改性纳米颗粒稳定的可逆乳化钻井液的制备与性能

刘飞，王彦玲，郭保雨，王旭东，张悦，任金恒，李永飞，王坤

（1中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 266580；2中石化胜利石油工程有限公司，山东 东营 257064）

改性纳米颗粒稳定的可逆乳化钻井液的制备与性能

刘飞1，王彦玲1，郭保雨2，王旭东2，张悦1，任金恒1，李永飞1，王坤1

（1中国石油大学（华东）石油工程学院，山东 青岛 266580；2中石化胜利石油工程有限公司，山东 东营 257064）

可逆乳化钻井液可集中水基钻井液与油基钻井液的优势。现有可逆乳化钻井液所用乳化剂为表面活性剂，考虑用改性纳米颗粒制备可逆乳化钻井液提高其耐温性能和稳定性。本文优选可制备可逆乳状液的改性纳米颗粒，在此基础上制备可逆乳化钻井液，并进行性能评价。经研究，改性纳米颗粒3可制备可逆乳状液，在此基础上制备可逆乳化钻井液，与表面活性剂HRW稳定的可逆乳化钻井液（乳化剂用量1.4%）相比，所制备可逆乳化钻井液在乳化剂用量较少（0.8%）的情况下，保持良好的可逆转相性能、滤饼清除和含油钻屑处理性能，且在耐温性能（180℃）和稳定性（1000V＜W/O乳状液破乳电压）方面明显优于表面活性剂HRW稳定的可逆乳化钻井液（耐温120℃，550V＜W/O乳状液破乳电压＜650V）。

可逆乳化钻井液；可逆乳状液；改性纳米颗粒；可逆乳化剂

可逆乳状液可以通过控制影响因素，使乳状液在油包水乳状液与水包油乳状液之间可逆转换，集中不同类型乳状液的优势[1]。近年来可逆乳状液的研究逐渐引起重视[2-4]，可逆乳状液在纳米微乳液的制备、钻井液[5]等领域的应用研究也逐步开展，尤其是pH敏感的可逆乳状液在钻井液阶段的应用引起了广泛的关注[6-8]。

钻井液主要分为油基钻井液和水基钻井液。油基钻井液可耐高温、润湿性好、有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力，并可有效减轻对油气层的伤害，所以在钻井阶段油基钻井液明显优于水基钻井液。油基钻井液已成为钻深井、超深井、大位移井、水平井和各种复杂地层井的重要手段[9-10]。但是油基钻井液也存在问题，在完井阶段，油基钻井液会造成滤饼清除难、水泥与地层之间的胶结强度弱、含油钻屑难处理等问题，水基钻井液在完井阶段明显优于油基钻井液。可逆乳化钻井液可集中油基钻井液与水基钻井液的优势，通过加酸或加碱，使钻井液在钻井、完井的不同阶段实现在油包水钻井液和水包油钻井液之间的可逆转化，即在钻井阶段为油包水型钻井液，而在完井阶段为水包油型钻井液，这样就可以把油基钻井液与水基钻井液的优势结合起来，达到理想的钻完井效果[11-13]。

现有的可逆乳化钻井液所使用的乳化剂主要为有机胺类表面活性剂[14]。有机胺类表面活性剂所制备的可逆乳化钻井液可逆转相性能良好，并且也可解决油基滤饼清除和油基钻屑处理的问题，但是耐温性能不好，在老化温度达到140℃以上时，老化前后可逆乳化钻井液的性质有较明显变化，本文提出用改性纳米颗粒型可逆乳化剂替代表面活性剂型可逆乳化剂的方式提高可逆乳化钻井液的耐温性能，同时该方法还能减少乳化剂的用量，提高可逆乳化钻井液的稳定性[15-17]。

1 实验材料和方法

1.1 材料与仪器

伯胺类表面活性剂DUW-1、季胺类表面活性剂LHS-3，上海金山经纬化工有限公司；叔胺类表面活性剂LTS-1，上海瀛正科技有限公司；纳米二氧化硅CR-1，山东亚亨生物科技有限公司；5#白油：法国斯卡兰集团；盐酸、氢氧化钠、氯化钙、氧化钙，国药集团化学试剂有限公司；有机土，润湿剂LKD、降滤失剂DLG、重晶石、胜利油田钻井工程技术有限公司。

