水相氯化鈉質量分數(shù)對可逆乳狀液轉相點影響研究

董邵燦　劉飛　代曉東　王學武　馬語語　王碩

摘? ?要：可逆乳化鉆井液因可集中油包水型鉆井液和水包油型鉆井液的優(yōu)勢，近年來逐步引起人們的重視。由于可逆乳化鉆井液在海上油田使用較多，而海上油田提供淡水較為困難，故考慮用海水配置可逆乳化鉆井液的可行性。針對該問題，同時考慮可逆乳化鉆井液的關鍵在于可逆乳狀液，本文研究水相氯化鈉質量分數(shù)對可逆乳狀液的影響。得到實驗結果：水相氯化鈉質量分數(shù)在選定范圍（0～30%）內，乳狀液均可實現(xiàn)可逆轉相，可逆乳狀液加酸轉相所需酸液加量伴隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而減少，可逆乳狀液加堿轉相所需堿液加量伴隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而增加。實驗結果可對可逆乳化鉆井液在海上油田的應用提供指導。

關鍵詞：可逆乳狀液;可逆轉相;氯化鈉質量分數(shù)影響;轉相點

我國是石油資源匱乏國，1993年起就成為石油凈進口國，2007～2013年，石油對外依存度持續(xù)超過50%[1]，并且石油對外依存度逐年升高，但是世界石油能源的稀缺性使得我國石油進口的過程充斥著各種不確定性和風險性，隨著我國對國家能源安全重視程度增加，自身油田的開發(fā)挖潛工作近年來逐漸被重視。鉆井是油田開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)，鉆井液是鉆井能否成功的決定性影響因素[2]，故高性能鉆井液的開發(fā)成為研究的熱點。

鉆井液主要有兩種：水基鉆井液和油基鉆井液。在鉆井過程中，油基鉆井液具有強抑制性、良好的潤滑性等優(yōu)勢，性能明顯優(yōu)于水基鉆井液。但在完井過程中，使用油基鉆井液有濾餅清除難、含油鉆屑和廢泥漿難處理等問題，所以對于后續(xù)完井作業(yè)，使用水基鉆井液效果明顯優(yōu)于油基鉆井液。可逆乳化鉆井液可以通過控制體系的酸堿性，使鉆井液在鉆井、完井的不同階段實現(xiàn)在油基鉆井液和水基鉆井液之間轉化，將油基鉆井液和水基鉆井液的優(yōu)勢結合起來，達到理想的鉆完井效果。

可逆乳化鉆井液的關鍵就在于可逆乳狀液，故近年來可逆乳狀液也引起越來越多相關研究人員的關注。由于可逆乳化鉆井液在海上油田使用較多，可逆乳化鉆井液最早就是1999年3月在北海的Central Graben地區(qū)被成功應用[3]，在該地區(qū)使用可逆乳化鉆井液施工過程中，既保持了油基鉆井液的鉆井優(yōu)勢，又避免了使用油基鉆井液可能在完井過程中產(chǎn)生的問題，體現(xiàn)出了可逆乳化鉆井液的優(yōu)勢。此外，可逆乳化鉆井液在墨西哥灣[4]、我國的海上油田[5]都被成功應用過，其中在我國海上油田應用過程中，用鹽酸和醋酸的混合酸液清洗井壁，效果良好，儲層傷害小，與預期相符。海上鉆井平臺提供淡水較為困難，需要專門的海水淡化設備或運輸船只，會極大地提高油田作業(yè)成本，尤其是在國際油價處于低區(qū)間階段會對石油企業(yè)造成巨大的成本壓力。

