油基钻井液基础理论

油基钻井液基础理论我们在使用水基泥浆时，有时为了提高润滑性能，混入高达10％～15％的原油或柴油，这种混油泥浆油是分散在水中的，连续相为水，是水包油乳化钻井液，不能称为油基泥浆。油基泥浆被定义为以油为连续相的泥浆。主要有两大类：一种是油相钻井液，是氧化沥青、有机酸、碱、稳定剂及高闪点柴油的混合物。通常只混3％～5％的水；另一种是油包水乳化钻井液（反相钻井液），有各种添加剂被用来使水乳化和稳定，这种体系最高含水可达50％。油基泥浆主要用在：1)钻复杂和麻烦的页岩2)钻高温深井3)生产层的钻进和取芯4)钻盐层、硬石膏层、杂盐层5)用作定向井的钻井液6)用作小井眼的钻井液7)钻含H2S和CO2的地层8)用作射孔和完井液9)用作解卡的浸泡液10)用作封隔液11)用作修井液12)用作防腐蚀控制液13)用作套管封隔液在乳状液中存在的水越多，水滴聚集和合并的机会越大。假定水珠的大小相同，含水量小的体系更稳定，如果水量相同，水珠越细，乳状液越稳定，大水珠比小水珠更易聚结，另外，水珠大小愈均匀，乳状液也就越稳定。为了使水在油中乳化，必须有足够的化学乳化剂，以便在每个水珠周围形成完整的一层膜。若加入的乳化剂不足，乳状液将不会稳定。为得到更细的大小均匀的水细珠，应该以剪切的方式给体系施加外力，可以通过泥浆枪或离心泵的搅拌作用来实现，尤其在初配油基泥浆时，尽一切可能高度剪切泥浆是非常重要的。M－I泥浆公司还推荐一种剪切泵，使泥浆通过时受到很高的剪切作用。正常钻进后油基泥浆经过钻头几个循环周后就获得足够的剪切了。水珠大小对粘度和凝胶强度也有影响。当加入油时，由于水珠之间的隔离更大，乳状液就变得更稳定，反之，增加水时，由于水珠之间的距离变小将降低稳定性。加入油和水将影响粘度，油会降低粘度而水增加粘度。为了控制粘度、凝胶强度和滤失量，需要调整适当的油与水的比例。固体颗粒进入油包水乳状液中，可以有正负两种不同的效应，这取决于固相被润滑的方式，如果由一种液相和固相形成的角小于90度，就说该固相优先地被该液相润湿，如果接触角为0度，固相被液相完全润湿。固相加在乳状液中同时与两种液相接触，是油润湿还是水润湿取决于该固相与这两种液体的接触角，此时两个接触角之和为180°，一种接触角小于90°,则另一种的接触角必然大于90°。也就是说该固相不可能同时被两种液相润湿。在油基泥浆中加入一定的表面活性剂，它们能改变固／液界面的接触角(可润湿性)，这些物质将使固相变成被油优先润湿。当使用过量时会被油完全润湿。在油包水泥浆中，若里面的固相变成水润湿，则固相将趋于聚结并从悬浮液中沉降下来，但如果固相过于油润湿，由于悬浮性的降低，固相也可能沉淀为十分坚硬的沉淀物，此时需加入较大量的胶凝剂（提切剂），故此加入润湿剂保持固相适当的油润湿状态是维持稳定乳状液的保证。如同任何水基泥浆一样，对于给定的密度，控制固相含量在最佳范围是很重要的。当固相被引入油基泥浆时，不管活性或是惰性，乳状液的稳定性将变弱，这是因为固相变成油润湿时吸收部分的油，这样保持水珠分开的有效的油就减少了。一般岩屑是亲水性的，有促进水包油乳状液（而不是油包水）生成的趋势，故岩屑对油包水乳状液是有害的，避免岩屑水化而分散是很重要的。维持足够量的乳化剂和可促进固体油润湿的其它处理剂，使其只有油接触固相表面，将有效地减少固相的水化，另一种减少固相水化的成功方法是在水相中使用某些电解质，这种方法叫活度控制。使用油基泥浆比水基泥浆在震动筛面上会获得更大而坚实的岩屑。同样的道理，亲水性的金属表面由于被油润湿，就明显地减轻含大量电解质的水相对金属表面的腐蚀。由于环境要求越来越严格，尤其海上钻井作业排放物毒性限制更加严格，过去通常使用的以柴油为基础油的油基泥浆体系不能满足环境保护部门提出的毒性指标要求，所以近年来发展了低毒和无毒油基钻井液以满足生态环境方面的要求。油基泥浆的毒性主要来自基础油-柴油，实际上是来自柴油中的芳香烃，所含芳香烃的量越多，毒性越大。芳香烃的含量一般用苯胺点来表示，苯胺点越低，则芳香烃的含量越高，毒性也越大。在环保要求更加严格的地方，使用合成油配制的油基泥浆，这是完全无毒的。比如M-I公司的NOVADRIL体系，曾在东方1－1－1井用作完井液，需要强调的是毒性越低，所需的费用就越高。所以应该使用哪种油基泥浆应视实际情况综合考虑。