油基鉆井液完整版本VIP

油基鉆井液油基鉆井液油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液。早在20世紀(jì)20年代，人們就曾使用原油作為鉆井液以避免和減少鉆井中各種復(fù)雜情況的發(fā)生。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)使用原油有以下缺點(diǎn)：切力小，難以懸浮重晶石，濾失量大，以及原油中的易揮發(fā)組分容易引起火災(zāi)等。以柴油為連續(xù)相的兩種油基鉆井液----全油基鉆井液和油包水乳化鉆井液。在全油基鉆井液中，水是無(wú)用的組分，其含水量不應(yīng)超過(guò)7％；而在油包水鉆井液中，水作為必要組分均勻地分散在柴油中，其含水量一般為10％～60％。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：與水基鉆井液相比較，油基鉆井液具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑性好和對(duì)油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點(diǎn)，目前已成為鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復(fù)雜地層的重要手段，并且還可廣泛地用做解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。缺點(diǎn)：油基鉆井液的配制成本比水基鉆井液高得多，使用時(shí)往往會(huì)對(duì)井場(chǎng)附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，而且與使用水基鉆井液相比機(jī)械鉆速一般較低。以上缺點(diǎn)大大地限制了油基鉆井液的推廣應(yīng)用。為了提高鉆速，從70年代中期開(kāi)始，較廣泛地使用了低膠質(zhì)油包水乳化鉆井液。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，適應(yīng)海洋鉆探的需要，從80年代初開(kāi)始，又逐步推廣使用了以礦物油作為基油的低毒油包水乳化鉆井液。類(lèi)型組分開(kāi)始使用時(shí)間特點(diǎn)原油作為鉆井液原油1920年前后有利于防塌、防卡和保護(hù)油氣層，但流變性不易控制，易著火，使用范圍僅限于100℃以內(nèi)淺井全油基鉆井液柴油、瀝青、乳化劑及少量水（7%以內(nèi)）1939年具有油基鉆井液的各種優(yōu)點(diǎn)，可抗200~250℃高溫，但配制成本高，較易著火，鉆速較低油包水乳化鉆井液柴油、乳化劑、潤(rùn)濕劑、親油膠體、乳化水（10%~60%）1950年前后通過(guò)水相活度控制有利于井壁穩(wěn)定，與全油基鉆井液相比不易著火，配制成本有所降低，抗溫可達(dá)200~230℃低膠質(zhì)油包水乳化鉆井液柴油、乳化劑、潤(rùn)濕劑、少量親油膠體、乳化水(15%左右)1975年可明顯提高鉆速，降低鉆井總成本。但由于放寬濾失量，對(duì)某些松散易塌地層不適合，對(duì)儲(chǔ)層的損害較大低毒油包水乳化鉆井液礦物油、乳化劑、潤(rùn)濕劑、親油膠體、乳化水(10%~60%)1980年具有油基鉆井液的各種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可有效地防止對(duì)環(huán)境的污染，特別適用于海洋鉆井表7-1油基鉆井液的發(fā)展階段油基鉆井液主要指以柴油或低毒礦物油（白油）作為連續(xù)相的油包水乳化鉆井液。油包水乳化鉆井液是以水滴為分散相，油為連續(xù)相，并添加適量的乳化劑、潤(rùn)濕劑、親油膠體和加重劑等所形成的穩(wěn)定的乳狀液體系。第一節(jié)

油基鉆井液的組成與性能1.基油在油包水乳化鉆井液中用做連續(xù)相的油稱(chēng)為基油(BaseOil)。目前普遍使用的基油為柴油(我國(guó)常使用零號(hào)柴油)和各種低毒礦物油。柴油用做基油時(shí)應(yīng)具備以下條件：(1)為確保安全，其閃點(diǎn)和燃點(diǎn)應(yīng)分別在82℃和93℃以上。(2)由于柴油中所含的芳烴對(duì)鉆井設(shè)備的橡膠部件有較強(qiáng)的腐蝕作用，因此芳烴含量不宜過(guò)高，一般要求柴油的苯胺點(diǎn)在60℃以上。苯胺點(diǎn)是指等體積的油和苯胺相互溶解時(shí)的最低溫度。苯胺點(diǎn)越高，表明油中烷烴含量越高，芳烴含量越低。(3)為了有利于對(duì)流變性的控制和調(diào)整，其粘度不宜過(guò)高。溫度和壓力對(duì)2號(hào)柴油粘度的影響見(jiàn)圖7-1。