原油基可循環微泡沫鉆井液技術室內研究

袁 偉

原油基可循環微泡沫鉆井液技術室內研究

袁 偉

（中國石油集團長城鉆探有限公司工程技術研究院，遼寧 盤錦 124000）

原油基可循環微泡沫鉆井液對強水敏、低壓油氣藏開發有重要的意義。原油可循環微泡沫鉆井液體系可以解決強水敏地層井壁穩定問題；解決易漏地層、低壓地層儲層保護問題；解決常規鉆井液體系無法實現近/欠平衡鉆井問題。本文對原油基可循環微泡沫鉆井液配方進行優選、優化，對發泡效果、穩泡效果、流變性進行評價。

原油； 泡沫；油基； 可循環；室內研究

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。油基可循環微泡沫鉆井液既可以充分發揮微泡鉆井液的攜帶懸浮、高效封堵、保護儲層等優點，又可發揮油基鉆井液強抑制性、強潤滑性，解決一些特殊地層的鉆井難題，減少井下復雜事故的發生。原油基可循環微泡沫鉆井液主要有發泡劑、穩泡劑、乳化劑、降慮失水劑組成，作者對上述處理劑進行篩選、優化，形成原油基可循環微泡沫鉆井液配方，使其滿足密度在0.80~0.90 g/cm3可調，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，抗溫達到120 ℃。

1 原油基可循環微泡沫鉆井液的組成

原油基可循環微泡鉆井液基液由70%原油（原油相對密度一般在0.75~0.95 g/cm3之間，少數大于0.95 g/cm3或小于0.75 g/cm3，相對密度在0.9~1.0 g/cm3的稱為重質原油，小于0.9 g/cm3的稱為輕質原油。試驗所用的原油為輕質原油，密度為0.85 g/cm3）和30%的水所組成，經過乳化劑（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定的乳狀液的一類化合物。其作用原理是在乳化過程中，分散相以微滴（微米級）的形式分散在連續相中，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，在發泡劑（發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，再由單個氣泡組成泡沫）的作用下把空氣包裹進去，形成細小的微泡沫，在穩泡劑作用下，提高泡沫的質量和泡沫的穩定性，增加泡沫的黏彈性，使泡沫形成穩定的外壁結構。

2 原油基可循環微泡沫鉆井液配方篩選

2.1 原油基可循環微泡沫鉆井液發泡劑的優選

通過資料收集、查找最終選定烷基苯磺酸鈉、油水兼容型發泡劑、MF-1等幾種處理劑在400 mL基液（70%原油+30%水）進行發泡劑優選試驗，試驗結果見表1。

表1 發泡劑對比表

試驗結果表明油水兼容型發泡劑在同樣的基液情況下，發泡量最多為500 mL，穩泡時間最長為85 min，所以油水兼容型發泡劑有良好的發泡效果，且半衰期長，所以選擇油水兼容型發泡劑。

2.2 原油基可循環微泡沫鉆井液乳化劑的優選

通過資料收集、查找、對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%油水兼容型發泡劑）中對上述三種乳化劑進行篩選，乳化劑加量為2%（8 g），試驗結果見表2。

表2 乳化劑對比表

試驗結果表明乳化劑1破乳電壓（ES）值最高為1 056 V，且發泡量漲幅最大為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，且發泡量和半衰期漲幅最大。

2.3 原油基可循環微泡沫鉆井液穩泡劑的優選

通過資料收集、查找、對比最終選定三種穩泡劑，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%油水兼容型發泡劑+2%乳化劑1）中對上述三種進行穩泡劑的篩選，穩泡劑加量為0.5%（2 g），試驗結果見表3。

表3 穩泡劑對比表

試驗結果表明，在同樣加量的情況下，黃原膠發泡量最多為500 mL，半衰期最少為300 min，低黏聚離子纖維素發泡量處于第二位為480 mL，半衰期處于第二位為380 min，高黏聚離子纖維素發泡量最少為450 mL，半衰期最長為400 min。但是加入高黏聚離子纖維素當穩泡劑的鉆井液試樣中，泡沫變大，目視泡沫質量變差。

經過總結分析，對上述三種穩泡劑兩兩進行復配作為穩泡劑使用，又進行了下一步試驗。試驗結果見表4。

表4 穩泡劑對比表

試驗結果表明：黃原膠加低黏聚離子纖維素發泡量是最多為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為385 min，發泡量最少為460 mL。但目視泡沫質量是最好的為加入黃原膠和低黏聚離子纖維素復配作為穩泡劑的鉆井液試樣。

綜上所述，把黃原膠和低黏聚離子纖維素復配作為穩泡劑的穩泡效果是最好。

2.4 原油基可循環微泡沫鉆井液降慮失水劑的優選

通過資料收集、查找、對比最終選定三種降濾失劑，分別是有機褐煤降濾失劑、聚合物降濾失劑和無熒光防塌降失水劑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行降濾失劑的篩選，降濾失劑加量為2%（8 g），試驗結果見表5。

表5 降濾失劑對比表

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

3 原油基可循環微泡沫鉆井液配方優化

對已篩選出來的發泡劑、穩泡劑、乳化劑、降濾失劑加量進行優化，使其達到密度在0.80~0.90 g/cm3可調，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。通過大量的試驗，得到發泡劑最佳加量為0.25%~0.3%，穩泡劑最佳加量為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有機褐煤降濾失劑，在120 ℃滾動老化16 h后測得性能，見表6。

表6 鉆井液性能表

試驗結果表明，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 結論與建議

4.1 結論

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

（2）原油基可循環微泡沫鉆井液抗溫能力達到120 ℃。

4.2 建議

（1）因為原油基可循環微泡沫鉆井液密度低可調，所以能有效減少對儲層的傷害，可以起到保護儲層的作用。

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

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

［2］張金山, 王衛國, 張斌, 杜蘇, 鄒泉勇. 吐哈油田可循環微泡沫鉆井液技術研究與應用[J]. 石油鉆探技術, 2005（01）: 35-38．

［3］王廣財, 張榮志, 曾翔宇, 楊官杰, 熊萱. 可循環油基泡沫鉆井液體系室內評價及應用[J]. 長江大學學報（自科版）, 2014, 11（14）: 43-47．

［4］左鳳江, 賈東民, 郭衛, 虞海法, 戴萬海, 范榮增, 耿東士, 陳榕. 可循環微泡沫鉆井液技術研究與應用[J]. 鉆井液與完井液, 2002（06）: 90-93+158-159.

［5］郭林昊. 可循環微泡沫技術在遼河地區的應用[J]. 中國石油和化工標準與質量, 2013, 33（19）: 165．

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

國家科技重大專項及中國石油集團配套項目“深井超深井優質鉆井液與固井完井技術研究，項目號：2016ZX05020-004。

2019-10-18

袁偉（1986-），男，中級工程師，遼寧省盤錦市人，2008年畢業于西南石油大學應用化學專業，主要從事鉆完井液研究和現場技術服務工作。

TE254

A

1004-0935（2020）01-0093-03