高钙盐条件下表面活性剂聚集行为及油基泥浆清洗研究

发布时间：2020-07-21 23:28

【摘要】：油基钻井液是一种以油为连续相的钻井液,根据其中水相含量的不同,主要分为全油基钻井液(水相含量10%)和油包水乳化钻井液(水相含量10-60%)两类。油基钻井液具有抗高温、抗钙盐侵蚀、润滑性好且对油气储层伤害程度小等优点,广泛用于高温深井及复杂地层的油藏开采中。钻井结束后,部分油基泥浆会残留在套管及井壁上堆积成厚实的滤饼,及时将残留的油基泥浆清除,有利于后续的生产作业。清洗液作为清洗油基泥浆及滤饼的有效手段,应该具备以下能力：(1)清洗液必须能有效改变界面亲水／亲油性,与油基泥浆、水泥浆有较好的配伍性；(2)清洗液密度能够调控,具备一定的悬浮性；(3)清洗液要有一定的粘度。本文结合清洗油基泥浆的背景,系统研究了高钙盐条件下形成油基泥浆清洗液中表面活性剂的聚集行为,制备出了一种耐温、耐盐的微乳液型油基泥浆清洗液,并对影响油基泥浆清洗效率的可能因素进行了研究。(1)高钙盐条件下表面活性剂的聚集行为筛选合适的表面活性剂,得到了一种能在40 wt%CaCl2中稳定存在的表面活性剂复配体系——AES/BL-n/CAB-35,改变体系中聚氧乙烯基团(EO)的数量,可以有效调控水溶液的流变学性质,水溶液密度也可控制在1.0-1.3 g/cm3之间。在AES/BL-n/CAB-35体系中,改变EO数(n的大小),可以得到不同类型的表面活性剂聚集相态,如L1、L。等。将白油加入不同n值的体系中,以相转变温度法(PIT)来制备乳液,当n较小时,无法乳化白油；当n=4时,少量的白油加入会形成微乳液,大量油相加入可以形成纳米乳液；当n较大时,可以乳化白油,但乳化效果不佳。这是由于当n=4时,体系的亲水亲油平衡值(HLB)达到最佳,最适宜于形成水包油型(O/W)乳液。研究发现,在AES/BL-4/CAB-35中,体系有很强的非温敏性,即在25-70℃范围内,该体系外观无明显变化,通过流变仪、小角X射线散射、偏光显微镜等手段表征,其内在结构稳定。这是由于体系中混合表面活性剂的临界堆积参数约为1；在表面活性剂分子间的疏水作用、Ca2+的静电作用和氢键作用的共同作用下,表面活性剂分子出现平行排列的双分子层；体系的粘度非常高,弹性模量G’远大于粘性模量G”,这种相对稳定的结构有助于抵消由温度升高带来的影响,继续保持原有结构的稳定。(2) Winsor Ⅳ型微乳液清洗油基泥浆在高钙盐条件下,以AES/BL-9为表面活性剂,正丁醇为助表面活性剂,白油为油相得到了稳定的Winsor Ⅳ型微乳液,以该微乳液为清洗液,研究了清洗油基泥浆过程中表面活性剂用量、清洗温度等对清洗效率的影响。本章节的重点是研究了AES/BL-9之间的相互作用,得到了最佳复配比例,同时对比研究了Na+、Ca2+对微乳液相行为的影响。在相同浓度的氯化钙水溶液中得到的微乳液相区明显要大于氯化钠水溶液体系,同时在氯化钙水溶液中形成的微乳液对温度的敏感性要低得多,最后绘制了相应条件下的相图。在实验室条件下模拟了实际生产中的清洗过程,以AES/BL-9/正丁醇／白油在40 wt% CaCl2中形成的Winsor IV型微乳液作为油基泥浆清洗液,能够有效清除油基泥浆,改变原界面的润湿性。在此过程中,得到了以下结论：表面活性剂含量的增加有利于降低助表面活性剂的用量,可以提高微乳液对油基泥浆的增溶能力；微乳液型清洗液有很高的清洗效率,在较短的时间内清洗效率就可以达到最大；在特定组成下,温度的升高不利于清洗效率的提高。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ423;TE254

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