GJSS-B12K变频高速搅拌机、ZNS-1泥浆失水量测量仪，胶南分析仪器厂；TGL-16C型智能高速离心机，金坛市岸头林丰实验仪器厂；滚子加热炉、GGS42-1高温高压滤失仪、ZNN-D6六速旋转黏度计、DWY-2电稳定性测试仪，青岛海通达专用仪器有限公司；超声波清洗器，KQ-250B，常州恒隆仪器有限公司；DDS-307电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司；

1.2 改性GJSS-B12K纳米二氧化硅颗粒的制备

将胺类表面活性剂溶于斯卡兰5#白油（所选用伯胺类表面活性剂DUW-1、季胺类表面活性剂LHS-3、叔胺类表面活性剂LTS-1均为油溶性表面活性剂），1000r/min匀速搅拌10min，溶解均匀，向其中加入一定量的亲油型纳米二氧化硅CR-1，12000r/min高速搅拌30min，使纳米二氧化硅充分分散，使用超声波振荡器将所得分散体系在60℃水浴温度下以40kHz震荡3h。将得到的纳米二氧化硅分散体系以12000r/min离心25min得固体颗粒，依次用乙醚将所得固体颗粒清洗10次，用无水乙醇清洗5次，用蒸馏水清洗5次，烘干，所得即为相应胺类表面活性剂改性的纳米二氧化硅。

1.3 可逆乳化钻井液的制备

将适量乳化剂加入至白油中，12000r/min高速搅拌5min；其中加入适量水相（25%氯化钙水溶液），12000r/min高速搅拌40min；按需要依次向其中加入适量有机土、降滤失剂、氧化钙、润湿剂、重晶石，每种试剂加完后均以12000r/min高速搅拌10min，制得可逆乳化钻井液。

1.4 可逆乳化钻井液的性能测试

1.4.1 可逆乳化钻井液可逆转相性能的测试

使用高温滚子加热炉对可逆乳化钻井液进行热滚。向热滚后的可逆乳化钻井液中加入适量的盐酸（20%），12000r/min高速搅拌5min，测试乳状液类型。向上述所得的可逆乳化钻井液中加入适量的氢氧化钠溶液（20%），12000r/min高速搅拌5min，测试乳状液类型。

1.4.2 可逆乳化钻井液常规性能测试

使用高温高压滤失仪测定可逆乳化钻井液的高温高压滤失量FLHTHP；使用泥浆失水量测量仪测定可逆乳化钻井液的常温常压滤失量API；使用电导率仪测试可逆乳化钻井液的电导率；使用六速旋转黏度计测试可逆乳化钻井液的流变性：表观黏度AV=θ600/2，塑性黏度PV=θ600–θ300，动切力YP=0.511(θ300–PV)；使用电稳定性测试仪测定可逆乳化钻井液的破乳电压ES。

1.4.3 可逆乳化钻井液含油钻屑处理性能评价

将一定量钻屑加入可逆乳化钻井液中并在150℃下热滚2h，之后分离钻屑并用20%盐酸溶液浸泡2h，将浸泡后的钻屑加入清水中，记录岩屑分离时间。

1.4.4 可逆乳化钻井液滤饼处理性能评价

使用可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液（120℃，3.5MPa）与改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液（180℃，3.5MPa）进行高温高压滤失得到滤饼，将滤饼置于20%盐酸中浸泡30min，并在浸泡过程中保持轻摇搅动，滤饼会逐渐脱离，对比用盐酸处理前后滤纸的状态。

