抗高温油基合成基钻井液用乳化剂的研制与性能评价

1、中国石油集团钻井工程技术研究院中国石油集团钻井工程技术研究院中石化中原油田钻井院中石化中原油田钻井院 二零一二年十一月二零一二年十一月抗高温油基/合成基钻井液用乳化剂的研制和性能评价汇报人：王茂功汇报人：王茂功主主要要内内容容 制备与表征制备与表征 性能评价性能评价 研究背景研究背景 总结总结 现场应用现场应用油基合成基钻井液油基合成基钻井液良好的井壁稳定和页岩抑制性润滑性好、机械钻速快渗透率恢复值高、油层损害小 可回收利用，可较好控制钻井综合成本 高温高压深井大斜度定向井大位移水平井超强水敏地层井大位移水平井超强水敏地层井国内油基国内油基/ /合成基钻井液技术与国外相比还存在一定差距，特别是

2、在关键处理剂乳化合成基钻井液技术与国外相比还存在一定差距，特别是在关键处理剂乳化剂的研发与应用上。剂的研发与应用上。 国内乳化剂现状：国内乳化剂现状：l 抗温能力差，180以上易受热分解失去作用；l 加量大、效果低； 油基合成基钻井液现状：油基合成基钻井液现状：l 抗温能力差，高温下钻井液体系流变性和电稳定性差；l 重晶石沉降严重； 一、研究背景一、研究背景二、制备与表征二、制备与表征亲水基团有机胺DFN-2亲油基团反应活性基有机酸DFA反应活性基+有机胺DFN-1高温搅拌酰胺化反应主乳DRIEMUL辅乳DRICOAT图1 主乳化剂制备示意图图2为主辅乳化剂的FTIR谱图。如图所示：1780c

3、m-1 (C=O asym. str.)，1710cm-1 (C=O sym. str.)和 1460cm-1 (C-N str.)为酰亚胺的特征峰，说明主辅乳化剂合成过程中发生了酰胺化反应，生成了具有多活性节点的梳型弧状乳化剂。 图2 主辅乳化剂的红外谱图 样品来源表观粘度（mpa.s）塑性粘度（mpa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa）破乳电压（V）高温高压滤失（mL）MI54401412/188646.5贝克休斯52401210/157157.6哈里伯顿53391411/178326.8中石油钻井院56401612/1911056.0配方：配方：340ml柴油+3%主乳化剂（12g）+3

4、%辅乳化剂（12g）+60ml CaCl2水溶液+1.5%有机土（6g）+4%降滤失剂+2%CaO（8g）+960g重晶石 由表可知：与国外一流油基钻井液服务公司乳化剂相比，在220高温时，自制乳化剂具有更加优良的抗高温性能。密度：2.0g/cm3；油水比：85:15；主、辅乳化剂配比：1:1；热滚22016h。n 抗高温性能抗高温性能三、性能评价三、性能评价乳化剂密度（g/cm3）表观粘度（mPa.s）塑性粘度（mPa.s）动切力（Pa）动塑比初/终切（Pa/Pa）国内乳化剂样品1.78467170.2544.5/7中石油钻井院1.755.53520.50.58610/12n 改善流变性能改

5、善流变性能由表可知：自制乳化剂可降低油基钻井液体系塑性粘度、提高其动切力和钻井液体系的动塑比，显著改善井浆的流型。 配方实验条件表观粘度（mPa.s）塑性粘度（mPa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa/Pa）动塑比白-平2HF井油基钻井液井浆130/16h373432/5.50.088130/32h46.5415.52/70.134井浆+1%主乳（中石油）130/16h373253.5/50.156130/32h35.5305.53/4.50.183井浆+2%主乳（中石油）130/16h3828105/6.50.357130/32h362883.5/50.286三、性能评价三、性能评价乳化剂比

6、例表观粘度（mPa.s）塑性粘度（mPa.s）初/终切（Pa/Pa）动塑比密度差（g/cm3）5%主乳DRIEMUL +0.5%辅乳DRICOAT31147/8.50.4520.012%主乳DRIEMUL+ 3%主乳（中原）+0.5%辅乳（中原）3514.57/8.50.4140.01n 悬浮重晶石性能悬浮重晶石性能由表可知：经过130/72h高温静置老化后，体系性能稳定，悬浮性能良好，钻井液上下密度差为0.01 g/cm3，重晶石未沉淀。 三、性能评价三、性能评价钻井液体系钻井液体系性能指标性能指标油水比油水比密度密度表观粘度表观粘度（mpa.s）塑性粘度塑性粘度（mpa.s）动切力动切力（

