原油基可循环微泡沫钻井液技术室内研究

袁 伟

原油基可循环微泡沫钻井液技术室内研究

袁 伟

（中国石油集团长城钻探有限公司工程技术研究院，辽宁 盘锦 124000）

原油基可循环微泡沫钻井液对强水敏、低压油气藏开发有重要的意义。原油可循环微泡沫钻井液体系可以解决强水敏地层井壁稳定问题；解决易漏地层、低压地层储层保护问题；解决常规钻井液体系无法实现近/欠平衡钻井问题。本文对原油基可循环微泡沫钻井液配方进行优选、优化，对发泡效果、稳泡效果、流变性进行评价。

原油； 泡沫；油基； 可循环；室内研究

微泡沫钻井液具有良好的封堵和防漏作用，能有效减少钻井液的漏失。油基可循环微泡沫钻井液既可以充分发挥微泡钻井液的携带悬浮、高效封堵、保护储层等优点，又可发挥油基钻井液强抑制性、强润滑性，解决一些特殊地层的钻井难题，减少井下复杂事故的发生。原油基可循环微泡沫钻井液主要有发泡剂、稳泡剂、乳化剂、降虑失水剂组成，作者对上述处理剂进行筛选、优化，形成原油基可循环微泡沫钻井液配方，使其满足密度在0.80~0.90 g/cm3可调，半衰期大于等于480 min，API失水在小于等于3 mL，破乳电压值大于等于1 200 V，抗温达到120 ℃。

1 原油基可循环微泡沫钻井液的组成

原油基可循环微泡钻井液基液由70%原油（原油相对密度一般在0.75~0.95 g/cm3之间，少数大于0.95 g/cm3或小于0.75 g/cm3，相对密度在0.9~1.0 g/cm3的称为重质原油，小于0.9 g/cm3的称为轻质原油。试验所用的原油为轻质原油，密度为0.85 g/cm3）和30%的水所组成，经过乳化剂（乳化剂是能使两种或两种以上互不相溶的组分的混合液体形成稳定的乳状液的一类化合物。其作用原理是在乳化过程中，分散相以微滴（微米级）的形式分散在连续相中，乳化剂降低了混合体系中各组分的界面张力，并在微滴表面形成较坚固的薄膜或由于乳化剂给出的电荷而在微滴表 面形成双电层，阻止微滴彼此聚集，而保持均匀的乳状液）的作用形成均匀的乳状液，在发泡剂（发泡剂均具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫）的作用下把空气包裹进去，形成细小的微泡沫，在稳泡剂作用下，提高泡沫的质量和泡沫的稳定性，增加泡沫的黏弹性，使泡沫形成稳定的外壁结构。

2 原油基可循环微泡沫钻井液配方筛选

2.1 原油基可循环微泡沫钻井液发泡剂的优选

通过资料收集、查找最终选定烷基苯磺酸钠、油水兼容型发泡剂、MF-1等几种处理剂在400 mL基液（70%原油+30%水）进行发泡剂优选试验，试验结果见表1。

表1 发泡剂对比表

试验结果表明油水兼容型发泡剂在同样的基液情况下，发泡量最多为500 mL，稳泡时间最长为85 min，所以油水兼容型发泡剂有良好的发泡效果，且半衰期长，所以选择油水兼容型发泡剂。

2.2 原油基可循环微泡沫钻井液乳化剂的优选

通过资料收集、查找、对比最终选定三种乳化剂，分别是乳化剂1、乳化剂2、乳化剂3。配方（70%原油+30%水+0.5%油水兼容型发泡剂）中对上述三种乳化剂进行筛选，乳化剂加量为2%（8 g），试验结果见表2。

表2 乳化剂对比表

试验结果表明乳化剂1破乳电压（ES）值最高为1 056 V，且发泡量涨幅最大为550 mL，半衰期涨幅最大为110 min，所以乳化剂1的乳化效果最好，且发泡量和半衰期涨幅最大。

2.3 原油基可循环微泡沫钻井液稳泡剂的优选

通过资料收集、查找、对比最终选定三种稳泡剂，分别是黄原胶、低黏聚离子纤维素和高黏聚离子纤维素。在配方（70%原油+30%水+0.5%油水兼容型发泡剂+2%乳化剂1）中对上述三种进行稳泡剂的筛选，稳泡剂加量为0.5%（2 g），试验结果见表3。