2 结果与讨论

2.1 改性纳米颗粒稳定的可逆乳状液的制备

基于已有研究，优选3种改性纳米颗粒可以制备稳定的油包水乳状液，分别为伯胺类表面活性剂DUW-1将纳米二氧化硅CR-1改性所得改性纳米颗粒1、季胺类表面活性剂LHS-3将纳米二氧化硅CR-1改性所得改性纳米颗粒2、叔胺类表面活性剂LTS-1将纳米二氧化硅CR-1改性所得改性纳米颗粒3（改性纳米颗粒制备方法见1.2节），将其作为下一步改性纳米颗粒可逆乳化剂的备选。此3种改性纳米颗粒可逆乳化剂制备的初始乳状液分别命名为初始乳状液1、初始乳状液2、初始乳状液3，并对各组乳状液的酸碱敏感可逆转相性能进行测试，同时与实验室用可逆乳化剂HWR（其制备的初始乳状液命名为初始乳状液4）制备的可逆乳状液进行对比。基于已有研究，选择质量分数为20%的盐酸和质量分数为20%的氢氧化钠溶液作为实验所用酸相与碱相。首先针对所测试4种乳化剂，对其用量进一步优化，实验结果见图1。

图1 乳状液状态随不同类型乳化剂加量的变化

通过图1可以看出，与可逆乳化剂HWR用量为1.4%才能形成稳定的油包水乳状液相比，改性纳米颗粒1、改性纳米颗粒2和改性纳米颗粒3均可在较少用量（小于0.8%）时就可以形成稳定的油包水乳状液，乳化剂用量的减少一方面可以降低成本，另一方面可以减少乳化剂造成的对环境的污染。同时通过对比可逆乳化剂HWR形成的初始乳状液4和改性纳米颗粒1制备的初始乳状液1、改性纳米颗粒2形成的初始乳状液2和改性纳米颗粒3形成的初始乳状液3的破乳电压可以看出，在均达到破乳电压基本稳定的前提下，使用纳米颗粒稳定的油包水乳状液的破乳电压均明显高于使用表面活性剂HWR稳定的油包水乳状液，说明使用纳米颗粒稳定的油包水乳状液稳定性均明显高于使用表面活性剂HWR稳定的油包水乳状液。综上，使用纳米颗粒制备可逆乳状液一方面乳化剂用量少、可以降低成本、减少污染，另一方面在相同条件下改性纳米颗粒制备的初始油包水乳状液稳定性明显高于表面活性剂HWR制备的初始油包水乳状液。确定出下一步实验制备可逆乳状液乳化剂的加量分别为：可逆乳化剂HRW加量为1.4%，改性纳米颗粒1加量为0.6%，改性纳米颗粒2加量为0.8%，改性纳米颗粒3加量为0.8%。

2.2 不同类型可逆乳状液可逆转相性能

可逆乳状液的关键在于可实现可逆转相，对不同类型乳化剂形成的油包水乳状液进行转相性能研究。首先分别将初始乳状液1（改性纳米颗粒1加量0.6%）、初始乳状液2（改性纳米颗粒2加量0.8%）、初始乳状液3（改性纳米颗粒3加量0.8%）、初始乳状液4（可逆乳化剂HRW加量1.4%）进行酸触转相（20%盐酸）实验，实验结果见图2。

通过图2可以看出，乳化剂HWR，改性纳米颗粒乳化剂1和改性纳米颗粒乳化剂3稳定的乳状液酸触转相性能良好。而改性纳米颗粒2稳定的乳状液直至盐酸加量达到1%不能完成酸触转相，盐酸加量做到1.0%是因为当盐酸加量达到1.0%时，乳状液体系的pH值已经达到3.7，酸性已经较强，此时纳米二氧化硅表面的非离子型胺根基团已基本全部转换为离子型胺根，在该pH值条件下乳状液不能转相说明此乳状液不可实现酸触转相。选择可逆乳化剂HWR、改性纳米颗粒1、改性纳米颗粒3作为乳化剂进行下一步碱转相实验。

图2 不同乳化剂制备可逆乳状液酸触转相过程中乳状液电导率与破乳电压随盐酸加量的变化

根据上述实验结果，针对可逆乳化剂HWR稳定的水包油乳状液（初始乳状液4加盐酸0.1%转相后的水包油乳状液）、可逆乳化剂1稳定的水包油乳状液（初始乳状液1加盐酸0.1%转相后的水包油乳状液）、可逆乳化剂3稳定的水包油乳状液（初始乳状液3加盐酸0.2%转相后的水包油乳状液）进行碱触转相实验（20%氢氧化钠溶液），实验结果见图3。

