CTAB诱导膨润土乳液转相机理及其在可逆乳化油基钻井液中的应用

针对目前油基钻井液对油井完井损害问题,结合Pickering乳液高稳定性的特点,通过改变表面活性剂CTAB的浓度,采用原位活化工艺制备了具有不同表面润湿性的膨润土固体颗粒,研究了CTAB诱导膨润土乳液转相机理。Zeta电位及接触角的变化表征膨润土颗粒亲水、亲油性及表面润湿性的变化;膨润土乳液体系电导率及微观形貌的变化表征乳液转相行为。实验结果表明,通过改变CTAB浓度可实现对膨润土颗粒表面润湿性的改变,进而诱导膨润土乳液发生两次相转变行为。应用性能研究表明,该可逆乳化油基钻井液体系热稳定性良好,滤失量小,解决了传统油基钻井液对油井完井的损害问题。     

DSW-S纳米颗粒对油基钻井液的稳定作用

为获得高性能油基钻井液,采用疏水改性二氧化硅类纳米颗粒材料DSW-S提高油基钻井液的稳定性,研究了DSW-S的微观形态与疏水性,考察了DSW-S加量对油基钻井液流变性和电稳定性的影响,分析了纳米材料稳定钻井液的作用机理。结果表明:疏水的DSW-S纳米颗粒有助于稳定W/O乳液,可使油基钻井液黏度和切力增加。3%DSW-S即可使油基钻井液的破乳电压从318 V增至535 V,使钻井液的乳化稳定性大幅提高,有助于油基钻井液在页岩地层的安全快速钻进。     

羧基纳米纤维素乳液性能测试及驱油效率研究

为了开发稳定、绿色、高效的乳液驱油体系，选取3种不同长径比羧基纳米纤维素(CCNF-1、CCNF-2和CCNF-3)作为乳化剂，进行乳液驱油试验研究。通过透射电子显微镜观察了不同长径比羧基纳米纤维素的形貌，采用光学显微镜和乳液稳定性分析测试仪考察了不同长径比羧基纳米纤维素乳液的稳定性，应用旋转流变仪评价了不同长径比羧基纤维素水分散液和乳液的流变行为，最后通过岩心驱替试验评价了羧基纳米纤维素乳液的驱油潜力。研究结果表明：3种不同长径比的羧基纳米纤维素均能与正辛烷形成稳定的Pickering乳液；在质量分数为0.4%时，CCNF-2具有最好的乳化性能；同时CCNF-2稳定的乳液稳定性也最好，在180 min内，乳液稳定性指数(TSI)仅增长了0.50。稳态流变测试还表明，CCNF-2水分散液及其稳定的乳液黏度最大。由于CCNF-2具有最大的长径比，其分子之间相互纠结缠绕导致其黏度增大。此外，CCNF-2的羧基与排列或交联的CCNF-2之间有更多的氢键可以增强在油水界面吸附层的三维网络结构的强度。岩心驱替结果表明，CCNF-2乳液具有更好的驱油潜力，乳液注入阶段采收率提高14.7%。因此CC...     

原位活化纳米材料提高油基钻井液乳化稳定性研究

根据纳米颗粒材料可以提高乳状液稳定性的基本原理,将提高乳状液稳定性的纳米颗粒材料引入到油基钻井液中。研究了纳米颗粒材料与原位活化纳米颗粒材料的性质,他们提高油基钻井液乳化稳定性的程度,及其他们加入密度为2.1 g/cm3 的油基钻井液后的综合性能变化。结果表明,原位活化的纳米颗粒材料小于100 nm 并可以在油相中分散,随着原位活化纳米颗粒材料加量的增加,油基钻井液破乳电压稳定性也增加,最大增加幅度可达1 倍;添加了0.5% 的原位活化纳米颗粒材料的高密度油基钻井液,在120 ℃条件下老化16 h 后与未添加原位活化纳米颗粒材料相比,破乳电压从479 V 提高到773 V,高温高压降滤失性能从8.4 mL 降低到3.8 mL。      

水对硫酸钡颗粒-气制油悬浮液的影响

针对加重材料的分散状态对油基钻井液的流变性能有较大影响,以脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸（C₁₂E₉Ac）为分散剂,BaSO₄颗粒为分散相,气制油为分散介质,探讨了水对悬浮体系中颗粒沉降稳定性和体系黏度的影响。结果表明,随着水加量的增加,可以使分散颗粒间由以排斥力为主导转化为以吸引力为主导,当水加量小于0.5%（占BaSO₄颗粒质量的百分数）时,悬浮液体系的沉降稳定性和黏度几乎不受影响,且再分散性提高;当加量为0.5%～2.5%时,水不仅可以使悬浮液体系中颗粒发生聚集,并且聚集形成的“大颗粒”也在水桥作用下连接在一起,形成复杂的网络结构;当加量大于25%时,悬浮液体系中部分颗粒已处于水相中,使颗粒的网络结构减少,导致悬浮液的黏度降低。因此,向C₁₂E₉Ac稳定的悬浮液中引入适量水,能够实现在分散稳定性和黏度几乎不发生变化的前提下,提高沉积物的再分散性,为调控油基钻井液中颗粒沉降稳定性提供了研究方法。      

