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1、第 1 6卷 第 1 1期 2 0 1 1年 1 1月 中 外能 源 S I N0一 GL OB AL E NER GY 4 5 I油气 勘探 与开 发 乳状液体系在油田中的应用综述 赵修太 ， 白英睿 ， 王增宝 ， 尚校森 ( 中国石 油大 学( 华东) 石 油工 程学 院 ， 山东 青 岛 2 6 6 5 5 5 ) 捅 要乳状液体系凭借其特殊的物理化学性能， 在油田开发中得到广泛应用 ， 形成了乳化钻井液、 乳化酸、 乳化压裂液 、 乳 化 稠油 堵 水剂 、 多 重乳 状液 延缓 交 联 、 微 乳液 、 乳 化 驱油 等 体 系。其 中 ， 乳 化钻 井液 体 系具 有井 壁稳 定
2、性 强 、 润 滑性 好 和保 护 油层 等优 点 。乳化 酸适 用 于低渗 透碳 酸盐 岩 油气 藏 的深度 酸化 改造 和强 化增产 作业 ， 滤 失量 小 ， 缓 速性 能 好 ， 能 进入 地层 深 部 。乳化 压 裂 液分 为水 包 油型 和油 包 水 型两种 ， 水包 油 型乳 化压 裂 液具有 比油包 水 型摩 阻小 、 流 变 性便 于 调节 、 易返 排 等优 点 ； 油 包水 型乳 化 压裂 液 与 油基 冻 胶压 裂 液相 比 ， 性 价 比高 ， 适合 于 水敏 性 、 低 压 、 低 渗 储 层 的压裂 改造 ， 具 有增 黏 能力 强 、 黏 度调 节便 利 、 高
3、 携 砂 、 低 滤失 、 低 残渣 等 优点 。乳 化稠 油堵 水 剂分 为活 性稠 油 堵 水剂 和水 包稠 油堵 水剂 ， 前 者 注入 油井 的堵 剂为 加有 适量 油包 水乳 化剂 的高 黏度 稠油 ； 后 者是用 水包 油型 乳化剂 将 稠油 乳化 在水 中制 成 。 乳状 液可 有效 降低 地层 中 的残余 油 含量 ， 从 而提 高采 收率 。 多重 乳状 液体 系一般 为 W O W 型 ， 由于破 乳 时 间较 长 ， 达到 了延缓 交 联 的 目的 ； 微乳 液 是指 具 有超 低 界 面张 力 、 热 力学 稳 定 的乳 状液 。三次 采 油 中 ， 在水 中加入 表面
4、 活性 剂和 部分 高分 子化 合 物 ， 配 成 驱油 溶液进 行 驱油 ， 可显 著提 高原 油采 收率 。 关键 词 乳状液体系 乳化 油田应用 综述 发展趋势 1 前 言 乳 状 液 是 由两种 f 或 两 种 以上) 互 不 相 溶 ( 或 微 量 互 溶) 的液 体 组 成 的 ， 其 中一 种 液 体 以极 小 液 滴 的形 式分 散 于另 一种液 体 中 ， 形成 具 有一 定稳 定 性 的非 均相 体 系 。乳状 液 总有 一 个相 是 水( 或水 溶 液) ， 简称 水 相 ， 另 一 相 是 与水 不 相 溶 的有 机 液 体 ， 简称 油相 。外 相为 水 、 内相 为
5、 油 的乳 状液 称 为水 包 油型 乳状 液 ， 用 “ O W” 来 表示 ； 外 相 为 油 、 内相 为 水 的乳 状 液 称 为 油包 水 型乳 状 液 ， 用 “ W O” 来 表 示 ； 当分 散相 的水 滴 中含有 油 ， 或分 散 相 的油 滴 中含 有 水 时称 为 复合 乳状 液f 亦 称 多重 乳状 液) _ l J 。 乳 状 液 的应 用领 域 较为 广泛 ， 目前 在食 品 和化 妆 品 行业 的应 用较 多 3 。近 年 来 ， 随着 油 田采 油精 细 化程 度 的提 高 ， 相 继研 制 出适合 于 钻井 、 采 油 、 油 层 改造 等 多方 面用途 的乳
