当前位置：文档之家 › 油基钻井液乳液稳定性影响因素研究

油基钻井液乳液稳定性影响因素研究

  • 格式：pdf
  • 大小：1.10 MB
  • 文档页数：10

Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2020, 42(2), 56-65 Published Online June 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/jogt https://doi.org/10.12677/jogt.2020.422016

文章引用: 何瑞兵, 刘雪婧, 谢涛, 耿铁, 董平华. 油基钻井液乳液稳定性影响因素研究[J]. 石油天然气学报, 2020, 42(2): 56-65. DOI: 10.12677/jogt.2020.422016

The Influence Study on Stability of Oil-Based Drilling Fluids Emulsion Ruibin He1, Xuejing Liu2, Tao Xie1, Tie Geng2, Pinghua Dong1 1China National Offshore Oil Corporation Tianjin Branch, Tianjin 2Oilfield Chemicals Division, China Oilfield Services Limited, Yanjiao Hebei Received: Mar. 10th, 2020; accepted: Apr. 13th, 2020; published: Jun. 15th, 2020 Abstract In order to fully understand the influence on the stability of oil-based drilling fluid emulsion, emulsifiers PF-EMUL-2 and PF-COAT-2 were selected to prepare emulsion. The influence of emul-sifier concentration, oil-water ratio, concentration and type of internal salt, type of base liquid and barite on emulsion stability were studied. The results show that, the emulsion stability increases with the increase of oil-water ratio, and compared with Na+, Ca2+ ions can improve the interfacial film strength of emulsion droplets. The study also shows that barite adsorbs some emulsifiers af-ter high-temperature aging, which results in a decrease of emulsifying affection, so more emulsi-fiers should be added to stabilize the emulsion in high-density drilling fluid. All the studies pro-vide theoretical basis for controlling the stability of oil-based drilling fluid system. Keywords Oil-Based Drilling Fluid, Emulsion, Microscopic Appearance, Average Particle Size, Stability 油基钻井液乳液稳定性影响因素研究

DOI: 10.12677/jogt.2020.422016 57 石油天然气学报

油基钻井液乳液稳定性影响因素研究 何瑞兵1，刘雪婧2，谢 涛1，耿 铁2，董平华1 1中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 2中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北 燕郊 收稿日期：2020年3月10日；录用日期：2020年4月13日；发布日期：2020年6月15日 摘 要 为充分了解油基钻井液乳液稳定性影响因素，选择了界面张力值低的乳化剂PF-EMUL-2与PF-COAT-2配制乳液。研究了乳化剂浓度、油水比、内相盐浓度与种类、基液种类以及重晶石对乳液稳定性的影响。研究发现，3 wt% PF-EMUL-2与1 wt% PF-COAT-2复配时，随着油水比增大，乳液稳定性增强，与Na+离子相比，Ca2+离子能提高乳液滴的界面膜强度。高温老化后重晶石吸附部分乳化剂，造成乳化能力下降，因此高密度钻井液中需加入较多的乳化剂稳定乳液。这些研究为控制油基钻井液体系的稳定性提供理论基础。 关键词 油基钻井液，乳液，微观形貌，界面张力，平均粒径，稳定性 Copyright © 2020 by author(s), Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ 1. 引言 油基钻井液以其抗高温、抑制性强、润滑性好和对储层损害小的优点，成为页岩气及非常规气藏开采过程经常使用的钻井液体系[1] [2] [3]。油包水钻井液用油量少，降低生产成本幅度大，成为常用的油基钻井液[4]。但是，油包水钻井液为热力学不稳定体系，在钻井过程中随着乳化剂的消耗，会乳化失效[5]。且油基钻井液组成复杂，影响乳液稳定性的因素多变，因此研究油基钻井液乳液稳定规律成为重要内容。 乳化剂是配制油基钻井液的关键组分，油基钻井液是否稳定很大程度上取决于该剂的合理使用[6] [7]。乳化剂形成的界面膜，由于化学结构、相对分子质量、外界条件不同，具有不同的流变特性和强度[8]。乳液中乳化剂浓度、油水比、内相盐等因素直接影响乳液滴大小及稳定性。 根据乳化剂筛选原则及界面张力值，选择了2种适用于油基钻井液的乳化剂PF-EMUL-2与PF-COAT-2，分析讨论了乳化剂浓度、油水比、盐浓度及种类、重晶石对油基钻井液乳液稳定性影响因素，为控制油基钻井液体系的稳定性提供理论基础。 2. 试验材料与仪器 1) 试验材料3#白油，生物柴油，气制油；主乳化剂PF-EMUL-1，PF-EMUL-2；辅乳化剂PF-COAT-1，何瑞兵 等