图3 不同乳化剂制备可逆乳状液碱触转相过程中乳状液电导率与破乳电压随盐酸加量的变化

通过图3的数据可以看出，可逆乳化剂HRW和改性纳米颗粒3稳定的水包油乳状液碱触转相较为容易，而改性纳米颗粒1稳定水包油乳状液不能实现碱触转相，当碱（20%氢氧化钠溶液）加量达到0.4%时乳状液呈现破乳状态，在碱（20%氢氧化钠溶液）加量达到1%时乳状液仍然保持破乳状态。氢氧化钠加量达到1.0%之后不需要继续添加因为氢氧化钠加量为1.0%时，乳状液体系的pH已经升高至11.6，溶液中氢氧根离子浓度已经较高，纳米二氧化硅表面的离子型胺根基团已大部分转化为非离子型胺根基团，在该pH条件下乳状液依然保持破乳状态不可转相，说明改性纳米颗粒1制备的水包油乳状液不具备碱触转相功能。选择改性纳米颗粒乳化剂3作为下一步研究纳米颗粒稳定的可逆钻井液的乳化剂。

改性纳米颗粒乳化剂3稳定的乳状液可逆转相后所得油包水乳状液破乳电压明显高于可逆乳化剂HWR稳定的乳状液可逆转相后所得油包水乳状液，说明改性纳米颗粒乳化剂3稳定的乳状液可逆转相后所得油包水乳状液具有更好的稳定性。综合初始油包水乳状液3的破乳电压也明显高于初始油包水乳状液4的破乳电压，说明改性纳米颗粒3制备的可逆乳状液在可逆转相前后稳定性均强于表面活性剂型可逆乳化剂HRW制备的可逆乳状液。

2.3 改性纳米颗粒型可逆乳化剂与表面活性剂型可逆乳化剂稳定的可逆乳状液可逆转相机理分析

伯胺类表面活性剂DUW-1与叔胺类表面活性剂LTS-1的胺基中N原子均存在孤对电子，其在酸性条件下可与H+配对形成带正电的阳离子胺基基团，亲水性大大增强。故伯胺类表面活性剂DUW-1改性的纳米颗粒1与叔胺类表面活性剂LTS-1改性的纳米颗粒3均可在酸触后由亲油型纳米二氧化硅转变为亲水型纳米二氧化硅（见图4），使其稳定的乳状液实现由油包水乳状液向水包油乳状液的转相。

优选出的伯胺类表面活性剂DUW-1和叔胺类表面活性剂LTS-1均为长单链有机胺，其每个长单链均可与纳米二氧化硅形成比较单一的连接。伯胺类表面活性剂DUW-1只有一个亲油基团，而叔胺类表面活性剂LTS-1有3个亲油基团，吸附在改性纳米颗粒1表面的伯胺类表面活性剂DUW-1中仅有的一个亲油基团吸附在纳米颗粒表面，而吸附在改性纳米颗粒3表面的叔胺类表面活性剂LTS-1由于亲油基团较多，还有部分的亲油基团未在纳米二氧化硅表面吸附（如图4所示），故改性纳米颗粒3体现出的亲油性明显强于改性纳米颗粒1体现出的亲油性。

由于乳状液存在转相滞后性[18]，并且乳状液要实现从水包油型乳状液转相为油包水乳状液需要先破坏水包油乳状液的结构，而改性纳米颗粒稳定的乳状液结构非常牢固。即乳状液要实现从水包油乳状液向油包水乳状液的转相比直接制备油包水乳状液对乳化剂亲油性提出了更高的要求（其他条件并未改变的前提下），伯胺类表面活性剂DUW-1改性的纳米颗粒1虽然可以制备初始油包水乳状液，但其酸触转相为水包油乳状液后，在碱触转相阶段由于改性纳米颗粒1体现出的亲油性不够，所以不能有效碱触转相为油包水乳状液，而叔胺类表面活性剂LTS-1改性的纳米颗粒3由于有部分亲油基团尚未吸附在纳米颗粒表面，使纳米颗粒整体体现出更强的亲油性，故叔胺类表面活性剂LTS-1改性的纳米颗粒3制备的乳状液在碱触转相阶段可以有效碱触转相为油包水乳状液。故改性纳米颗粒3可作为改性纳米颗粒型可逆乳化剂。