乳液和乳化技术及其在钻井液完井液中的应用

本文对乳液和乳液稳定性特征进行了探讨，综述了乳液的分类和应用，并对乳液及乳化技术在钻井和完井液中的应用进行了总结，将其分为4类：油基钻井液体系、合成基钻井液乳液体系、外加乳液处理剂以及钻井液循环中形成的乳液。研究发现，石蜡纳米乳液对基浆的流变学性能影响不大，具有良好的粘土分散抑制性和较强的页岩分散抑制性，同时还具有突出的润滑性能和良好的油层保护性能。现场应用效果表明，这种乳液体系能够增强钻井液的润滑性能，起下钻正常，技术套管下入顺利，在水平井施工中钻具扭矩小，井壁稳定，动塑比高，无卡钻现象出现。从室内实验和现场应用看出，石蜡纳米乳液是一种性能突出的多功能处理剂，可能成为钻井液处理剂未来发展的一个方向。     

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。     

油基钻井液用乳化剂油/水界面吸附及对乳液结构的影响

在油基钻井液中,乳化剂在油/水界面的吸附行为对乳化稳定性及乳化机理影响极大。利用界面扩张流变技术研究了油基钻井液用主乳化剂PF-BIOEMUL与油基钻井液用辅乳化剂PF-BIOCOAT对油/水动态界面张力及界面黏弹性的影响,并考察了 PF-BIOEMUL 与 PF-BIOCOAT 配制乳液的微观流变性。研究表明,PF-BIO EMUL的主要功能是提供弹性模量,提高油/水界面膜强度高,最佳加量为2.0%。PF-BIOCOAT的主要功能是提供黏性模量,降低油/水界面张力,最佳用量为1.5%。PF-BIOEMUL和PF-BIOCOAT可以同时吸附到油/水界面上,保证了乳化体系既具有较低的油/水界面张力,又有较好的界面膜稳定性,所形成的乳液具有三维网状结构,稳定性良好。这些研究为油基钻井液体系稳定性研究提供了理论基础。     

纳米乳液与微乳液在油气生产中的应用进展

纳米乳液一般指液滴粒径范围在50~200 nm的乳液,是油相(或水相)分散于水相(或油相)中形成的多相分散体系,是动力学稳定体系,制备过程中需要输入能量。而微乳液是由不相混溶的油、水和表面活性剂形成的外观均匀、透明、稳定的体系,是热力学稳定体系,可以自发形成。由于2者都具有稳定性高、油水增溶性能好、界面张力低等特点,同时2者可以灵活选用表面活性剂和分散相种类、含量等,配制成适合不同条件下的特定类型的纳米乳液和微乳液,因此在钻井液完井液、油基钻井液滤饼清洗、油气增产等方面具有重要的应用价值和前景。但由于纳米乳液与微乳液在外观、稳定性、制备方法等方面有很多相似之处,因此在实际应用和一些文献中常有混淆。分析了2者的相似与区别之处,给出了辨别2者的方法,介绍了他们的应用进展情况,以指导相关理论和实际生产应用。     

基于Pickering乳状液的油基钻井液乳化稳定性能研究

将纳米材料形成的Pickering乳状液机理引入到油基钻井液中,形成了新型的油基钻井液。室内研究出了强亲油性的纳米材料CQ-NZC,对其形成的油基钻井液乳状液稳定性及影响因素进行了研究。实验表明,由该纳米材料CQ-NZC形成的乳状液极为稳定,破乳电压可达到2 000 V以上,有机土、润湿剂、降滤失剂及密度调节剂(重晶石和中空玻璃微珠)的加入后均会使乳状液稳定性降低,但在一定范围内乳状液还是具有一定的稳定性能,纳米材料形成Pickering乳状液的油基钻井液体系具有很深的研究价值。     

国外保护储层的油基钻井完井液新技术研究与应用

油基钻井完井液已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井、各种复杂井段和储层保护的重要手段。对国外保护储层的油基完井液新技术进行了研究,着重介绍了低固相高密度油包水乳化泥浆作为射孔液在挪威北海的成功应用,该体系用溴化钙和甲酸铯调节密度,用粗目碳酸钙作为架桥粒子,较好地控制了滤失量,降低了固相粒子对储层的伤害;同时介绍了低固相油基泥浆作为水平井完井液的研究及其在非洲西部和墨西哥湾地区的应用,其最大的特点是特别适合于钻敏感性储层,以及在页岩含量未知的探井中作为砾石充填液。最后对油基钻井完井液的滤失控制机理研究进行了介绍,认为小颗粒、乳化液滴和降滤失剂在降滤失时相辅相成。     

