原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術(shù)室內(nèi)研究

袁 偉

原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術(shù)室內(nèi)研究

袁 偉

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探有限公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤(pán)錦 124000）

原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液對(duì)強(qiáng)水敏、低壓油氣藏開(kāi)發(fā)有重要的意義。原油可循環(huán)微泡沫鉆井液體系可以解決強(qiáng)水敏地層井壁穩(wěn)定問(wèn)題；解決易漏地層、低壓地層儲(chǔ)層保護(hù)問(wèn)題；解決常規(guī)鉆井液體系無(wú)法實(shí)現(xiàn)近/欠平衡鉆井問(wèn)題。本文對(duì)原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方進(jìn)行優(yōu)選、優(yōu)化，對(duì)發(fā)泡效果、穩(wěn)泡效果、流變性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

原油； 泡沫；油基； 可循環(huán)；室內(nèi)研究

微泡沫鉆井液具有良好的封堵和防漏作用，能有效減少鉆井液的漏失。油基可循環(huán)微泡沫鉆井液既可以充分發(fā)揮微泡鉆井液的攜帶懸浮、高效封堵、保護(hù)儲(chǔ)層等優(yōu)點(diǎn)，又可發(fā)揮油基鉆井液強(qiáng)抑制性、強(qiáng)潤(rùn)滑性，解決一些特殊地層的鉆井難題，減少井下復(fù)雜事故的發(fā)生。原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液主要有發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、乳化劑、降慮失水劑組成，作者對(duì)上述處理劑進(jìn)行篩選、優(yōu)化，形成原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方，使其滿足密度在0.80~0.90 g/cm3可調(diào)，半衰期大于等于480 min，API失水在小于等于3 mL，破乳電壓值大于等于1 200 V，抗溫達(dá)到120 ℃。

1 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液的組成

原油基可循環(huán)微泡鉆井液基液由70%原油（原油相對(duì)密度一般在0.75~0.95 g/cm3之間，少數(shù)大于0.95 g/cm3或小于0.75 g/cm3，相對(duì)密度在0.9~1.0 g/cm3的稱(chēng)為重質(zhì)原油，小于0.9 g/cm3的稱(chēng)為輕質(zhì)原油。試驗(yàn)所用的原油為輕質(zhì)原油，密度為0.85 g/cm3）和30%的水所組成，經(jīng)過(guò)乳化劑（乳化劑是能使兩種或兩種以上互不相溶的組分的混合液體形成穩(wěn)定的乳狀液的一類(lèi)化合物。其作用原理是在乳化過(guò)程中，分散相以微滴（微米級(jí)）的形式分散在連續(xù)相中，乳化劑降低了混合體系中各組分的界面張力，并在微滴表面形成較堅(jiān)固的薄膜或由于乳化劑給出的電荷而在微滴表 面形成雙電層，阻止微滴彼此聚集，而保持均勻的乳狀液）的作用形成均勻的乳狀液，在發(fā)泡劑（發(fā)泡劑均具有較高的表面活性，能有效降低液體的表面張力，并在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣，形成氣泡，再由單個(gè)氣泡組成泡沫）的作用下把空氣包裹進(jìn)去，形成細(xì)小的微泡沫，在穩(wěn)泡劑作用下，提高泡沫的質(zhì)量和泡沫的穩(wěn)定性，增加泡沫的黏彈性，使泡沫形成穩(wěn)定的外壁結(jié)構(gòu)。

2 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方篩選

2.1 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液發(fā)泡劑的優(yōu)選

通過(guò)資料收集、查找最終選定烷基苯磺酸鈉、油水兼容型發(fā)泡劑、MF-1等幾種處理劑在400 mL基液（70%原油+30%水）進(jìn)行發(fā)泡劑優(yōu)選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 發(fā)泡劑對(duì)比表