基于此，筆者考慮用海水配置可逆乳化鉆井液的可行性。針對該問題，考慮海水成分（見表1），在海水溶解元素中氯元素和鈉元素占主導地位[6]，而氯元素和鈉元素又主要是以Cl-和Na+的形式存在，筆者針對前期研究所制備可逆乳狀液體系，研究水相為不同質量分數(shù)氯化鈉水溶液條件對可逆乳狀液可逆轉相性能的影響，明確可逆乳狀液水相可用氯化鈉質量分數(shù)，并討論相關機制，對可逆乳化鉆井液在海上油田的應用提供指導?？紤]在可逆乳化鉆井液使用過程中可能使用鹽度高于海水的液體作為水相，故在較寬氯化鈉質量分數(shù)范圍內討論水相氯化鈉質量分數(shù)對可逆乳狀液可逆轉相性能及轉相點的影響?？紤]世界自然水域高鹽度的代表死海[7]的鹽質量分數(shù)為20%～25%，故將研究所用水相氯化鈉質量分數(shù)定為0%～30%。

1? ? 實驗部分

1.1? 試劑及儀器

試劑：可逆乳化劑SY-2（實驗室自制），鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司），斯卡蘭2#白油[工業(yè)級，斯卡蘭石油（重慶）有限公司]，去離子水。

儀器：DWY-2A型智能電穩(wěn)定性測試儀（青島新領機電科技有限公司），NGJ-2型泥漿高速攪拌機（青島膠南分析儀器廠）。

1.2? 實驗方法

1.2.1? 可逆乳狀液的制備

將1 g可逆乳化劑和100 mL白油混合后攪拌5 min（12 000 r/min），然后向其中加入100 mL不同質量分數(shù)氯化鈉溶液，攪拌40 min（12 000 r/min），形成1號乳狀液。

1.2.2? 可逆乳狀液轉相性能的研究

1.2.2.1? 加酸轉相

做多組平行實驗，每組都是取100 mL 1號乳狀液，向不同組的乳狀液里分別加入不同體積的質量分數(shù)為5%的鹽酸（0～5%），攪拌10 min（12 000 r/min），使用電穩(wěn)定測試儀測定乳狀液類型，基于前期研究，加量為0.6%的組別制備的水包油乳狀液記作2號乳狀液，用作測試乳狀液加堿轉相性能的初始乳狀液。

1.2.2.2? 加堿轉相（加酸轉相后）

做多組平行實驗，每組都是取100 mL 2號乳狀液，向不同組乳狀液中分別加入不同體積的質量分數(shù)度為5%的NaOH溶液（0～5%），攪拌10 min（12 000 r/min），使用電穩(wěn)定測試儀測定乳狀液類型。

2? ? 結果與討論

不同水相氯化鈉質量分數(shù)條件下乳狀液可逆轉相所需酸/堿加量如圖1所示。

2.1? 水相氯化鈉質量分數(shù)對可逆乳狀液加酸轉相的影響

通過實驗測定，明確在所限定不同水相氯化鈉質量分數(shù)范圍（0～30%）內乳狀液均能實現(xiàn)加酸轉相，且乳狀液加酸轉相所需酸液加量隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而減少，分析主要原因為，氯化鈉的加入產(chǎn)生兩個方面的影響：①高質量分數(shù)氯化鈉溶液產(chǎn)生壓縮擴散雙電層作用[8]，使離子型表面活性劑之間斥力減小，會導致乳狀液液滴表面的離子型表面活性劑比例升高，該影響會使乳狀液加酸轉相所需酸液加量減少;②高質量分數(shù)氯化鈉溶液產(chǎn)生的壓縮擴散雙電層，會導致乳化劑表現(xiàn)出來的親水性降低，該影響使乳狀液加酸轉相所需酸液加量增加，其中第①個影響的作用大于第②個，故可逆乳狀液加酸轉相所需的酸液加量隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而減少。

