提高逆相乳液的稳定性

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1、IADC/SPE151404提高逆相乳液的稳定性RyanVanZanten,JeffJ。Miller,ChrisBaker,Halliburton2012,IADC/SPE钻井会议和展览版权所有本文是为于2012年3月6–8在美国加州圣地牙哥举办的2012IADC/SPE钻井会议和展览准备的,本文被IADC/SPE计划委员会选定为展示。本文的内容尚未通过IADC/SPE的复审,并且作者正在修正中,此材料并不代表IADC/SPE管理人员和成员的立场和态度。没有IADC/SPE书面同意,对本文任何部分进行网络复制、发行和保存是不允许的。只有文章的摘要允许复制打印,并且摘要不得超

2、过300字,插图不得复制。摘要中也必须显著声明IADC/SPE的版权。摘要无固相逆相乳液(IEF)可以降低重晶石沉降的可能性,提高渗透率,降低等效循环密度,大幅度降低波动压力。在传统IEFs中通常是不使用有机粘土的,由此制成的流体具有独特的性能,这样不依赖大量的乳化剂、胶体颗粒和剪切力就能使乳状液稳定。无固相逆变乳液(IEF)通常是一种“本源”流体在通过钻头时,由于受到高剪切力而形成的。在水泥浆的配置中,高剪切力使得本源泥浆有助于稳定新制成的流体,从而形成十分稳定的乳状液。有时,制作乳状液并不需要使用本源泥浆。如果混合不当,这些流体的稳定性会较差,从而导致顶层原油分离和重晶

3、石沉降。本文详细研究了乳化剂浓度,胶质粉末的添加以及剪切对实验室、搅拌设备以及现场测试中的逆变乳化钻井液稳定性的影响。流体稳定性和乳状液稳定性的有非常复杂的相关性,这与整体流体的剪切过程,外部相的粘度,乳化剂类型和胶体颗粒含量有着紧密的关系。优化这些属性可以获得更稳定的钻井液,从而增大凝胶性,同时减少沉降。因此当配置新的泥液时,需要考虑高剪切力,适量的乳化剂,如果可能的话加入少量的胶体粉末。许多的现场实例已然证明了这些改进是如何改善流体性能的:从最初混合开始,然后输送到井场,一直到开始钻井,流体的性能始终保持稳定。简介想要成功的钻一个井眼并且达到预定井深,钻井液需要有特定的

4、属性。流体需要有润滑和冷却钻头、稳定井壁、最大限度地减少地层漏失、携带岩屑和许多其他功能。具有这些特性的水基和油基流体在钻井作业中已经成功的应用数十年了。流体类型是根据地层岩性、温度、压力和其他限制(环境,大位移等)进行选择的。这些液体的稳定性和悬浮能力对井眼清理和减少加重剂的添加量(如重晶石)有特别重要的意义。对水基和油基钻井液来说悬浮能力以两种不同的方式产生。水基钻井液一般使用粘土(如膨润土),或者水溶性聚合物,大分子生物聚合物(如黄原胶)、或者合成聚合物(如部分水解聚烯酰胺)。另一方面,油基流体一般通过形成反相乳液来获得悬浮能力。在逆乳化系统中,内部相(水或盐水)分散

5、在外部相(油)中形成乳化液滴。添加乳化剂后,液滴随之稳定,这就会形成一个油/水界面层,降低液滴融合速度,从而使乳化液破乳。在传统逆系统中添加有机粘土,通过固相和乳化剂的界面作用来进一步稳定乳状液。无固相系统只能通过乳化剂来稳定,但时由于具有较低固体含量,钻井钻的更快(Burrows2004,Kalal2010)。正是缺乏的这种能够使流体稳定的固相颗粒,从而促进了无固相逆变乳液的产生。本文综合研究了在反相乳液中加入不同的乳化剂后,乳化剂浓度,胶质量的多少以及剪切对反相乳液的影响。在运输到井场之前,在车间里制备新泥浆时,乳化剂浓度,胶质量以及剪切是可控变量。一系列流体性质实验说

6、明了这些添加剂对流体的影响。在实验室中配置的流体达预期效果后,再以车间标准来混合,来验证体积增加时,流体性质是否相似。最后,从混合站输送到井场的过程中,观察流体的悬浮性能是否发生改变。理论乳状液是两种不能混合的液体,一种液体以不连续(内部)相分散于另一种连续(外部)相的液体中所形成的分散体(Evans1999,Israelachvili1992)。乳液是热力学不稳定系统,通过使用表面活性剂或表面活性固体可以使乳状液稳定,在一段时间内有效的保持分散。乳液的稳定性由分子间的相互作用和界面张力决定。为了能够形成乳状液,系统中必须存在以剪切形式存在的能量。因为构象熵和表面积的增加,

7、这种能量是必须存在的。这一需求可以通过热力学框架很好的解释。系统自由能的变化可以这样表达:ΔG=ΔH−TΔS或者ΔG=ΔA⋅γow−TΔSG是吉布斯自由能,T是温度,S是熵,A是界面面积,γ是在油-水界面的界面张力。如果自由能小于零那么这个过程是自发的;如果它大于零,则需要外界能量来得到预期的变化。当配制一种乳液时,许多小水滴的生成增大了熵值;然而这些水滴的生成也导致在油水界面面积的大幅度增加。油水界面很大,这样油水接触时就造成了极大的能量损失。可以通过添加表面活性剂降低界面张力,来减少能量损失,从而减少了形成界面

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