試驗(yàn)結(jié)果表明油水兼容型發(fā)泡劑在同樣的基液情況下，發(fā)泡量最多為500 mL，穩(wěn)泡時(shí)間最長(zhǎng)為85 min，所以油水兼容型發(fā)泡劑有良好的發(fā)泡效果，且半衰期長(zhǎng)，所以選擇油水兼容型發(fā)泡劑。

2.2 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液乳化劑的優(yōu)選

通過(guò)資料收集、查找、對(duì)比最終選定三種乳化劑，分別是乳化劑1、乳化劑2、乳化劑3。配方（70%原油+30%水+0.5%油水兼容型發(fā)泡劑）中對(duì)上述三種乳化劑進(jìn)行篩選，乳化劑加量為2%（8 g），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 乳化劑對(duì)比表

試驗(yàn)結(jié)果表明乳化劑1破乳電壓（ES）值最高為1 056 V，且發(fā)泡量漲幅最大為550 mL，半衰期漲幅最大為110 min，所以乳化劑1的乳化效果最好，且發(fā)泡量和半衰期漲幅最大。

2.3 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液穩(wěn)泡劑的優(yōu)選

通過(guò)資料收集、查找、對(duì)比最終選定三種穩(wěn)泡劑，分別是黃原膠、低黏聚離子纖維素和高黏聚離子纖維素。在配方（70%原油+30%水+0.5%油水兼容型發(fā)泡劑+2%乳化劑1）中對(duì)上述三種進(jìn)行穩(wěn)泡劑的篩選，穩(wěn)泡劑加量為0.5%（2 g），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 穩(wěn)泡劑對(duì)比表

試驗(yàn)結(jié)果表明，在同樣加量的情況下，黃原膠發(fā)泡量最多為500 mL，半衰期最少為300 min，低黏聚離子纖維素發(fā)泡量處于第二位為480 mL，半衰期處于第二位為380 min，高黏聚離子纖維素發(fā)泡量最少為450 mL，半衰期最長(zhǎng)為400 min。但是加入高黏聚離子纖維素當(dāng)穩(wěn)泡劑的鉆井液試樣中，泡沫變大，目視泡沫質(zhì)量變差。

經(jīng)過(guò)總結(jié)分析，對(duì)上述三種穩(wěn)泡劑兩兩進(jìn)行復(fù)配作為穩(wěn)泡劑使用，又進(jìn)行了下一步試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 穩(wěn)泡劑對(duì)比表

試驗(yàn)結(jié)果表明：黃原膠加低黏聚離子纖維素發(fā)泡量是最多為520 mL，半衰期處于第二位為360 min，高黏聚離子纖維素加低黏聚離子纖維素半衰期最長(zhǎng)為385 min，發(fā)泡量最少為460 mL。但目視泡沫質(zhì)量是最好的為加入黃原膠和低黏聚離子纖維素復(fù)配作為穩(wěn)泡劑的鉆井液試樣。

綜上所述，把黃原膠和低黏聚離子纖維素復(fù)配作為穩(wěn)泡劑的穩(wěn)泡效果是最好。

2.4 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液降慮失水劑的優(yōu)選

通過(guò)資料收集、查找、對(duì)比最終選定三種降濾失劑，分別是有機(jī)褐煤降濾失劑、聚合物降濾失劑和無(wú)熒光防塌降失水劑KH-931。在配方（70%原油+30%水+0.5%油水兼容型發(fā)泡劑+2%乳化劑1+0.25%黃原膠+0.25%低黏聚離子纖維素）中加入上述三種降濾失劑進(jìn)行降濾失劑的篩選，降濾失劑加量為2%（8 g），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 降濾失劑對(duì)比表

試驗(yàn)結(jié)果表明在加入機(jī)褐煤降濾失劑效鉆井液試樣中中壓失水（API）最小為5.2 mL，所以選擇有機(jī)褐煤降濾失劑。

3 原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方優(yōu)化

對(duì)已篩選出來(lái)的發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、乳化劑、降濾失劑加量進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到密度在0.80~0.90 g/cm3可調(diào)，半衰期大于等于480 min，API失水在小于等于3 mL，破乳電壓值大于等于1 200，抗溫達(dá)到120 ℃。

