油水比对油基_合成基钻井液体系性能的影响.pdf

第 51 卷第 9 期2023 年 5 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.9May.2023生产技术油水比对油基/合成基钻井液体系性能的影响任亮亮,罗健生,李 超,徐博韬,郭 磊(中海油田服务股份有限公司油田化学研究院,河北 燕郊 065201)摘 要:研究了不同油水比对油基/合成基钻井液体系性能的影响。以中海油田服务股份有限公司钻井液体系 MODRILL 钻井液为基础,研究了油水比分别为:70 30、75 25、80 20 和 85 25 条件下,密度为 1.25 g/cm3的合成基钻井液性能变化规律。结果发现,随着油水比增加,钻井液的粘度降低;破乳电压增加;高温高压滤失量减小;24 h 的沉降因子保持不变,72 h 的沉降因子随之降低。同时,以工程招标为例,解释了油水比对调整钻井液流变性的重要意义。关键词:钻井液;油水比;流变性能;破乳电压;稳定性中图分类号:TE254 文献标志码:B文章编号:1001-9677(2023)09-0150-04 第一作者:任亮亮,博士研究生,工程师。Influence of Oil-water Ratio on the Performance ofOil/Synthetic Drilling Fluid SystemREN Liang-liang,LUO Jian-sheng,LI Chao,XU Bo-tao,GUO Lei(Oilfield Chemicals R&D Institute,COSL,Hebei Yanjiao 065201,China)Abstract:The influence of oil-water ratio on the performance of oil/synthetic drilling fluid system(OBM/SBM)were studied.Based on MODRILL drilling fluid system of China Oilfield Services Co.,Ltd.,the variation of OBM/SBMperformance with 1.25 g/cm3were investigated with different oil-water ratio(O/W)of 70 30、75 25、80 20 and85 25.The results showed that the viscosity of drilling fluid decreased,the emulsion-breaking voltage(ES)increased,the high temperature and high pressure filtration(FLHTHP)decreased,and the 24 h sag factor(SF)were stable while the72 h sag factor(SF)decreased with the increasing of oil-water ratio in drilling fluids.Furthermore,the importance of oil-water ratio on the rheological property in the OBM/SBM was also showed.Key words:drilling fluid;oil water ratio;rheological property;emulsion-breaking voltage;stability油基钻井液是油包水(W/O)型乳状液,辅以降滤失剂、流型调节剂、加重剂等来调控体系的基本性能,以满足钻井工程的需求1。研究油水比对钻井液体系的性能的影响对现场作业有着重要的意义,同时较低的油水比可以明显降低现场作业的成本2-4。本文以中海油田服务股份有限公司钻井液体系MODRILL 钻井液为基础,考察了不同油水比对钻井液体系的流变性能,破乳电压,滤失性能,沉降稳定性等钻井液性能的影响,为油基/合成基钻井液的研发和现场应用提供技术支持。1 实 验1.1 材料和仪器1.1.1 实验材料基础油-Saraline 185V,英国壳牌;PF-MOEMUL、PF-MOCOAT、PF-MOGEL、PF-MOHFR、PF-MOSTRH、PF-FSVIS、Barite、Hymod Prima Clay,中海油田服务股份有限公司;Ca(OH)2、CaCl2,分析纯。1.1.2 实验仪器OFI900 旋 转 粘 度 计、FANN23E 型 破 乳 电 压 测 定 仪、FANN387 高温高压失水仪。1.2 实验方法1.2.1 粘度、破乳电压和高温高压滤失量的测定粘度、破乳电压和高温高压滤失量以 GB/T 16783.22012钻井液现场测试第 2 部分 规定的评价方法测定5。1.2.2 静态沉降测试静态沉降测试是评价钻井液在井筒内静态条件下沉降趋势的方法。将钻井液加入不锈钢罐中,如图 1 所示,将钻井液分为上中下三部分,在特定温度下静态防止一段时间后,分别测量钻井液液柱上部密度 top和底部的密度 bottom。图 1 钻井液分层示意图Fig.1 The schematic diagram of layered drilling fluids第 51 卷第 9 期任亮亮,等:油水比对油基/合成基钻井液体系性能的影响151 静态沉降因子 SF 的计算如式(1)所示:SF=bottom/(bottom+top)(1)2 结果和讨论为了研究不同油水比对钻井液性能的影响,设计了相同密度下(1.25 g/cm3)不同油水比(70 30 85 25)对合成基钻井液性能的影响,钻井液配方见表 1。