,以及是否有表面活性剂存在。与其它类型的颗粒相比,固体乳化剂的微粒可为水包油乳状液提供最有效的稳定性。同时实验中发现,在某些情况下,固体乳化剂微粒还能有效地稳定油包水乳状液,因为其润湿性接近于中性。 目前,使用新研制的固体乳化剂稳定的水包油乳化泥浆已经成为胜利油田钻定向井和水平     

抗160℃超高密度柴油基钻井液体系

由于油气勘探开发逐步向深层、非常规等油气藏发展,要求采用抗高温超高密度油基钻井液钻进,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动/静沉降稳定性。研讨了抗160℃超高密度柴油基钻井液配方。通过大量实验得出,采用重晶石加重,无法配制出具有良好流变性能与动沉降稳定性能的超高密度柴油基钻井液;形成了抗160℃密度为2.4～3.0 g/cm3超高密度柴油基钻井液配方为,0#柴油与25%氯化钙盐水的质量比为90∶10,加入有机土+0.8%主乳化剂+1%辅乳化剂+1%润湿剂+5%降滤失剂+3% CaO+加重剂（重晶石∶MicroMax为6∶4）,其中有机土加量随钻井液密度增加而下降,密度为2.4、2.6、2.8和3.0 g/cm3的柴油基钻井液,最佳有机土加量分别为1%、0.5%、0.3%、0。      

基于乳状液转相技术的钻井液新体系室内研究

为有效解决油基钻井液应用中存在的固井质量较差、环境污染严重等问题,采用有机胺质子化可逆原理,赋予油基钻井液以乳化相态的可逆性,研制了一套可逆乳化钻井液体系。该钻井液体系的配方为5#白油+25.0%CaCl2溶液+1.0%有机土+0.5%石灰+1.0%润湿剂RS+4.0%乳化剂ET,油水比为50:50,密度为1.2 kg/L。通过室内试验对该钻井液体系进行了全面的性能评价,结果表明,通过酸触相反转和碱触相回转,可实现W/O型与O/W型间自由转换;且转换前后的钻井液性能良好:破乳电压达500~900 V,抗温达180 ℃,高温高压滤失量小于15 mL,流变性与传统逆乳化钻井液相当,可抗10%硫酸钙、20%钻屑污染,渗透率恢复率和滚动回收率都达90%以上,泥饼和含油钻屑更易处理。这说明,研制的可逆乳化钻井液体系兼备油基钻井液和水基钻井液的优点,且各项性能均为优良,能解决常规油基钻井液应用中存在的问题。