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纳米乳液型冲洗隔离液体系构建及性能评价

孟仁洲 牟少敏 李渊 王成文 于永金 齐奉忠

孟仁洲,牟少敏,李渊,等. 纳米乳液型冲洗隔离液体系构建及性能评价[J]. 钻井液与完井液,2023,40(4):511-518 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.014
引用本文: 孟仁洲,牟少敏,李渊,等. 纳米乳液型冲洗隔离液体系构建及性能评价[J]. 钻井液与完井液,2023,40(4):511-518 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.014
MENG Renzhou, MOU Shaomin, LI Yuan, et al.Preparation and evaluation of a nanometer emulsion flushing spacer[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(4):511-518 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.014
Citation: MENG Renzhou, MOU Shaomin, LI Yuan, et al.Preparation and evaluation of a nanometer emulsion flushing spacer[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(4):511-518 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.014

纳米乳液型冲洗隔离液体系构建及性能评价

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.014
基金项目: 中国石油天然气集团有限公司基础性前瞻性项目“高端钻完井处理剂和固井外加剂(超高温、极低温、纳米、超分子)研制”(2021DJ4401);国家自然科学基金“井筒工作液与天然气水合物储层作用机理和调控方法” (51991361)、“自组装/纳米SiO2热增黏聚合物及其调控超深井高密度水泥浆恒匀机理研究”(52074329)。
详细信息
    作者简介:

    孟仁洲,1991年生,现从事固井、水泥浆及外加剂的研究工作。电话(010)80162408; E-mail:mengzrdr@cnpc.com.cn。

  • 中图分类号: TE256

Preparation and Evaluation of a Nanometer Emulsion Flushing Spacer

  • 摘要: 油基钻井液已广泛应用在非常规井钻井施工中,如何有效清除钻井液及泥饼,为水泥浆提供适合的胶结环境,是使用油基钻井液钻井后固井面临的关键难题。纳米乳液界面张力低、液滴粒径小、增溶能力强,是一项油基钻井液冲洗新技术。以冲洗效率及乳液粒径为评价标准,优选了冲洗油基钻井液的纳米乳液,通过稳定性、电位、粒径测试,分析了纳米乳液同隔离液处理剂的配伍性,最终构建了一套纳米乳液型冲洗隔离液体系。研究表明,随着烷基糖苷和聚氧乙烯醚2种表面活性剂复配比从2∶8到9∶1,纳米乳液冲洗效率先增加后降低,粒径先减小后增大。纳米乳液高冲洗效率与小粒径的一致性,为优选兼具高冲洗效率及动力学稳定性的乳液提供了理论基础。少量聚合物类外加剂会增加乳液黏度和油水界面张力,但对纳米乳液的稳定性影响并不显著;带相反电荷的表面活性剂会降低纳米乳液液滴的Zeta电位,导致纳米乳液稳定性下降。常规处理剂可直接用于调控纳米乳液性能,制备纳米乳液型冲洗隔离液。构建的隔离液体系在100 ℃内流变性恒定、沉降稳定性高,与水泥浆相容性好,120 ℃下3 min冲洗效率达99%以上,能显著提高使用油基钻井液后固井的胶结强度。

     

  • 图  1  不同混合表面活性剂的质量比   纳米乳液的形貌和清洗效果

    图  2  不同混合表面活性剂的质量比对纳米乳液清洗效率和粒径的影响

    图  3  油滴在不同环境下在岩心表面的润湿、铺展状态

    图  4  HMHEC浓度对纳米乳液粒径分布的影响

    图  5  不同浓度HMHEC纳米乳液粒径随时间变化规律

    图  6  不同浓度HMHEC纳米乳液    表观黏度与剪切速率间的关系

    图  7  不同浓度HMHEC对纳米乳液油水界面张力的影响

    图  8  不同表面活性剂浓度下纳米  乳液Zeta电位及界面张力

    图  9  冲洗隔离液对柴油基钻井液冲洗效果

    图  10  不同隔离液清洗后固井界面胶结强度

    图  11  水泥石与岩心胶结界面处水化产物的SEM图像  (左侧为固井I界面,右侧为固井II界面)

    图  12  水泥浆和隔离液混合浆的稠化时间

    表  1  HAAP对高密度沉降稳定性的影响

    HAAP/%T/℃nK/Pa·snρ/(g·cm−3
    0250.6310.6590.08
    900.6710.3570.20
    0.2250.5980.9950.05
    900.6070.8800.13
    0.3250.5911.0510.02
    900.5821.1310.02
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    表  2  纳米乳液型隔离液与井筒工作液相容性测试

    混合流体(体积比)混浆流变值
    油基钻
    井液/%
    水泥浆/
    %
    隔离液/
    %
    φ600φ300φ200φ100φ6φ3
    1002361781023027
    100212156982422
    955212146963331
    7525208141912420
    5050194134872219
    955209158962321
    75252241661012623
    50502211631172722
    33.333.333.32371981494436
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-30
  • 修回日期:  2023-03-02
  • 刊出日期:  2023-07-30

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