7、Pa）初初/终切终切（PaPa）破乳电压破乳电压（V）高温高压滤失高温高压滤失（mLmL）柴油基钻井液体系15080:201.54130119/1315681.718080:201.847341310/1513024.620085:152.056401612/1911056.022090:102.382641815/2310178.4白油基钻井液体系15080:201.5402998/1213222.018080:201.84535119/1312415.3 20085:152.052441210/1611366.822090:102.378641413/1712789.2气制油合成基钻井液体

8、系15080:201.5382887/1112982.218080:201.8423397/1211215.120085:152.05140118/1410377.422090:102.373621110/1410489.5n 抗高温油基抗高温油基/合成基钻井液体系性能合成基钻井液体系性能 三、性能评价三、性能评价利用主乳化剂DRIEMUL和辅乳化剂DRICOAT分别形成了抗高温高密度柴油、白油和气制油合成基三套钻井液体系。在150-220范围内均具有较高的电稳定性，在温度为220、密度在2.3 g/cm3时，油包水钻井液电稳定性在1000V以上，加重剂未出现沉淀，且钻井液体系具有良好的流变性

9、和较低的滤失量。说明研制的主乳化剂DRIEMUL和辅乳化剂DRICOAT具有良好的乳化和抗高温性能，可提高钻井液体系切力、改善流变性能，并在高温下抑制重晶石沉淀。 n 抗高温油基抗高温油基/合成基钻井液体系性能合成基钻井液体系性能 密度1.5-2.3 g/cm3温度150-220 塑性粘度20-65 Pa (50时)屈服值10-20 Pa初/终切5-20 Pa油水比80/20-90/10高温/高压滤失量HTHP10毫升电稳定性1000 V三、性能评价三、性能评价n 现场应用现场应用- -改善全油基钻井液流变性改善全油基钻井液流变性 在顺903H井三开斜导眼段（53076032m）采用全油基钻井

10、液施工，施工过程中因全油基钻井液切力低，因此加入了主乳化剂DRIEMUL和辅乳化剂DRICOAT，进行流变性调节。 钻井液配方表观粘度（mpa.s）塑性粘度（mpa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa）动塑比中压滤失（mL）pH值井浆72.5639.52/40.15010井浆+0.5%乳化剂67.5598.52/40.14010井浆+1.0%乳化剂8468163.5/100.24010井浆+1.5%乳化剂8264185/100.28010由表可知：乳化剂加量增加至1.5%，动塑比由井浆的0.15增加0.28，流变性明显得到改善。钻井过程中岩屑携带顺利，井底无沉砂，起下钻顺利，电测一次成功，该井段

11、井径扩大率为4%，平均机械钻速为1.05m/h。该主辅乳化剂能有效提高全油基钻井液的切力，解决了全油基钻井液流变性调控手段单一的问题。 四、现场应用四、现场应用n 现场应用现场应用- -提高油包水钻井液乳化稳定性提高油包水钻井液乳化稳定性 玉北10井采用聚磺钾盐钻井液体系钻至5767m小海子组地层出水，地层水浸泡上部易垮塌地层后加剧了井壁失稳，下钻遇阻现象严重，采取各种技术措施划眼困难。采用主乳化剂DRIEMUL和辅乳化剂DRICOAT配制油水比9:1、密度1.48g/cm3的油包水钻井液。 由表可知：各施工井段油包水钻井液粘度低60S左右、动塑比达0.3以上，满足了现场携带岩屑的要求，高温高

12、压滤失量较低4mL以下、破乳电压达到1100V以上，说明油包水钻井液乳化稳定性好。 井段/m漏斗粘度（s）表观粘度（mpa.s）塑性粘度（mpa.s）动切力（Pa）初/终切（Pa）动塑比中压滤失（mL）高温高压滤失（mL）破乳电压（V）46786642.53111.54.5/6.50.352.84117649695844.53212.55/70.392.8412105145585036145/70.390.22.012905482654433114.5/60.330.21.81421四、现场应用四、现场应用n 总结总结研制的主乳化剂研制的主乳化剂DRIEMULDRIEMUL和辅乳化剂和辅乳化剂DRICOATDRICOAT通过在玉北通过在玉北1010、玉北、玉北6A6A和顺和顺903H903H井成功使用，