性質(zhì)Mentor26Mentor28EscaidllOLVTBP83132號(hào)柴油外觀密度／kg·m—3閃點(diǎn)／℃苯胺點(diǎn)／℃傾點(diǎn)／℃終沸點(diǎn)／℃芳烴含量／質(zhì)量％粘度／mPa·s(40℃測(cè)定)LC50值／mg·1—1WSF五色液體8389326306土6.42.7>1000000無(wú)色液體845120791532119.04.2>l000000無(wú)色液體7907976542420.91.6>l000000無(wú)色液體80071667326210～131.8>1000000無(wú)色液體7857278402552.01.7>1000000棕黃色液體84082594532930～502.780000表7-2各種基油的物理性質(zhì)注：Mentor26、Mentor28、LVT、Escaid110和BP8313均為常用礦物油的代號(hào)。2.水相淡水、鹽水或海水均可用做油基鉆井液的水相(WaterPhase)。但通常使用含一定量CaCl2或NaCl的鹽水，其主要目的在于控制水相的活度，以防止或減弱泥頁(yè)巖地層的水化膨脹，保證井壁穩(wěn)定。3.乳化劑為了形成穩(wěn)定的油包水乳化鉆井液，必須正確地選擇和使用乳化劑(Emulsifier)。一般認(rèn)為乳化劑的作用機(jī)理是：(1)在油／水界面形成具有一定強(qiáng)度的吸附膜；(2)降低油水界面張力；(3)增加外相粘度。在油包水乳化鉆井液中，常用的乳化劑有以下類(lèi)型；(1)高級(jí)脂肪酸的二價(jià)金屬皂，硬脂酸鈣；(2)烷基磺酸鈣；(3)烷基苯磺酸鈣；(4)斯盤(pán)-80(或Span-80)，主要成分為山梨糖醇酐單油酸脂。一元金屬皂的分子中只有一個(gè)烴鏈，這類(lèi)分子在油水界面上的定向排列趨向于形成一個(gè)凹形油面，因而有利于形成O／W型乳狀液；而二元金屬皂的分子中含有兩個(gè)烴鏈，它們?cè)诮缑嫔系呐帕汹呄蛴谛纬梢粋€(gè)凸形油面，有利于形成W／O型乳狀液。這種由乳化劑分子的空間構(gòu)型決定乳狀液類(lèi)型的原理在膠體化學(xué)中被稱(chēng)做定向楔型理論。其含義是，將乳化劑分子比喻成兩頭大小不同的楔子，如果要求它們排列緊密和穩(wěn)定，那么截面小的一頭總是指向分散相，截面大的一頭則留在分散介質(zhì)中。絕大多數(shù)用于油包水乳化鉆井液的乳化劑是油溶性的表面活性劑，它們的HLB值(即親水親油平衡值)一般應(yīng)在3.5～6之間。但為了形成密堆復(fù)合膜，增強(qiáng)乳化效果，有時(shí)也使用HLB值大于7的表面活性劑作為輔助乳化劑。乳化劑的有效性常常與基油的化學(xué)組成以及水相的pH值和含有的電解質(zhì)等因素有關(guān)，某些乳化劑在高溫下還容易發(fā)生降解。4.潤(rùn)濕劑圖7-3潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)示意圖a-親水表面，b-親油表面潤(rùn)濕劑也是具有兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑，分子中親水的一端與固體表面有很強(qiáng)的親合力。當(dāng)這些分子聚集在油和固體的界面并將親油端指向油相時(shí)，原來(lái)親水的固體表面便轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，這一過(guò)程常被稱(chēng)做潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)(WettabilityReversal)較好的潤(rùn)濕劑有季胺鹽(如十二烷基三甲基溴化銨)、卵磷脂和石油磺酸鹽等。5.親油膠體習(xí)慣上將有機(jī)土、氧化瀝青以及親油的褐煤粉、二氧化錳等分散在油包水乳化鉆井液油相中的固體處理劑統(tǒng)稱(chēng)為親油膠體，其主要作用是用做增粘劑和降濾失劑。其中使用最普遍的是有機(jī)土，其次是氧化瀝青。有了這兩種處理劑，可以使油基鉆井液的性能可以像水基鉆井液那樣很方便地隨時(shí)進(jìn)行必要的調(diào)整。有機(jī)土是由親水的膨潤(rùn)土與季胺鹽類(lèi)陽(yáng)離子表面活性劑發(fā)生相互作用后制成的親油粘土。所選擇的季胺鹽必須有很強(qiáng)的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)作用，目前常用的有：十二烷基三甲基溴化銨，十二烷基二甲基芐基氯化銨。有機(jī)土很容易分散在油中起提粘和懸浮重晶石的作用，通常在100ml油包水乳化鉆井液中加入3g有機(jī)土便可懸浮200g左右的重晶石粉。有機(jī)土還可在一定程度上增強(qiáng)油包水乳狀液的穩(wěn)定性，起固體乳化劑的作用。