原油和水的比例按70∶30，即280 mL原油和120 mL水組成基液。通過(guò)大量的試驗(yàn)，得到發(fā)泡劑最佳加量為0.25%~0.3%，穩(wěn)泡劑最佳加量為0.3%~0.5%，乳化劑最佳加量為2.5%~3.5%，降濾失劑最佳加量為3%~4%。以下面配方為例：

配方：280 mL原油+120 mL水+1 g發(fā)泡劑+1.2 g黃原膠+1.2 g低黏聚離子纖維素+10 g乳化劑1+12 g有機(jī)褐煤降濾失劑，在120 ℃滾動(dòng)老化16 h后測(cè)得性能，見(jiàn)表6。

表6 鉆井液性能表

試驗(yàn)結(jié)果表明，鉆井液密度為0.86 g/cm3，中壓失水為1.8 mL，破乳電壓為1 680 V，半衰期為580 min，全都符合要求。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液密度在0.80~0.90 g/cm3可調(diào)，半衰期大于480 min，API失水在小于3 mL。

（2）原油基可循環(huán)微泡沫鉆井液抗溫能力達(dá)到120 ℃。

4.2 建議

（1）因?yàn)樵突裳h(huán)微泡沫鉆井液密度低可調(diào)，所以能有效減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害，可以起到保護(hù)儲(chǔ)層的作用。

（2）由于用于油基微泡沫鉆井液處理劑材料比較少，且價(jià)格比較貴，限制了油基微泡沫鉆井液的發(fā)展與應(yīng)用，所以建議加大這方面處理劑的研制與應(yīng)用，降低成本，促進(jìn)油基微泡沫鉆井液的發(fā)展。

［1］楊鵬, 李俊杞, 孫延德, 關(guān)鍵, 匡緒兵, 鄭力會(huì). 油基可循環(huán)微泡沫鉆井液研制及應(yīng)用探討[J]. 天然氣工業(yè), 2014, 34（06）: 78-84.

［2］張金山, 王衛(wèi)國(guó), 張斌, 杜蘇, 鄒泉勇. 吐哈油田可循環(huán)微泡沫鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 石油鉆探技術(shù), 2005（01）: 35-38．

［3］王廣財(cái), 張榮志, 曾翔宇, 楊官杰, 熊萱. 可循環(huán)油基泡沫鉆井液體系室內(nèi)評(píng)價(jià)及應(yīng)用[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版）, 2014, 11（14）: 43-47．

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Laboratory Study on Crude Oil Based Recyclable Micro-foam Drilling Fluid Technology

（Engineering Research Institute, CNPC Great Wall Drilling Engineering Company Limited, Liaoning Panjin 124000, China）

The crude oil-based circulating micro-foam drilling fluid has important meaning for the development of strong water-sensitive and low-pressure oil and gas reservoirs. The circulating micro-foam drilling fluid system of the crude oil can solve the problem of well wall stability of the strong water-sensitive stratum, solve the problem of reservoir protection of the free-leakage formation and the low-pressure formation, and solve the problem that the conventional drilling fluid system cannot realize the close/ under-balanced drilling. In this paper, the formula of the crude oil-based circulating micro-foam drilling fluid was optimized, and the foaming effect, the foam stabilizing effect and the rheological property were evaluated.

crude oil; foam; oil-based; recyclable; indoor research

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)及中國(guó)石油集團(tuán)配套項(xiàng)目“深井超深井優(yōu)質(zhì)鉆井液與固井完井技術(shù)研究，項(xiàng)目號(hào)：2016ZX05020-004。

2019-10-18

袁偉（1986-），男，中級(jí)工程師，遼寧省盤(pán)錦市人，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，主要從事鉆完井液研究和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)工作。

TE254

A

1004-0935（2020）01-0093-03