图4 改性纳米颗粒乳化剂在可逆乳状液可逆转相过程中的结构变化示意图

季胺类表面活性剂LHS-3中胺基上的氮原子不存在孤对电子（结构见图4），其结构不随着酸碱的添加发生变化，酸碱的加入仅仅会影响改性纳米颗粒乳化剂2的扩散双电层（见图5），但扩散双电层对乳化剂亲水亲油性影响较小，所以改性纳米颗粒3的性质受酸碱添加影响较小。所选取的季胺类表面活性剂LHS-3为油溶性季胺类表面活性剂（由于季胺类表面活性剂中存在亲水性很强的季胺基，为增强所选取季胺类表面活性剂的亲油性，选取的季胺类表面活性剂为多支链亲油基季胺类表面活性剂），其有大量的支链亲油基团，故吸附在改性纳米颗粒2表面的季胺类表面活性剂LHS-3只有部分亲油基团在纳米颗粒表面进行吸附，还有大量的亲油基团未在纳米颗粒表面进行吸附。未吸附的亲油基团与季胺基共同作用使改性纳米颗粒3体现出强亲油性。故季胺类表面活性剂LHS-3改性的纳米颗粒3可以有效稳定油包水乳状液并且所稳定油包水乳状液不随酸碱的加入发生转相。

图5 改性纳米颗粒乳化剂2的扩散双电层伴随着酸碱加量的变化

表面活性剂型可逆乳化剂制备的可逆乳状液是由表面活性剂在油水界面形成栅栏结构稳定，表面活性剂在酸触过程中亲水性增强，其稳定的乳状液从油包水乳状液转相为水包油乳状液，表面活性剂在碱触过程中亲油性增强，其稳定的乳状液从水包油乳状液转相为油包水乳状液（图6）。纳米颗粒型可逆乳化剂制备的可逆乳状液是由改性纳米颗粒在油水界面形成结构稳定，纳米颗粒型可逆乳化剂在酸触过程中表面带电性增强导致亲水性增强，其稳定的乳状液从油包水乳状液转相为水包油乳状液，纳米颗粒型可逆乳化剂在碱触过程中表面带电性减弱导致亲油性增强，其稳定的乳状液从水包油乳状液转相为油包水乳状液（图7）。对比二者，纳米颗粒型可逆乳化剂在油水界面形成的结构明显比表面活性剂型可逆乳化剂在油水界面形成的栅栏结构更加稳定[20]，与改性纳米颗粒型乳化剂稳定的油包水乳状液破乳电压明显高于表面活性剂型乳化剂稳定的油包水乳状液结构一致。

图6 表面活性剂型可逆乳化剂制备的可逆乳状液可逆转相过程示意图[19]

图7 纳米颗粒型可逆乳化剂（改性纳米颗粒3）制备的可逆乳状液可逆转相过程示意图

2.4 改性纳米颗粒乳化剂3稳定的可逆乳化钻井液的制备

以改性纳米颗粒乳化剂3制备的可逆乳状液3为基础，对润湿剂、降滤失剂、石灰、有机土和重晶石进行种类优选与加量优化，综合评价可逆乳化钻井液可逆转相性能、稳定性及耐温、滤失、密度等指标，确定可逆乳化钻井液的配方为：5#白油+25%氯化钙水溶液+0.8%改性纳米颗粒乳化剂3+1.5%有机土+2%润湿剂LKD+1%降滤失剂DLG+1%石灰+适量重晶石，油水比为60/40，密度可调为1.20g/cm3。与已有表面活性剂型可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液体系进行对比，已有表面活性剂型可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液体系的配方为：5#白油+25%氯化钙水溶液+1.4%可逆乳化剂HWR+1.4%有机土+2.5%润湿剂LND+1.8%降滤失剂DLK+1%石灰+适量重晶石，油水比为60/40，密度可调为1.20g/cm3。分别制备出两种可逆乳化钻井液，对二者的耐温性能、可逆转相性能、含油钻屑处理性能和滤饼清洗性能进行评价对比。