Development and applications of solids-free oil-in-water drilling fluids

The increasing application of near balanced drilling technology to low-pressure and depleted fractured reservoirs requires the use of low-density drilling fluids to avoid formation damage. Solidsfree oil-in-water （O/W） emulsion drilling fluid is one type of low-density drilling fluid suitable for depleted fractured reservoirs. In this paper, the solids-free O/W drilling fluid was developed and has been successfully used in the Bozhong 28-1 oil and gas field, by which lost circulation, a severe problem occurred previously when drilling into fractured reservoir beds, was controlled, thereby minimizing formation damage. The O/W emulsion drilling fluid was prepared by adding 20% （by volume） No. 5 mineral oil （with high flash point, as dispersed phase） into seawater （as continuous phase）. Surfactant HTO-1 （as a primary emulsifier） and non-ionic surfactant HTO-2 （as a secondary emulsifier） were added into the drilling fluid system to stabilize the emulsion; and YJD polymer was also added to seawater to improve the viscosity of the continuous phase （seawater）. The drilling fluid was characterized by high flash point, good thermal stability and high stability to crude oil contamination.     

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     

超高温高密度油基钻井液研究与性能评价

深层超深层油气钻探中面临着超高温高压、高压盐水、巨厚盐膏层和泥页岩层等复杂地质条件,导致油基钻井液的乳化稳定性、流变、滤失损耗等性能极难调控。合成了不饱和酸酐接枝妥尔油脂肪烃基的咪唑啉酰胺类主乳化剂和辅乳化剂,选用抗高温增黏剂、流型调节剂、润湿剂和降滤失剂,采用API重晶石和超细硫酸钡复合加重,构建了超高温高密度油基钻井液配方。性能评价结果表明,该超高温高密度油基钻井液抗温达220 ℃,复合加重后流变性显著改善,密度最高可达2.8 g/cm3,可抗40%淡水、40%复合盐水、5%～10%泥页岩岩屑和5%～10%石膏污染;在65 ℃/常压～220 ℃/172.5 MPa下具有良好的流变稳定性和悬浮稳定性。该超高温高密度油基钻井液为深层超深层油气资源的安全高效钻探提供了技术支撑。      

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明:流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。      

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明：流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。     

生物质合成基液LAE-12的合成及性能研究

生物质合成基钻井液被认为是替代油基钻井液且又能安全钻进的一类环保型钻井液。研究出一种生物质合成基钻井液用基液新材料--月桂醚LAE-12,其以月桂醇为原料通过一步法进行合成;对LAE-12的基本理化性质、黏温特性及抗水解性能进行评价,并与柴油、白油和生物柴油进行对比。结果表明,LAE-12的闪点、倾点、沸点、极压润滑系数依次为137℃、-13℃、289℃和0.039,表明LAE-12的安全、润滑性能优于柴油、白油;在0~90℃,LAE-12的黏温曲线变化较柴油、白油平缓,与生物柴油相当;在pH值为12的水溶液中,LAE-12具有强的抗水解性能,而生物柴油的水解率达72%;LAE-12配制的钻井液在油水比为8:2时,破乳电压大于600 V,动塑比在0.30 Pa/mPa·s以上,150℃下连续老化64 h,流变性基本无变化,室内效果与油基钻井液相当。      

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。      

自交联型油基钻井液降滤失剂的研制与评价北大核心

针对传统油基钻井液降滤失剂耐温性能不足、影响体系流变等问题,基于自交联改性思路,以N-羟甲基丙烯酰胺为功能单体,与丙烯酸丁酯和苯乙烯进行乳液聚合,研制了一种自交联型油基钻井液降滤失剂(BSN)。通过红外光谱仪、激光粒度仪和透射电镜表征了BSN的主要官能团、微观形貌和自交联特征。实验结果表明,BSN含有自交联功能基团羟甲基,平均粒径为247 nm,颗粒间具有明显的交联结构。热重测试结果显示,BSN热稳定性良好,初始分解温度高达355℃,显著高于非自交联型的降滤失剂BS(278℃)。在油基钻井液体系中添加1%的BSN,不仅不影响体系流变参数而且能够提高破乳电压,180℃下的高温高压滤失量仅为4 mL,滤失控制能力明显优于非交联型的降滤失剂BS以及3%的传统油基钻井液降滤失剂有机褐煤和氧化沥青。