DOI: 10.12677/jogt.2020.422016 58 石油天然气学报

PF-COAT-2；有机土PF-MOGEL；重晶石均取自天津中海油服化学有限公司；氧化钙(分析纯)，氯化钠(分析纯)。 2) 试验仪器WT-2000A变频高速搅拌器；FANN 23E破乳电压仪；OFITE高温滚子炉；OFITE800旋转黏度计；BS 323S型电子天平；DM4000M智能显微镜；Krüss-K12程序表面张力仪。 3. 评价理论及方法 3.1. 乳液稳定理论 作为油基钻井液的重要组成部分，乳化剂稳定乳液的主要原因如下： 1) 降低油水界面张力乳化剂分子吸附在油水界面，亲油基团伸向油相而亲水基团伸入水相，从而能够抵消界面上的剩余表面自由能，降低两相界面张力。 2) 形成坚固的界面膜乳化剂吸附在油水界面，能够形成具有一定强度的界面膜。按照吉布斯函数，界面张力降低引起表面吉布斯自由能减少，形成更紧密的分子排列，从而增加吸附膜强度，乳液体系趋于稳定；增加液滴所带电荷，乳液滴之间的排斥力随之增加，使其在做无休止布朗运动时受到碰撞而不易破裂，避免水珠变大。这也是使用2种或以上乳化剂在界面上形成“复合膜”提高乳化效果、增加乳液稳定性的主要原因之一。 3) 增加连续相黏度乳化剂多属于亲油性乳化剂，其非极性基团的截面直径大于极性基团。当主乳化剂在油相中的浓度超过CMC (临界胶束浓度)时，乳化剂在油水界面层上的吸附量与油相内的分散量近乎动态平衡。而乳化剂浓度一般都会远大于其本身在油相中的CMC，因此会有较多乳化剂处于外相中，从而增加外相黏度，在一定程度上会影响油基钻井液体系的流变性能。 3.2. 乳液制备 固定油水比8:2，改变材料加量，高速(10,000 r/min)搅拌混合后，于常温条件下乳化20 min；取一部分于显微镜下观测样品乳液滴粒径；另一部分于150℃滚子炉老化16 h，观察乳液变化情况。 4. 影响因素与评价 4.1. 乳化剂选择 油水界面张力是考察界面组成、结构和性质的重要物理参数。界面张力能反映表面活性剂从油水两相向界面扩散和吸附的动态平衡过程。测量油水两相的界面张力对乳液的稳定性有十分重要的参考价值。采用吊环法检测了两套乳化体系乳化剂的界面张力值，结果如表1所示。 Table 1. Effect of emulsifier on oil-water interfacial tension 表1. 乳化剂对油水界面张力的影响 样品 界面张力/(mN∙m−1) PF-EMUL-1 16.8 PF-COAT-1 3.2 PF-EMUL-2 2.3 PF-COAT-2 0.0 由表1可知，PF-COAT-2降低油水界面张力的效果最好，几乎接近于零；PF-EMUL-2与PF-COAT-1降低油水界面张力的效果次之，且两者相差不大；PF-EMUL-1降低油水界面张力的效果最差。因此，可油基钻井液乳液稳定性影响因素研究