如表 1 所示,实验 1 4 所用钻井液配方在保持各种添加剂(乳化剂、有机土、碱度调节剂、降滤失剂、封堵剂、流型调节剂等)加量一致,改变配方的油水比(70 30、75 25、80 20、85 25),用加重剂Barite 加重至相同密度(1.25 g/cm3)。表 1 不同油水比的合成基钻井液配方Table 1 The SBM formulation with different oil-water ratioItemSGPRODUCTTrade NameConcentration/g/Lab Barrel(350 mL)Run 1(O/W=70 30)Run 2(O/W=75 25)Run 3(O/W=80 20)Run 4(O/W=85 25)10.780Base OilSaraline 185V150.6165.0174.3186.220.92Primary emulsifierPF-MOEMUL12.012.012.012.030.97Secondary emulsifierPF-MOCOAT1.51.51.51.541.80Organophilic clayPF-MOGEL5.55.55.55.552.20LimeCa(OH)211.011.011.011.062.15Water activity controlCaCl228.322.318.914.271.00WaterWater89.570.559.844.981.30Fluid loss control agentPF-MOHFR2.2.02.02.091.80Plugging agentPF-MOSTRH2.02.02.02.0100.96Rheology modifierPF-FSVIS1.11.11.11.1114.30Weighting agentBarite119.6131.88135.5143.512-PollutionclayHymod Prima Clay303030302.1 油水比对流变性能的影响实验 1 4 配制的钻井液在 125 下热滚 16 h 后,于 65 下用旋转粘度仪测其流变性能。表 2 为实验结果,对比了不同油水比对钻井液流变性的影响。图 2 为不同油水比对钻井液流变性(表观粘度 AV、塑性粘度 PV)的影响,由表 2 和图 2 可以发现,随着油水比的增加,钻井液的整体粘度明显逐渐降低,表明油水比对钻井液粘度有明显的影响。且当油水比大于80 20 后,油水比对钻井液的粘度影响较小,具体表现为 Run 3和 Run 4 的 AV、PV 值相差不大。综上,考虑成本问题,对于1.25 g/cm3的油基/合成基 MODRILL 钻井液体系,其油水比应该控制在 80 20 内。图 2 油水比对钻井液粘度的影响Fig.2 Effect of oil-water ratio on viscosity of drilling fluids表 2 不同油水比的钻井液流变性能(125、16 h 热滚后)Table 2 The rheological properties of drilling fluids with different oil-water ratioRun60030020010063Gel 10 minGel 10 minAV/(mPas)PV/(mPas)YP/PaRun 11439171502018192371.55219.5Run 210667533715141517533914Run 37950392711.510.5121539.52910.5Run 47648382611101215382810YP 和 6 转读数在钻井工程上常用的流变学参数,不同的钻井条件要求的 YP 和 6 转读数也不尽相同。某甲方公司提供技术标书要求密度 1.25 g/cm3的钻井液体系 YP:9 11 Pa;6转读数:12 17。同时由图 3 可以发现,Run 1 Run 4 实验参数均不满足甲方要求。但是观察图 3 可以发现,当油水比介于75 25 和 80 20 之间时,钻井液 YP 和 6 转读数可能会满足要152 广 州 化 工2023 年 5 月求。因此,对上述配方改变油水比为 76 24 配置钻井液,在125 下热滚 16 h 后,于 65 下用旋转粘度仪测其流变性能,最终测得其 YP 值为 11,6 转读数为 12,满足甲方技术要求。因此,通过改变油水比可以用来调整钻井液的流变性能,以满足实际作业中的工况要求。图 3 油水比对钻井液流变参数的影响Fig.3 The influence of oil-water ratio on rheologicalparameters of drilling fluids2.2 油水比对破乳电压的影响破乳电压又称电稳定性,油包水乳化钻井液通入电流,当乳化钻井液开始破坏时的电压叫破乳电压。破乳电压是油基/合成基钻井液的一个主要性能指标。图 4 为油水比对钻井液破乳电压的影响,由图 4 可以发现随着油水比的增加,钻井液的破乳电压也逐渐增加,表明油包水乳化钻井液的电稳定性增强。一般来讲,工程上认为破乳电压大于 400 V 的钻井液即拥有较强的乳液稳定性,可以用于钻井实际作业。因此,就破乳电压性能而言,对于 1.25 g/cm3的油基/合成基 MODRILL 钻井液体系,其油水比大于 70 30 即可。图 4 油水比对钻井液破乳电压的影响Fig.4 The effect of oil-water ratio on ES of drilling fluid2.3 油水比对高温高压滤失性能的影响高温高压滤失量也是钻井液重要指标之一,图 5 为不同油水比下钻井液的高温高压滤失量对比图。由图 5 可以发现,随着油水比增加,样品的高温高压滤失量逐渐减小。说明油水比的提高有助于提升油基/合成基钻井液的高温高压滤失性能。