2.5 改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液耐温性能评价

对改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液与可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液在不同温度下进行热滚实验（16h），分别对比老化前后钻井液的性能，对改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液与可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液的耐温性能进行评价，实验结果见表1。

通过上述实验结果可以看出，可逆乳化剂HRW作为乳化剂制备的可逆乳化钻井液在温度达到140℃时性质变化较大，尤其是破乳电压和高温高压滤失量变化很大，说明可逆乳化钻井液在此温度下已不能保持稳定，可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液可耐温120℃。改性纳米颗粒乳化剂3稳定的可逆乳化钻井液在温度达到190℃时性质变化较大，尤其是破乳电压和高温高压滤失量变化很大，说明可逆乳化钻井液在此温度下已不能保持稳定，可逆乳化剂3稳定的可逆乳化钻井液可耐温180℃。由于纳米颗粒在乳状液表面形成的结构更加稳定导致乳状液稳定性更好，所以纳米颗粒稳定的油包水乳状液耐温性能明显优于表面活性剂型表面活性剂稳定的可逆乳化钻井液，这个实验结果与破乳电压的实验结果相一致，并与图6、图7对可逆乳状液结构及其机理的分析一致。

2.6 改性纳米颗粒乳化剂3稳定的可逆乳化钻井液可逆转相性能评价

根据上述研究结果，对改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液的可逆转相性能（热滚条件为180℃×16h）。同时测试可逆乳化剂HWR稳定的可逆乳化钻井液的可逆转相性能（热滚条件为120℃×16h）。针对热滚前、热滚后、加酸反转和加碱反转4种情况下两种可逆乳化钻井液的流变性、滤失性、破乳电压和电导率等性质进行对比，实验结果见表2。

通过表2实验结果，对比改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液在180℃热滚条件下可逆转相性能与可逆乳化剂HWR稳定的可逆乳化钻井液在120℃热滚条件下可逆转相性能测试结果，二者转相前后性质均没有明显变化并且可逆转相性能良好，即改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液在180℃条件下能保持良好的稳定性与可逆转相性能，可逆乳化剂稳定的可逆乳化钻井液在120℃热滚条件下也能保持良好的稳定性与可逆转相性能。

表1 可逆乳化钻井液抗温性能的表征

表2 可逆乳化钻井液的可逆转相性能表征

2.7 改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液含油钻屑处理性能评价

随着油基钻井液使用越来越多，含油钻屑的处理的问题逐渐引起人们的重视，目前使用的方法主要有生物降解法、溶剂萃取法和高温热解法，这些方法都存在成本高和操作复杂的缺点。利用可逆乳化钻井液可以解决这个问题，可逆乳化钻井液可以在钻井阶段为油基钻井液，具有油基钻井液的优势，但在含油钻屑处理时使用酸液进行处理，使含油钻屑表面由亲油转变为亲水，解决含油钻屑的处理问题。对比常规钻井液、可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液和改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液的含油钻屑处理性能，实验结果见表3。

表3 可逆乳化钻井液含油钻屑处理实验结果

通过上述实验结果可以看出，可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液与改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液产生的含油钻屑在加酸处理后均能与油相相互分离，完成含油钻屑的处理，并且二者钻屑分离时间均为5h左右，在含油钻屑处理方面二者性能基本一致。

2.8 改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液滤饼清洗性能评价

油基钻井液作业后会在井壁与套管之间产生油基泥饼，影响下一步的固井作业。为了清除油基泥饼的伤害，使用油基钻井液时需要在固井之前使用滤饼清除液来清除滤饼。目前使用的滤饼清除液的主要成分是表面活性剂，滤饼清除液的使用不但会增加成本，而且会造成环境污染。而可逆乳化钻井液体系的使用则可以在保证油基钻井液钻井效果的基础上避免油基滤饼清洗方面的问题。可逆乳化钻井液体系可以在钻井阶段为油基钻井液，而在完井阶段，通过注入酸液处理，将油基泥饼清除，然后在完井阶段使用普通水基钻井液的完井方法即可完成，可以更好地完成钻完井作业。对比可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液（120℃，3.5MPa）与改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液（180℃，3.5MPa）滤饼清洗效果，实验结果见图8。