DOI: 10.12677/jogt.2020.422016 59 石油天然气学报

以推断PF-EMUL-2与PF-COAT-2复配乳化剂，其降低油水界面张力的效果较好。PF-EMUL-2与PF-COAT-2所配制乳液150℃老化16 h后稳定性良好，乳化效率 > 90%。故以下试验选择PF-EMUL-2与PF-COAT-2复配乳化剂展开研究。 4.2. 乳化剂浓度对乳液稳定性的影响 在乳液稳定性原理的研究中，很早就提出有2种及以上的表面活性剂在界面上吸附，通过乳化剂复配会形成一种复合界面膜。这种界面膜比单一的乳化剂所形成的界面膜更加紧密，强度更高[9] [10] [11]。界面膜强度与乳化剂的加量直接关系界面膜强度，影响乳液稳定性。 在280 mL气制油中，控制辅乳化剂PF-COAT-2加量1 wt%不变；再分别加入(1~4) wt%主乳化剂PF-EMUL-2，加入25 wt% CaCl2水溶液70 mL，高速(10,000 r/min)搅拌20 min，装入老化罐中于150℃老化16 h后，观察老化前后乳液微观形貌及平均粒径。结果如表2、图1所示。 Table 2. The influence of the concentration of emulsifier on the average particle size of emulsion droplets 表2. 乳化剂浓度对乳液滴平均粒径的影响 样品编号 PF-EMUL-2/(wt%) 平均粒径/μm 聚并稳定性(24 h) 高温老化前 高温老化后 1# 1 6.3 -- 部分破乳 2# 2 6.7 8.9 轻微破乳 3# 2.5 5.9 8.9 轻微破乳 4# 3 5.4 10.0 观察时聚并 5# 4 5.4 11.4 观察时聚并 (a) 高温老化前 (b) 高温老化后 Figure 1. Microscope picture of the emulsion droplets 图1. 乳液滴显微镜图片 由表2、图1(a)可以看出，在高温老化之前，乳液滴的聚并稳定性较高。由图1(b)可见，150℃老化16 h后，1#样品发生破乳现象，有明显的油水分层，没有必要再进行微观观察。其余4个样品乳液稳定性较好。PF-EMUL-2加量较小时，老化后出现破乳现象，说明浓度较低时，油水界面上吸附的分子较少，水珠界面膜强度较低，内相分子间频繁的碰撞极易使得液滴破裂合并变大，从而使所形成的乳液不稳定。当乳化剂的浓度提高到一定程度后，界面上形成有定向吸附的乳化剂分子紧密排列的界面膜，乳液稳定

合集下载

乳液聚合物的合成及在钻井液中的研究

乳液聚合物的合成及在钻井液中的研究

乳液聚合物的合成及在钻井液中的研究

【摘要】：为了克服聚丙烯酰胺类干粉化学剂的缺点，采用乳液聚合方法合成了2种乳液聚合物A和B，通过室内实验测试了2种乳液聚合物钻井液体系的各种性能，结果表明该类乳液聚合物在钻井液中具有增黏、提切、抗温、降失水的性能。所合成的2种乳液聚合物属于同一体系，相比较，A的性能稍好于B，且合成A更经济，因此选用化学剂A更合适。通过对比实验，自制的乳液聚合物具有比大庆乳液聚合物和河北乳液聚合物样品更低的API滤失量和更好的稳定性；相比其他包被剂，所合成的乳液聚合物具有更好的增黏、提切、降失水性能。

关键词：乳液聚合物；钻井液；降滤失 Synthesis of Emulsion Polymer and Research in the

Drilling Fluid

Abstract: In order to overcome the shortcomings of polyacrylamide type of dry chemical agent， this article synthesized two kinds

of emulsion polymers A and B through emulsion polymerization. Various performance of emulsion polymer drilling fluid system

were tested and analyzed through laboratory experiments， showing that adding such emulsion polymers into the drilling fluid can

improve the performance of drilling fluid in viscosity increasing effect、increasing shear force、temperature resistance、filtration

乳状液稳定性影响因素总结

乳状液稳定性影响因素总结

乳状液稳定性影响因素总结

乳状液是多相分散体系，具有热力学不稳定性，液滴有自动聚结的趋势。早期的乳状液稳定性理论已注意到添加表面活性剂、聚合物，甚至固体粒子等对乳状液状液的形成和类型的重要作用，然而稳定性的理论横型一直并不十分清楚。在油/水界面上表面活性剂定向吸附单层膜的研究揭示了乳状液稳定性的可能图像：

乳状液不稳定方式：分层、沉降、絮凝、聚集、聚结、变型、破乳等，如图所示：

乳状液的稳定因素

在实际应用中乳状液的稳定性是指分散相液滴对聚结的抑制能力。分散相液滴的聚结速度在衡量乳状液稳定性中最为重要，它可以通过测定单位体积乳状液中液滴数目随时间的变化来实现。乳状液中液滴聚结成大液滴，最终发生破乳，这一过程的速度主要与下列因素有关：界面膜的物理性质，液滴间静电排斥作用，高聚物膜的空间阻碍作用，连续相的黏度，液滴大小与分布，相体积比，温度等。在这些因素中以界面膜的物理性质、电性作用和空间阻碍作用最为重要。