图 5 不同油水比对钻井液高温高压滤失量的影响Fig.5 The influence of different oil-water ratio onHTHP fluid filtration loss2.4 油水比对沉降稳定性的影响沉降稳定性是评价钻井液性能的重要手段之一,石油行业现有的沉降稳定性测试方法,是针对不同的沉降条件建立的,如模拟静态条件、动态条件、倾斜角度、流动回路、高温高压等。文献报道的沉降测试方法有多种,包括传统的老化罐静态沉降测试法,黏度计沉降测试法、大型的能够模拟现场回路的测试方法。本文沉降测试采用静态沉降测试法进行。SF 为 0.5时说明未发生静态沉降,SF 大于 0.53 时说明静态沉降稳定性较差。该方法利用钻井液常规测试仪器,操作方法简单,适合现场使用。图 6 为不同油水比条件下,在 125 下,分别静置 24 h 和72 h 的沉降因子的对比图。由图 6 可以发现,在 24 h 的静置时间,四组样品的沉降因子差别不大,沉降因子的值也较小(0.515)。表明24 h 内四组样品都保持着优异的沉降稳定性。对比 72 h 的样品沉降因子可以发现,随着油水比增加,沉降因子逐渐降低,且当油水比为 70 30 时,沉降因子大于 0.53。表明油水比的增加有利于增强油基/合成基钻井液的沉降稳定性。因此,就沉降稳定性而言,对于 1.25 g/cm3的油基/合成基 MODRILL 钻井液体系,其油水比不小于 75 25 即可。图 6 油水比对钻井液沉降稳定性的影响Fig.6 The influence of oil-water ratio on sag stability ofdrilling fluids(下转第 163 页)第 51 卷第 9 期张海波,等:物理化学实验的课程思政元素挖掘和探索 以黏度法测定聚合物相对分子量为例163 民生问题。而张俐娜院士毕生致力于高分子物理与天然高分子材料的基础和应用研究。针对农林废弃物中大量的纤维素以及海产品加工废弃物中的甲壳素等天然高分子,开创了一系列崭新的无毒、低成本的“绿色”溶解技术,用于再生纤维素纤维和甲壳素纤维的生产并初步实现了工业化。从而增加学生对高分子化学学科的了解和认知,学习老一辈科学家甘于奉献、坚持创新、追求真理的科学精神。5 结 语好的课程思政就如糖融水、如盐入味,让专业课程更有味道,达到育人“润物细无声”的效果。物理化学实验课程作为一门重要的承上启下的基础实验课程,要充分发掘实验中的思政元素和内容,将“课程思政”元素有机融入到物理化学实验课程全流程教学中。同时教师要不断加强自身的政治理论学习,不断提升思政意识,坚决贯彻“全员育人、全过程育人、全方位育人、全课程育人”的教学理念,改变填鸭式传统教学模式,加强师生互动,激发学生的探究兴趣和学习热情,在实验课程教学中形成“价值引领、能力培养、知识传授”的育人导向,为努力实现中华民族伟大复兴的中国梦奉献自己的力量。参考文献1 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调:把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面N.人民日报,2016-12-09.2 习近平主持召开学校思想政治理论课教师座谈会强调用新时代中国特色社会主义思想铸魂育人贯彻党的教育方针落实立德树人根本任务N.人民日报,2019-03-19.3 向中国特色世界一流大学迈进 习近平总书记在清华大学考察时的重要讲话激励高校师生砥砺奋进N.新华社,2021-04-20.4 张树永.高校化学类专业课程思政建设目标与实现途径刍议 以物理化学课程教学为例J.大学化学,2019,34(11):4-9.5 高德毅,宗爱东.从思政课程到课程思政:从战略高度构建高校思想政治教育课程体系J.中国高等教育,2017(1):43-46.6 蔡桂全.化学专业课程思政教育教学体系建设研究 以分析化学为例J.管理观察,2019(29):145-146.7 焉炳飞,李文佐.“课程思政”融入物理化学实验教学模式的初步探索J.云南化工,2020,47(2):182-184.8 孙艳辉,南俊民,马国正,等.物理化学课程思政教学设计与实践J.大学化学,2021,36(3):213-218.9 司玉军,刘新露,张瀚丹,等.设计综合性实验强化物理化学理论课教学探索 以原电池设计为例J.大学化学,2021,36(1):134-138.10 李醒民.奥斯特瓦尔德的能量学和唯能论J.自然辨证法研究,1989,5(6):65-70.11 宋奇奇,刘颖,原琳,等.黏度法测定聚合物相对分子质量的改进J.山东化工,2019,48(7):160-161.(上接第 152 页)3 结 论(1)对于 MODRILL 钻井液体系,随着油水比增加,钻井液的粘度降低;破乳电压增加;高温高压滤失量减小;24 h 的沉降因子保持不变,72 h 的沉降因子随之降低。(2)油水比对油基/合成基钻井液流变性有重要的调节作用,可以通过调整油水比来满足 YP、6 转读数等流变参数的要求。(3)对于 MODRILL 钻井液体系,在密度为 1.25 g/cm3下,综合成本优势,选择油水比为 75 25 即可满足现场作业,且表现出优异的性能。参考文献1 刘刚,姜超,李超,等.油包水型乳状液高温稳定性J.钻井液与完井液,2021,38(4):404-411.2 杨倩云,王宝田,杨华,等.微泡沫流体失稳形式及其机制分析J.钻井液与完井液,2021,38(4):456-461.3 刘永峰,张伟国,狄明利,等.一种环保油基钻井液体系J.钻井液与完井液,2021,38(4):449-455.4 付顺龙,侯珊珊,吴宇,等.低油水比乳状液稳定性影响因素分析J.油田化学,2021,38(2):191-195,215.5 GB/T 16783.2-2012 石油天然气工业 钻井液现场测试 第 2 部分:油基钻井液S.