6、状 液体 系 ， 并 在采 油 工程 中得 到广泛 应用 ， 解 决 了油 田开 发 中存 在 的一 些技 术难 题 ， 取得 很 好 的经济 效益 。 2 乳 状液体 系在油 田中的应 用 2 1 乳 化钻 井 液 乳化 钻 井 液体 系在 钻井 过 程 中具 有许 多 优点 如井 壁稳 定性 强 、 润滑 性好 和 保护 油 层等 。在油 田 钻 井 作业 中 ， 所 应用 到 的乳化 钻 井液类 型 主要 是水 包 油 型 和油包 水 型两 种 ， 近年 来 还研制 开 发 出可逆 的乳化 钻井 液体 系 。 2 1 1水包 油 型乳化 钻井 液 水 包 油 型 乳 化 钻 井 液 是
7、将 一定 量 的油 分 散 在 淡 水 或不 同矿 化度 的盐水 中 。 形成 的一 种 以水 为连 续 相 、油 为分 散相 的水 包油 型 乳状 液 ，由水 相 、 油 相 、 乳 化剂 和其 他处 理剂 组成 ， 其 中水相 是外 相 油 相 f 如柴 油 、 原油 和 白油) 是 内相 4 。水 包油 型乳化 钻 井 液体 系 主要 用于 解决 一些 低 孔低 渗 、缝 洞发 育 、 易 井 漏 、 地 层 压力 系数 低 的储 层 保 护 ， 以及 深 井欠 平衡 钻井 技术 难题 。其 优点 是_ 4 s 】 ： 体系性 能稳定 ， 抗温能力强 ， 流动性好 ， 滤 失量 低 ，
8、稳定 井壁 能力 较强 ； 欠平衡钻进 时对储层损害小 ，有利于解放 油气 层 ， 提 高油气 井产 能 ； 应用该乳化钻井液 ，钻进时的机械钻速较 作 者 简介 ： 赵 修 太 ， 教授 ， 1 9 8 2年 毕 业 于华 东石 油 学 院( 现 中 国 石油 大 学) 有 机化 工 专业 ， 主要 从事 提 高采 收率 与油 田化 学方 向 的研 究工 作 。 E m a i l ： s ma r t b y r o n 1 6 3 e o m 46 中外能源 S I N 0 一 G L 0 B A L E N E R G Y 2 0 1 1 年第 l 6卷 高 不 影响 电测 和核磁 测
9、井 ； 润滑作用好 ， 可 以减少对泥浆泵的损害 ； 较纯油基钻井液成本低 ，对钻井设备橡胶 件 的损害小 ， 对 环境 污染 小 。 史 沛谦 等 【6 J 根 据 深 井 欠平 衡 钻 井 技 术 的 要求 ， 通过 对水 包油 型钻 井 液用 主乳 化剂 、 辅 助乳 化 剂 和 乳化 稳定 剂 的研 究 ， 分别 研制 了水 包 柴油 和水 包 白 油钻 井液 体 系。该体 系 的密度 在 0 8 9 0 9 9 g c m 之 间 可调 ， 抗 温 能力 达 到 1 8 0 ， 抑制 泡 沫 效果 好 ， 防 塌 能力 强 ， 水包 白油钻 井液 荧 光级别 小 于 6级 。通 过
10、中原 油 田现场 3口井 的应 用结 果 表 明 ， 该 体 系 的 使 用性 能 良好 。 何瑞 兵 和 李 立宏 等 【 7 J 针对 B Z 2 8 1井 所处 的低 压 高漏 失古 潜 山地 层 ， 研制 开 发 了一种 性 能 良好 的 低 密度 水包 油钻 井 液 ， 满 足 了潜 山地层 近平 衡 条件 下 的压 力 控制 钻井 要求 。 储 层 保护 效果 良好 。现场 应用后 ， 所钻 的 2口井 不仅 顺 利钻 穿 漏失 严重 的潜 山储 层 且 均 获得 较 高 的油 气 产 量 ， 为 今 后 潜 山 地 层 的勘探 开发 提供 了一 种新 模式 。 2 1 2 油 包
11、水 型乳 化钻 井液 油包 水 型乳 化钻 井 液 的基本 组 成 为乳 化剂 、 水 和 亲 油胶 体 是一 种 以油 为连 续 相 、 水 为 分 散 相 的 油包 水 型乳 状液 ， 也可 用作 完井 液 和修 井液 。与 常 规 钻井 液相 比。 该 乳 化钻井 液具 有 以下优 点 ： 由于水相为分散相 ， 故可有效抑制泥页岩 的 水化膨胀 ； 润滑和防卡效果好 ， 减少了钻进过程 中事故的发生 ； 该乳化钻井液热稳定性好 ， 可用 来钻探深的高温井和水平井 ； 该乳化钻井液对含 有 H 和 C O 以 及 地 层 水 矿化 度 高 的油 井 具 有 防 腐作用 ； 能较好的克服“