表3 稳泡剂对比表

试验结果表明，在同样加量的情况下，黄原胶发泡量最多为500 mL，半衰期最少为300 min，低黏聚离子纤维素发泡量处于第二位为480 mL，半衰期处于第二位为380 min，高黏聚离子纤维素发泡量最少为450 mL，半衰期最长为400 min。但是加入高黏聚离子纤维素当稳泡剂的钻井液试样中，泡沫变大，目视泡沫质量变差。

经过总结分析，对上述三种稳泡剂两两进行复配作为稳泡剂使用，又进行了下一步试验。试验结果见表4。

表4 稳泡剂对比表

试验结果表明：黄原胶加低黏聚离子纤维素发泡量是最多为520 mL，半衰期处于第二位为360 min，高黏聚离子纤维素加低黏聚离子纤维素半衰期最长为385 min，发泡量最少为460 mL。但目视泡沫质量是最好的为加入黄原胶和低黏聚离子纤维素复配作为稳泡剂的钻井液试样。

综上所述，把黄原胶和低黏聚离子纤维素复配作为稳泡剂的稳泡效果是最好。

2.4 原油基可循环微泡沫钻井液降虑失水剂的优选

通过资料收集、查找、对比最终选定三种降滤失剂，分别是有机褐煤降滤失剂、聚合物降滤失剂和无荧光防塌降失水剂KH-931。在配方（70%原油+30%水+0.5%油水兼容型发泡剂+2%乳化剂1+0.25%黄原胶+0.25%低黏聚离子纤维素）中加入上述三种降滤失剂进行降滤失剂的筛选，降滤失剂加量为2%（8 g），试验结果见表5。

表5 降滤失剂对比表

试验结果表明在加入机褐煤降滤失剂效钻井液试样中中压失水（API）最小为5.2 mL，所以选择有机褐煤降滤失剂。

3 原油基可循环微泡沫钻井液配方优化

对已筛选出来的发泡剂、稳泡剂、乳化剂、降滤失剂加量进行优化，使其达到密度在0.80~0.90 g/cm3可调，半衰期大于等于480 min，API失水在小于等于3 mL，破乳电压值大于等于1 200，抗温达到120 ℃。

原油和水的比例按70∶30，即280 mL原油和120 mL水组成基液。通过大量的试验，得到发泡剂最佳加量为0.25%~0.3%，稳泡剂最佳加量为0.3%~0.5%，乳化剂最佳加量为2.5%~3.5%，降滤失剂最佳加量为3%~4%。以下面配方为例：

配方：280 mL原油+120 mL水+1 g发泡剂+1.2 g黄原胶+1.2 g低黏聚离子纤维素+10 g乳化剂1+12 g有机褐煤降滤失剂，在120 ℃滚动老化16 h后测得性能，见表6。

表6 钻井液性能表

试验结果表明，钻井液密度为0.86 g/cm3，中压失水为1.8 mL，破乳电压为1 680 V，半衰期为580 min，全都符合要求。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）原油基可循环微泡沫钻井液密度在0.80~0.90 g/cm3可调，半衰期大于480 min，API失水在小于3 mL。

（2）原油基可循环微泡沫钻井液抗温能力达到120 ℃。

4.2 建议

（1）因为原油基可循环微泡沫钻井液密度低可调，所以能有效减少对储层的伤害，可以起到保护储层的作用。

（2）由于用于油基微泡沫钻井液处理剂材料比较少，且价格比较贵，限制了油基微泡沫钻井液的发展与应用，所以建议加大这方面处理剂的研制与应用，降低成本，促进油基微泡沫钻井液的发展。

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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

国家科技重大专项及中国石油集团配套项目“深井超深井优质钻井液与固井完井技术研究，项目号：2016ZX05020-004。

2019-10-18

袁伟（1986-），男，中级工程师，辽宁省盘锦市人，2008年毕业于西南石油大学应用化学专业，主要从事钻完井液研究和现场技术服务工作。

TE254

A

1004-0935（2020）01-0093-03