2.2? 水相氯化鈉質量分數(shù)對可逆乳狀液加堿轉相的影響

通過實驗測定，明確在所限定不同水相氯化鈉質量分數(shù)范圍（0～30%）內，乳狀液均能實現(xiàn)加堿轉相，且乳狀液加堿轉相所需堿液加量隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而增加，分析主要原因為：氯化鈉的加入產(chǎn)生兩個方面的影響，①高質量分數(shù)氯化鈉溶液產(chǎn)生壓縮擴散雙電層作用，使離子型表面活性劑之間斥力減小，會導致乳狀液液滴表面的離子型表面活性劑比例升高，該影響會使乳狀液加堿轉相所需堿液加量增加;②高質量分數(shù)氯化鈉溶液產(chǎn)生的壓縮擴散雙電層，會導致乳化劑親水性降低，該影響使乳狀液加堿轉相所需堿液加量減少，其中第①個影響的作用大于第②個，故可逆乳狀液加堿轉相所需的堿液加量隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而增加。

3? ? 結語

（1）通過實驗明確水相氯化鈉質量分數(shù)在選定范圍（0～30%）內，乳狀液均可實現(xiàn)可逆轉相，即所制備可逆乳狀液耐氯化鈉性能良好，可用于繼續(xù)研究水相為海水條件下制備可逆乳化鉆井液。

（2）明確可逆乳狀液加酸轉相所需酸液加量隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而減少，可逆乳狀液加堿轉相所需堿液加量隨水相氯化鈉質量分數(shù)的升高而增加。

[參考文獻]

[1]王正明，楊? 陽.我國石油進口來源結構的安全度分析[J].工業(yè)技術經(jīng)濟，2015（9）：99-105.

[2]吳代國.頁巖氣鉆井液技術進展研究[J].西部探礦工程，2018（11）：14-15，19.

[3]ARVIND P，SYED A.New opportunities for the drilling industry through innovative emulsifier chemistry[Z].Schlumberger，SPE 80247，2003.

[4]任妍君，蔣官澄，張? 弘，等.基于乳狀液轉相技術的鉆井液新體系室內研究[J].石油鉆探技術，2013，41（4）：87-91.

[5]WAYNE F，MARK B，SALAH A，et al.Hot oil and gas wells can be stimulated without acids[Z].Schlumberger，SPE86522，2004.

[6]沈立建，劉成林.顯生宙全球海水化學成分演化及其對蒸發(fā)巖沉積的約束[J].巖石學報，2009，34（6）：1819-1834.

[7]姜影影.死海放線菌新物種的多相分類鑒定及白色噬鹽多孢菌AFM10251噬鹽機制的多組學研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2018.

[8]趙修太，白英睿.無機鹽對乳狀液穩(wěn)定性和轉相的影響[J].無機鹽工業(yè)，2012，44（9）：25-31.

Effect of NaCl on the phase inversion point of the reversible invert emulsion

Dong Shaocan， Liu Fei， Dai Xiaodong， Wang Xuewu， Ma Yuyu， Wang Shuo

（Shengli College China University of Petroleum， Dongying 257061， China）

Abstract：Reversible phase inversion drilling fluid have attracted more attention recently because it can focus the advantages of oil-based drilling fluid and water-based drilling fluid. Reversible invert emulsion drilling fluid is used more frequently in offshore oilfields， it is very difficult to provide freshwater in offshore oilfields， so it is necessary to consider the possibility of using seawater for preparation of reversible invert emulsion drilling fluid. In view of this problem， consider of the key part of the reversible invert emulsion drilling fluid is reversible invert emulsion contemporary， the effect of aqueous sodium chloride concentration on the reversible emulsion is experimentally studied in this paper. Through studies， it is clear that the emulsion can achieve reversible phase inversion with the aqueous sodium choride concentration in the selected adding range（0% to 30%）. The amount of acid required for the phase change of the reversible emulsion decreases with the increase of the concentration of sodium chloride in the aqueous phase， and the amount of alkali solution required for the phase transition of the reversible emulsion increase with the increase of the concentration of sodium chloride in the aqueous phase. The studies can provide guidance for the application of reversible emulsified drilling fluid in offshore oil fields.

Key words：reversible invert emulsion; reversible phase inversion; affected by NaCl; phase inversion point