（1）界面膜的物理性质

乳状液分散相液滴相互碰撞是发生聚结的前提。聚结不断地进行，小液滴变成大液滴，直至破乳。在液滴碰撞而聚结的过程中液滴界面膜的机械强度是決定乳状液稳定性的首要因素。为使界面膜有大的机械强度，界面膜必须是凝聚膜，构成界面 膜的表面活性剂分子间有强烈的侧向作用力。界面膜还须有良好的膜弹性，以使因液滴碰撞而局都损坏时能自动修复。

（2）电性作用

乳状液液滴表面可因多种原因而带有某种电荷：离子型表面活性剂的电离，某些离子在液滴表面的吸附，液滴与介质的摩擦等。o/w 型乳状液液滴的带电对防止液滴的聚集、聚结以至破乳起重要作用。根据胶体稳定性理论，范德华力使液滴相互吸引，当液滴接近至表面双电层发生重叠时静电排斥作用阻碍液滴的进一步接近。显然，若排斥作用大于吸引作用液滴不易碰撞和聚结，乳状液稳定；反之，则将发生聚结和破乳。至于 w/O型乳状液，水滴带电少，且因连续介质介电常数小，双电层厚，静电作用对乳状液稳定性影响较小。

聚丙烯酰胺影响原油乳状液稳定性的机理

聚丙烯酰胺影响原油乳状液稳定性的机理

３２０　石油与天然气化工　ＣＨＥＭ　ＪＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＯＦ　ＯＩＬ＆ＧＡＳ　

聚丙烯酰胺影响原油乳状液稳定性的机理　

缪云展　段　明　张　健。　常大远　蒋晓慧　

（１．西南石油大学油气藏及地质开发国家重点实验室　２．西华师范大学化学化工学院）　

（３．中国海油石油研究中心　４．中国海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司）　

摘　要　以不同粘均分子量（用紫外光降解制得，相对分子质量分别为：３９８万、１ｌ４万、６０万、　

２６万）和不同浓度的聚丙烯酰胺溶液作为水相，和原油配制成含聚原油乳状液。通过对原油乳状　液脱水率的测定，考察了聚丙烯酰胺的相对分子质量、浓度对原油乳状液稳定性的影响，同时测定　

了它们的分配系数和粘度，并与通过加ＮａＣｌ降粘的聚丙烯酰胺溶液对比考察了聚丙烯酰胺影响　

原油乳状液稳定性的本质。结果表明：当聚丙烯酰胺相对分子质量大于１１４万时，将明显增强原油　

乳状液稳定性；当聚丙烯酰胺相对分子质量低于１１４万时，其对乳状液稳定性无明显影响。影响原　油乳状液稳定性的根本因素是聚合物溶液自身的粘度，与分配系数关系不大。聚丙烯酰胺溶液的　

自身粘度越大，对原油乳状液稳定性的增强作用越明显。　关键词　原油乳状液聚丙烯酰胺　粘均分子量分配系数粘度　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１ＯＯ７—３４２６．２０１０．０３．０１５　

