柴油基钻井液微乳冲洗液体系研究

摘要

油基钻井液具有耐高温、润滑性好、储层伤害小等优点，是深井、水平井等复杂钻井作业的重要技术手段。随着我国加快深层、页岩气非常规油气资源开发，如何高效清除油基钻井液及滤饼，是油基钻井液条件下固井面临的首要难题。针对该难题，论文利用微乳液超低界面张力等特性，研发出一套高效冲洗油基钻井液及滤饼的冲洗液技术。 根据HLB值、表面张力、界面张力、增溶参数等标准，优选Gemini表面活性剂CZH、α-烯烃磺酸盐AOS、正丁醇、正庚烷、KCl为微乳液主要组分，确定了表面活性剂复配摩尔比，探讨了微乳液各组分对微乳液形成及相行为影响规律；通过稀释微乳液制备出纳米乳液，系统测定纳米乳液体系的界面张力、增溶能力、接触角、乳液粒径及Zeta电位等特性参数，结合冲洗效率评价实验，揭示了微乳液及其所形成的纳米乳液的高效冲洗机理；根据流变性和沉降稳定性评价实验，优选了聚合物、加重剂等外加剂，构建了新型微乳冲洗液体系，系统评价了微乳冲洗液的相容性、对油基钻井液及滤饼的冲洗效果、固井界面胶结强度。 研究结果表明，CZH/AOS最佳复配摩尔比为7∶3，随着盐浓度及醇浓度的增加，微乳液均经历了从Winsor I到Winsor III型再到Winsor II型的转变，最佳中相微乳液对应盐浓度为0.034g·mL-1，最佳醇度为0.065g·mL-1；通过稀释微乳液可以得到粒径小、在亲油岩心表面润湿性好、稳定性强、与油相间界面张力极低的纳米乳液，该纳米乳液对残余油具有较强的剥离作用，具有较强的润湿反转能力，增加了井壁亲水性；优选羟乙基纤维素、重晶石为外加剂，构建了稳定性好、密度及流变性可调的微乳冲洗液体系，该体系与油基钻井液及水泥浆具有较好的相容性，能够在7min内将油基钻井液冲洗干净，10min内将滤饼冲洗干净，耐温能力强，冲洗后固井二界面胶结强度是常规表面活性剂溶液型冲洗液的10.4倍，二界面处的水泥颗粒能够正常水化，显著提高固井二界面胶结强度。本研究为清除油基钻井液及滤饼、提高油基钻井液完钻井后固井质量难题提供了一种新的技术方法。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 柴油基钻井液应用

1.1.2 柴油基钻井液对固井质量的影响

1.1.3 柴油基钻井液冲洗液体系

1.1.4 微乳冲洗液体系

1.2 国内外研究现状

1.2.1 微乳液研究发展现状

1.2.2 冲洗液研究进展

1.2.3 微乳型冲洗液研究进展

1.2.4 微乳型冲洗液相关技术

1.3 内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 清洗油基钻井液用微乳液制备

2.1 引言

2.2 微乳液组分优选

2.2.1 表面活性剂优选

2.2.2 助表面活性剂优选

2.2.3 水及油相优选

2.3 表面活性剂复配体系优选

2.3.1 实验试剂及仪器

2.3.2 实验方法

2.3.3 实验结果及分析

2.4 盐及醇对微乳液影响规律

2.4.1 实验试剂及仪器

2.4.2 实验方法

2.4.3 实验结果及分析

2.5 本章小结

第三章 微乳液特性及冲洗机理研究

3.1 引言

3.2 实验仪器

3.3 实验方法

3.3.1 微乳液稀释

3.3.2 粒径大小及zata电位

3.3.3 表面张力及界面张力测定

3.3.4 增溶能力

3.3.5 润湿性测试

3.3.6 润湿改性能力测试

3.3.7 冲洗效率测试

3.4 实验结果及分析

3.4.1 微乳液稀释及表面张力

3.4.2 稳定性

3.4.3 润湿性

3.4.4 增溶能力及界面张力

3.4.5 冲洗效率评价

3.4.6 冲洗机理分析

3.5 本章小结

第四章 微乳冲洗液体系优化

4.1 引言

4.2 实验试剂及仪器

4.3 实验方法

4.3.1 流变性测试

4.3.2 密度测试

4.3.3 稳定性测试

4.3.4 冲洗效率测试

4.4 实验结果及分析

4.4.1 聚合物

4.4.2 加重剂

4.4.3 盐

4.4.4 微乳冲洗液体系

4.5 本章小结

第五章 微乳冲洗液体系性能评价

5.1 引言

5.2 实验仪器

5.3 实验方法

5.3.1 微乳冲洗液制备

5.3.2 微乳液冲洗液固井相容性评价

5.3.3 微乳冲洗液冲洗效率评价

5.3.4 界面胶结强度评价

5.3.5 电镜扫描与能谱分析

5.4 实验结果及分析

5.4.1 微乳冲洗液

5.4.2 微乳液冲洗液固井相容性

5.4.3 微乳液冲洗液对油基钻井液冲洗效率

5.4.4 微乳冲洗液对油基滤饼冲洗效果

5.4.5 界面胶结强度

5.4.6 界面交界处SEM和EDS测试

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间获得的学术成果

致谢