12、水锁 ” 和水敏效应 ， 对油 气层 的损 害程 度小 。 油 包 水 型 乳 化 钻 井 液 常用 于 钻 高难 度 的 高 温 深 井 、 大 斜 度 定 向井 、 水 平 井 和各 种 用 水 基 钻 井 液 难 以达 到钻探 目的层 的复杂 井【 8 l 。 王 松f 8 1 研 制 了一 种新 型 W 0型 乳 化钻 井液 。 该 体 系抗 温性 高 ， 抑 制 性强 ， 抗 水 泥侵 、 黏 土侵 和水 侵 的能力 强 。 在 塔里 木油 田 T Z 4 5井 的应 用表 明 ， 该 体 系对泥 页 岩地层 具 有较 强 的抑 制作 用和 润 滑作用 ， 能很好 地保 证 井下 安
13、 全 保 护 油气 层 。针 对大 庆油 田古 龙 1 井 高 温 、 地层 岩 石 研磨 性 强 、 井 眼 易发 生 缩 颈及 坍 塌等 复杂 情况 ， 梁勇 l l 0 】 研 制 了一 种代 号 为 V E R S A C L E A N 的油 包水 型乳 化钻井 液 。 该乳 化钻 井 液具 有 抗 高温 、 抗 污染 能 力 强 ， 有 利 于 维持 井 壁 稳 定 润 滑性 好 和 对 油气 层 损 害程 度 小 等 优 点 ， 是 一 种适 合大 庆油 田古龙 地 区高温 井钻井 的钻井液 。 2 1 - 3可 逆乳 化钻井 液 可逆 乳 化钻 井 液是 上 世纪 9 0年 代
14、 末兴 起 的一 种新 型钻 井液 体 系。苏 秀纯 等l l l 】 研 究 的新 型 可逆乳 化 钻井液 是 一种 利用 酸碱 化学 转 化剂 ， 能 够很 容 易 且 可 逆地 从 油 包 水乳 状 液 转 化 为正 常 的水 包 油乳 状 液 、 或者 返 回到原 来 的油包 水 乳状 液 的乳状 液 体 系 。 乳状 液 的这种 可逆 性是 由一 种可逆 乳化 剂控 制 的 因而对 于钻井 、 完井 、 油 井生 产 的每一 个 不 同阶 段 都 可 以优化 乳状 液相 和润湿 性 。 在 油 包 水乳 化 钻 井 液 中 ， 油 为 连 续 相 ， 盐 水 为 分 散相 所使 用
15、的 固体 和 盐 水悬 浮 在 油 相 中 ， 因此 可使 页岩 地层 和钻 屑保 持 它们 的完 整性 ， 并 能像 常 规油 基泥 浆一 样使 井 身保 持稳 定 ， 以钻 出规则 的井 眼 ： 在 后 续作 业 中 。 该 乳 化 钻 井液 能 够 转 化 成水 包 油 乳状 液 用 于 完井 和 洗井 ； 在 完井 操 作 中 ， 留在井 筒 里 的剩 余 泥浆 能很 容 易地转 换 成水 连续 相 。 使 泥 饼 易于 清除 ， 防止 造成 过多 的地层 伤 害【 l l1 。 P a t e l 和 G r o w c o c k等_ l 2 】 研制 出一 种 新 型 可 逆 的
16、 乳 化钻 井液 体系 ， 利用 对 p H值敏 感 的乳 化 剂 ， 能 够 很 容易 的实 现 O W 和 W O型乳状 液之 间 的可逆 转 化 。 这 种可逆 转换 可使 钻井 液在钻 井作 业 的不 同阶 段 变 为不 同类 型 的乳状 液体 系 从 而为 油层 保 护提 供 了一种新 途 径 。现场 应用 表 明 ， 该 体 系不 但 可 以 轻 易 清 除 钻屑 ， 降低 对 环 境 的影 响 ， 而且 润湿 性 的 改变 使这 种钻 井液 体 系 的油层保 护 性能 更 加突 出 。 D i c k等 1 3 】 通 过研 究 ， 也证 实 了此 种可 逆乳 化 钻井 液 体 系的优 越性 。 2 2 乳 化酸 乳 化 酸 是 2 0世 纪 7 0年 代 开 发 出 的一 种 酸化 工作 液