聚合物驱油是提高采收率、增加原油产量的重　要技术手段［１］，但是聚合物驱采出液的处理一直是　

个困扰油田的难题　］。随着采出液中聚合物含量的　

增加，采出液的破乳变得更加复杂和困难　。因此　

聚驱采出液的破乳已成为一个必须解决的问题。尽　

管通过开发新型破乳剂ｌ４　等一系列手段可以从一定　

程度上改善脱水效果，但由于采出液组成复杂，目前　

对其形成的原油乳状液稳定性的机理认识还不足，　

因此难以提供良好的破乳方法。本试验采用渤海油　田现场所用聚合物（聚丙烯酰胺），制得不同相对分　

子质量的聚合物溶液来模拟现场配制不同浓度聚合　

三元复合驱采出液影响乳状液稳定的因素

三元复合驱采出液影响乳状液稳定的因素

４４　油气田地面工程第２７卷第３期（２００８．３）　

三元复合驱采出液影响乳状液稳定的因素　

王东　李杰训　魏立新（大庆石油学院）　

摘要：三元复合驱是三次采油的一种重　要方法，它是采用碱、表面活性剂和聚合物　三种化合物混合构成驱油剂的一种驱油技　术，可比水驱提高采收率２Ｏ　以上。由于　三元复合驱中使用了碱、表面活性剂和聚合　物，使得油田采出液形成的乳状液更加稳　定，破乳更加困难。因此，有必要对三元复　合驱过程形成乳状液的机理、影响乳状液稳　定的因素进行研究。　关键词：三次采油；三元复合驱；采｝｝Ｊ　液；乳状液；稳定；影响因素　三元复合驱是三次采油的一种重要方法，它是　采用碱（Ａｌｋａｌｉ）、表面活性剂（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）和聚　合物（Ｐｏｌｙｍｅｒ）３种化合物混合构成驱油剂的一　种驱油技术ｌ】］，可比水驱提高采收率２Ｏ　以上。　三元复合驱具有表面活性剂驱和聚合物驱共同的优　点，既能提高驱油效率，又能扩大波及体积，并且　能较大幅度地降低表面活性剂的用量，从而使其具　有技术经济可行性。近年来，大庆油田通过矿场性　试验，取得了令人满意的效果。　由于三元复合驱中使用了碱、表面活性剂和聚　合物，使得油田采出液形成的乳状液更加稳定，破　乳更加困难。因此，有必要对　元复合驱过程形成　乳状液的机理、影响乳状液稳定的因素进行研究。　１　原油乳状液稳定的影响因素　油水混合液中常含有沥青质、胶质、环烷酸和　脂肪酸等天然乳化剂或加入的乳化剂，在流动过程　中容易形成稳定的Ｗ／Ｏ型乳状液。随着油田水驱　的应用，油田含水量越来越高。形成了Ｏ／Ｗ型乳　状液。此外，在油田开发过程中［扫于各个牛产环节　所添加的化学剂不同．如三次采油、压裂、酸化中　的各种化学助剂，清、防蜡所用的清、防蜡剂．各　种防垢剂、缓蚀剂等也会影响所形成乳状液的类型　和稳定性。在某些条件下。由于原油与水的多次混　合和搅拌，还会形成二重乳状液，即（）／Ｗ／（）或　Ｗ／ｏ／Ｗ型乳状液。　影响乳状液稳定的冈素主要有以下几个方面：　①低界面张力，以使体系自由能降低；②形成较强　的界面膜，阻碍液珠聚并；③使分散介质带电，增　加电排斥作用。　１．１　界面张力对乳状液稳定性的影响　尽管界面张力与原油乳状液稳定性不是一一对　应关系，但在原油化学破乳研究中被广泛使用。　乳状液是高度分散且具有很大相界面的热力学　不稳定体系，体系界面能高，这是乳状液成为热力　学不稳定体系的主要原因。为了降低体系的能量，　液滴间有自发并聚的倾向，因此低的界面张力有助　于体系的稳定。一种液体的微粒分散在另一种液体　中所需能量等于液体表面积增大值乘以界面张力。　该能量等于体系界面能的增量，若降低界面张力，　界面能也随之降低，这有利于增加其稳定性。　降低界面张力对乳状液的稳定是一个有利的因　素，但不是决定的因素。乳状液稳定的决定性因素　是界面膜强度。不同界面张力下乳状液的稳定性随　含水率增加而减小，不同界面张力下转相点不同，　不同界面张力下乳状液粒径随界面张力增加而减小。　１．２界面膜的性质对乳状液稳定性的影响　原油乳状液的稳定性主要取决于油水界面膜。原　油中的天然乳化剂或开采时加人的表面活性剂吸附在　油水界面，形成具有一定强度的粘弹性膜，给乳滴聚　结造成了动力学障碍，使原油乳状液具有了稳定性。　这类物质含量越高，原油乳状液就越稳定ｌ２　］。　油水界面膜可按照受压缩时的流动性分为３　类：①固体刚性膜，这是相对不溶性膜，界面粘度　较高，在酸性条件下强度高，中性条件下强度中　等，碱性条件下强度弱或转变为流动膜，刚性膜主　要是　沥青质构成的；②液体流动膜，它受压易扭　曲变形．压力消除后很快复原，界面粘度较低，在　碱性条件下强度高，流动膜是由胶质构成的；③过　渡膜，这类膜不会扭曲变形，界面粘度低，在界面　张力较低时出现。　就界面膜的强度而论，沥青质膜大于胶质膜。　含有适量胶质的沥青质膜，由于胶质和沥青质之间　的相互作用。使膜变得比较致密，强度增大。研究　发现，胶质和沥青质中具有芳香碳碳双键的化合物