油包水钻井液稳定性影响因素研究

前　言

油包水钻井液是乳化钻井液的一种，是一种多相分散体系，一种液体（盐水相）以极小的液滴分散在另一种与其不相混溶的液体（基础油）中，加入各种处理剂而构成的。两种不相混溶的液体在乳化剂的作用下，通过长时间的高速搅拌，再加入处理剂可以形成稳定的乳化钻井液体系。

油包水钻井液由于外相为油，因而具有较好的润滑性，且适于钻水敏性地层，另外其还具有较好的抗高温性、滤失量低，井壁稳定能力较强，抗盐钙侵和保护油气层效果好等优点，是钻高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段。

１．　乳化钻井液体系稳定机理

油水两种互不相溶的液体，在自然状态下受重力影响而分层，加入具有两亲结构的表面活性剂，即乳化剂，其亲油端伸入油相，亲水端伸入水相，在降低油水界面的界面张力的同时，由于表面活性剂在界面上的吸附形成一层具有一定强度的界面膜，该膜能够对分散相起到保护作用，使分散相液滴在相互碰撞后不易合并，从而达到稳定乳状液的目的。一般油

包水钻井液的乳化剂分为主乳和辅乳两种，主乳是ＨＬＢ值在３～６的亲油性强的表面活性剂，辅乳为ＨＬＢ值＞７的表面活性剂，主辅乳共同作用，降低油水界面张力，增强界面膜强度，保持钻井液体系的稳定。

２．　稳定性影响因素室内研究

２．１　搅拌

２．１．１　搅拌强度

搅拌强度即搅拌速度，对形成的分散相液滴的大小有影响，液滴尺寸范围越窄，越不易聚结变大，乳状液的稳定性越好。

配制２００ｍｌ油水比为８０：２０的油包水乳状液，主乳加量为３％。搅拌速度分别为３０００　ｒ／ｍｉｎ、４０００ｒ／ｍｉｎ　、６０００ｒ／ｍｉｎ、８０００ｒ／ｍｉｎ、１００００ｒ／ｍｉｎ、１１０００ｒ／ｍｉｎ、１２０００ｒ／ｍｉｎ，搅拌时间均为２０ｍｉｎ。测不同搅拌速度下的破乳电压Ｅｓ，记录数据如表１。

数据表明，搅拌速度为１２０００ｒ／ｍｉｎ，水滴分散颗粒最小，破乳电压最大，乳状液的稳定性最好。

２．１．２　搅拌时间

配制２００ｍｌ油水比为８０：２０的油包水

油包水钻井液稳定性影响因素研究

闫　晶　大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院钻井液技术研究所 １６３４１３

ＤＯＩ：

１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１０．２３．００１９

表１　搅拌速度对油包水乳状液稳定性的影响

表２　搅拌时间对油包水乳状液稳定性的影响

表４　不同油水比对油包水乳状液稳定性的影响

表３　不同辅乳加量对乳状液稳定性的影响

乳状液，主乳加量为３％。搅拌速度由２．１．１实验的结论定为１２０００ｒ／ｍｉｎ，分别搅拌２０ｍｉｎ、４０ｍｉｎ、６０ｍｉｎ。测不同搅拌时间下的破乳电压Ｅｓ，记录数据如表２。

数据表明搅拌时间为６０ｍｉｎ，水滴的分散程度进一步增加，破乳电压最大，乳状液的稳定性最好。

２．２　辅助乳化剂加量

配制２００ｍｌ油水比为８０：２０的油包水乳状液，主乳加量为３％，辅助乳化剂加量为１％、２％、３％，１２０００ｒ／ｍｉｎ搅拌６０ｍｉｎ。测不同辅乳加量下乳状液的破乳电压Ｅｓ，数据如表３。

辅乳一般为ＨＬＢ值大于７的表面活性剂，辅乳和主乳复合使用可以形成密堆复合膜，增强乳化效果。然而，辅乳的加量也应当适当，主乳和辅乳的比例失调会导致复合乳化剂的ＨＬＢ值偏大，反而破坏油包水乳状液的稳定性。

２．３　油水比

配制２００ｍｌ油水比分别为７５：２５、８０：２０、８５：１５、９０：１０的油包水乳状液，主乳加量为３％，１２０００ｒ／ｍｉｎ搅拌６０ｍｉｎ。测不同油水比下的破乳电压Ｅｓ，数据如表４。

数据表明油水比为９０：１０，油相所占体积百分比越大，破乳电压越大，乳状液的稳定性越好。

２．４　外相

配制２００ｍｌ油水比为９０：１０的柴油基和白油基油包水乳状液，主乳加量３％，１２０００ｒ／ｍｉｎ搅拌６０ｍｉｎ，分别测破乳电压Ｅｓ，数据如下。

表６　不同处理剂及其加量对稳定性的影响

表５　不同基油对乳状液稳定性的影响

２．５　温度

高温可以促进油包水钻井液中的处理剂的分散性，从而提高乳状液的稳定性，然而乳化剂和处理剂都有一定的抗温性，当超过其可抗温度时，处理剂会部分失效或完全失效，导致水滴合并聚集变大，乳状液的稳定性下降。

２．６　处理剂

配制３份２００ｍｌ油包水乳状液，油水比为９０：１０，主乳加量为３％，辅乳加量为１％，分别加入１％、２％、３％的石灰，１％、２％、３％的有机土和３％、４％、５％的降滤失剂，１２０００ｒ／ｍｉｎ搅拌６０ｍｉｎ。测不同处理剂种类和加量下的破乳电压Ｅｓ，数据如表６。

从表６可以看出石灰的加入可以提高乳状液的稳定性，石灰可以提供Ｃａ２＋，有利于形成二元金属皂，由于其分子中含有两个烃链，根据定向楔理论，它们在界面上的排列趋向于形成一个凸形油面，有利于形成油包水型乳状液，从而保证添加的乳化剂充分发挥效能。

亲油胶体的加入可以提高稳定性，分散在油中可以提高黏度和悬浮能力，而且可以在一定程度上增强油包水钻井液的稳定性，有机土还起固体乳化剂的作用。

３．　结论

通过以上实验，可以得出如下结论：（１）搅拌强度越大，搅拌时间越长，油水比越大，破乳电压越大，稳定性越强。

（２）主辅乳共同作用，可以进一步增强界面膜强度，提高稳定性。白油比柴油易乳化。

（３）高温可以促进油包水钻井液中的处理剂的分散性，从而提高乳状液的稳定性，然而也存在极限温度，超过这一极限温度会破坏乳状液，影响其稳定性。

（４）油包水钻井液处理剂中有机土对乳状液的稳定性影响较大。

（５）油包水钻井液稳定性与很多因素有关，是多者共同作用的结果，因此，配制油包水钻井液需要经过室内实验，确定乳化剂、处理剂的种类及加量，并对其做配伍性研究。