通过图8，对比可逆乳化剂HRW稳定的可逆乳化钻井液（120℃，3.5MPa）与改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液（180℃，3.5MPa）高温高压滤失所得滤饼清洗效果可以看出，二者均有较好的滤饼清洗功能，此方法与常规的油基钻井液滤饼清洗方法相比操作方便、步骤简单并且更加环保。

图8 可逆乳化钻井液滤饼清除效果图

3 结论

（1）优选改性纳米颗粒3作为乳化剂制备可逆乳状液，使用改性纳米颗粒3制备的可逆乳状液与使用表面活性剂型可逆乳化剂HWR制备的可逆乳状液对比，不但乳化剂用量较少，而且稳定性较强。

（2）对表面活性剂稳定的可逆乳状液与纳米颗粒稳定的可逆乳状液形成的结构进行了初步的阐述，并联系对比使用改性纳米颗粒3制备的可逆乳状液与使用表面活性剂型可逆乳化剂HWR制备的可逆乳状液的耐温性能和乳状液的稳定性，对可逆乳状液结构对性质的影响进行了初步的分析。

（3）以所制备改性纳米颗粒3稳定的可逆乳状液为基础制备可逆乳化钻井液，并对可逆乳化钻井液的性能进行评价。与表面活性剂型可逆乳化剂HWR稳定的可逆乳化钻井液（乳化剂加量1.4%）相比，改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液在乳化剂用量较少（0.8%）的情况下，不但保持了良好的可逆转相性能、滤饼清除功能和含油钻屑处理功能，而且在耐温性能（180℃）和稳定性（1000V＜W/O乳状液破乳电压）方面明显优于表面活性剂稳定的可逆乳化钻井液（耐温120℃，550V＜W/O乳状液破乳电压＜650V）。

（4）通过上述研究，改性纳米颗粒3稳定的可逆乳化钻井液在保持了表面活性剂HWR稳定的可逆乳化钻井液优良性能的基础上，降低了乳化剂用量，增强了可逆乳化钻井液的耐温性能和稳定性，为制备可逆乳化钻井液提供了一种可行的方案。

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Preparation and properties of the reversible invert emulsion drilling fluid stabilized by modified nanoparticles

LIU Fei1，WANG Yanling1，GUO Baoyu2，WANG Xudong2，ZHANG Yue1，REN Jinheng1，LI Yongfei1，
WANG Kun1
（1China University of Petroleum（East China)，Qingdao 266580，Shandong，China；2Drilling Engineering and Technology Company，Shengli Petroleum Engineering Corporation Limited of SINOPEC，Dongying 257064，Shandong，China)

Reversible invert emulsion drilling fluid combines the advantages of both the oil based drilling fluid and the water based drilling fluid. The reversible invert drilling fluid in the current study mainly used the surfactant reversible invert emulsifiers. Modified nanoparticles were used as reversible invert emulsifier to enhance the heat resistance and the stability of the reversible invert emulsion.Firstly, the nanoparticles which can be used to make reversible invert emulsion were chosen. Secondly，reversible invert drilling fluid was made based on the reversible invert emulsion. Thirdly, the properties of the reversible invert drilling fluid were evaluated. Based on the evaluation，the nanoparticles 3 was chosen as the reversible invert emulsion. The stability of the reversible invert emulsion drilling fluid was enhanced by the modified nanoparticles，compared with the reversible invert drilling fluid stabilized by surfactant（the usage of the emulsifier is 1.4%）.The reversible invert emulsion drilling fluid stabilized by the modified nanoparticles improved not only the performance in the aspect of reversible phase inversion, filter cake treating and oiliness cuttings treating, but also the performance of heat resistance.

reversible invert emulsion drilling fluid；reversible invert emulsion；modified nanoparticles；reversible invert emulsifier；reversible invert emulsifier

TE357.12

A

1000–6613（2017）11–4200–09

10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0402

2017-03-12；修改稿日期2017-06-10。

中石化集团公司科技攻关项目（JP13011）。

刘飞（1989—），男，博士研究生。联系人王彦玲，教授，博士生导师，主要从事油田化学相关工作。E-mail：1279660409@qq.com。