國(guó)外常用的有機(jī)土有Baroid公司生產(chǎn)的Geltone和M-I公司生產(chǎn)的VG-69等，其一般用量為5.7～17.1kg／m3。國(guó)內(nèi)有機(jī)土產(chǎn)品的用量也大致在這一范圍內(nèi)。氧化瀝青是一種將普通石油瀝青經(jīng)加熱吹氣氧化處理后與一定比例的石灰混合而成的粉劑產(chǎn)品，常用做油包水乳化鉆井液的懸浮劑、增粘劑和降濾失劑，亦能抗高溫和提高體系的穩(wěn)定性。它主要由瀝青質(zhì)和膠質(zhì)組成，是最早使用的油基鉆井液處理劑之一。在早期使用的油基鉆井液中，氧化瀝青的用量較大，用此法可將油基鉆井液的API濾失量降低為零，高溫高壓濾失量也可控制在5m1以下。但是，它的最大缺點(diǎn)是對(duì)提高機(jī)械鉆速不利，因此在目前常用的油基鉆井液配方中，已對(duì)其限制使用。6.石灰石灰是油基鉆井液中的必要組分，其主要作用有以下方面：(1)提供的Ca2+有利于二元金屬皂的生成，從而保證所添加的乳化劑可充分發(fā)揮其效能。(2)維持油基鉆井液的pH值在8.5～10范圍內(nèi)以利于防止鉆具腐蝕。(3)可有效地防止地層中CO2和H2S等酸性氣體對(duì)鉆井液的污染，其反應(yīng)式如下：Ca(OH)2+H2S=CaS↓+2H2OCa(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O在油基鉆井液中，未溶Ca(OH)2的量一般應(yīng)保持在0.43～0.72kg／m3(1.5～2.5磅／桶)范圍內(nèi)；或者將鉆井液的甲基橙堿度控制在0.5～1.0cm3，當(dāng)遇到CO2或H2S污染時(shí)應(yīng)提至2.0cm3。7.加重材料重晶石粉在水基和油基鉆井液中，都是最重要的加重材料。對(duì)于油基鉆井液，加重前應(yīng)注意調(diào)整好各項(xiàng)性能，油水比不宜過(guò)低，并適當(dāng)?shù)囟嗉尤胍恍?rùn)濕劑和乳化劑，使重晶石加入后，能及時(shí)地將其顆粒從親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，從而能夠較好地分散和懸浮在鉆井液中。對(duì)于密度小于1.68g／cm3(14ppg)的油基鉆井液，也可用碳酸鈣作為加重材料。雖然其密度只有2.7g／cm3，比重晶石低得多，但它的優(yōu)點(diǎn)是比重晶石更容易被油所潤(rùn)濕，而且具有酸溶性，可兼作保護(hù)油氣層的暫堵劑。配方性能材料名稱(chēng)加量／kg.m-3項(xiàng)目指標(biāo)有機(jī)土20-30密度／g.cm-30.90-2.00主乳化劑：環(huán)烷酸鈣20左右漏斗粘度／s30-100或油酸20左右表觀粘度／mPa.s20-120或石油磺酸鐵100左右塑性粘度／mPa.s15-100或磺烷酸酰胺40左右動(dòng)切力／Pa2-24輔助乳化劑：Span-8020-70靜切力（初／終）／Pa0.5-2／0.8-5或ABS20左右破乳電壓／v500-1000或烷基苯磺酸鈣70左右API濾失量／ml0-5石灰50-100HTHP濾失量／ml4-10CaCl270-150PH值10-11.5油水比80-70/15-30含砂量／%小于0.5氧化瀝青視需要而定泥餅?zāi)プ柘禂?shù)小于0.5加重劑視需要而定水滴細(xì)度(35所占%)95以上表7-3油包水乳化鉆井液的推薦配方及性能測(cè)試第二節(jié)

活度平衡的油包水乳化鉆井液所謂活度平衡，是指通過(guò)適當(dāng)增加水相中無(wú)機(jī)鹽(通常使用CaCl2和NaCl)的濃度，使鉆井液和地層中水的活度保持相等，從而達(dá)到阻止油漿中的水向地層運(yùn)移的目的。活度控制的意義就在于，通過(guò)調(diào)節(jié)油基鉆井液水相中無(wú)機(jī)鹽的濃度，使其產(chǎn)生的滲透壓大于或等于頁(yè)巖吸附壓，從而防止鉆井液中的水向巖層運(yùn)移。第三節(jié)

低毒油包水乳化鉆井液使用以脂肪烴或脂環(huán)烴為主要成分的精制油(俗稱(chēng)礦物油或白油)代替通常使用的柴油，作為油包水乳化鉆井液的連續(xù)相，因而大大減輕了鉆屑時(shí)對(duì)環(huán)境，特別是對(duì)于海洋生物所造成的危害。從這個(gè)意義上講，礦物油鉆井液又被稱(chēng)為低毒油包水乳化鉆井液(Low-ToxicitylnvertEmulsionDrillingFluid)。討論與水基鉆井液相比較，使用油基鉆井液的優(yōu)、缺點(diǎn)各有哪些?油基鉆井液共經(jīng)歷了哪幾個(gè)發(fā)展階段?目前主要在什么情況下使用？除了油相和水相之外，油基鉆井液中的必要組分還有哪些?它們各起什么作用？在油包水乳化鉆井液中使用的乳化劑有哪些類(lèi)型?對(duì)其HLB值一般有何要求?為什么通