董邵灿　刘飞　代晓东　王学武　马语语　王硕

摘   要：可逆乳化钻井液因可集中油包水型钻井液和水包油型钻井液的优势，近年来逐步引起人们的重视。由于可逆乳化钻井液在海上油田使用较多，而海上油田提供淡水较为困难，故考虑用海水配置可逆乳化钻井液的可行性。针对该问题，同时考虑可逆乳化钻井液的关键在于可逆乳状液，本文研究水相氯化钠质量分数对可逆乳状液的影响。得到实验结果：水相氯化钠质量分数在选定范围（0～30%）内，乳状液均可实现可逆转相，可逆乳状液加酸转相所需酸液加量伴随水相氯化钠质量分数的升高而减少，可逆乳状液加碱转相所需碱液加量伴随水相氯化钠质量分数的升高而增加。实验结果可对可逆乳化钻井液在海上油田的应用提供指导。

关键词：可逆乳状液;可逆转相;氯化钠质量分数影响;转相点

我国是石油资源匮乏国，1993年起就成为石油净进口国，2007～2013年，石油对外依存度持续超过50%[1]，并且石油对外依存度逐年升高，但是世界石油能源的稀缺性使得我国石油进口的过程充斥着各种不确定性和风险性，随着我国对国家能源安全重视程度增加，自身油田的开发挖潜工作近年来逐渐被重视。钻井是油田开发的关键环节，钻井液是钻井能否成功的决定性影响因素[2]，故高性能钻井液的开发成为研究的热点。

钻井液主要有两种：水基钻井液和油基钻井液。在钻井过程中，油基钻井液具有强抑制性、良好的润滑性等优势，性能明显优于水基钻井液。但在完井过程中，使用油基钻井液有滤饼清除难、含油钻屑和废泥浆难处理等问题，所以对于后续完井作业，使用水基钻井液效果明显优于油基钻井液。可逆乳化钻井液可以通过控制体系的酸碱性，使钻井液在钻井、完井的不同阶段实现在油基钻井液和水基钻井液之间转化，将油基钻井液和水基钻井液的优势结合起来，达到理想的钻完井效果。

可逆乳化钻井液的关键就在于可逆乳状液，故近年来可逆乳状液也引起越来越多相关研究人员的关注。由于可逆乳化钻井液在海上油田使用较多，可逆乳化钻井液最早就是1999年3月在北海的Central Graben地区被成功应用[3]，在该地区使用可逆乳化钻井液施工过程中，既保持了油基钻井液的钻井优势，又避免了使用油基钻井液可能在完井过程中产生的问题，体现出了可逆乳化钻井液的优势。此外，可逆乳化钻井液在墨西哥湾[4]、我国的海上油田[5]都被成功应用过，其中在我国海上油田应用过程中，用盐酸和醋酸的混合酸液清洗井壁，效果良好，储层伤害小，与预期相符。海上钻井平台提供淡水较为困难，需要专门的海水淡化设备或运输船只，会极大地提高油田作业成本，尤其是在国际油价处于低区间阶段会对石油企业造成巨大的成本压力。

基于此，笔者考虑用海水配置可逆乳化钻井液的可行性。针对该问题，考虑海水成分（见表1），在海水溶解元素中氯元素和钠元素占主导地位[6]，而氯元素和钠元素又主要是以Cl-和Na+的形式存在，笔者针对前期研究所制备可逆乳状液体系，研究水相为不同质量分数氯化钠水溶液条件对可逆乳状液可逆转相性能的影响，明确可逆乳状液水相可用氯化钠质量分数，并讨论相关机制，对可逆乳化钻井液在海上油田的应用提供指导。考虑在可逆乳化鉆井液使用过程中可能使用盐度高于海水的液体作为水相，故在较宽氯化钠质量分数范围内讨论水相氯化钠质量分数对可逆乳状液可逆转相性能及转相点的影响。考虑世界自然水域高盐度的代表死海[7]的盐质量分数为20%～25%，故将研究所用水相氯化钠质量分数定为0%～30%。

1    实验部分

1.1  试剂及仪器

试剂：可逆乳化剂SY-2（实验室自制），盐酸、氢氧化钠、氯化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），斯卡兰2#白油[工业级，斯卡兰石油（重庆）有限公司]，去离子水。

仪器：DWY-2A型智能电稳定性测试仪（青岛新领机电科技有限公司），NGJ-2型泥浆高速搅拌机（青岛胶南分析仪器厂）。

1.2  实验方法

1.2.1  可逆乳状液的制备

将1 g可逆乳化剂和100 mL白油混合后搅拌5 min（12 000 r/min），然后向其中加入100 mL不同质量分数氯化钠溶液，搅拌40 min（12 000 r/min），形成1号乳状液。

1.2.2  可逆乳状液转相性能的研究

1.2.2.1  加酸转相

做多组平行实验，每组都是取100 mL 1号乳状液，向不同组的乳状液里分别加入不同体积的质量分数为5%的盐酸（0～5%），搅拌10 min（12 000 r/min），使用电稳定测试仪测定乳状液类型，基于前期研究，加量为0.6%的组别制备的水包油乳状液记作2号乳状液，用作测试乳状液加碱转相性能的初始乳状液。

1.2.2.2  加碱转相（加酸转相后）

做多组平行实验，每组都是取100 mL 2号乳状液，向不同组乳状液中分别加入不同体积的质量分数度为5%的NaOH溶液（0～5%），搅拌10 min（12 000 r/min），使用电稳定测试仪测定乳状液类型。

2    结果与讨论

不同水相氯化钠质量分数条件下乳状液可逆转相所需酸/碱加量如图1所示。

2.1  水相氯化钠质量分数对可逆乳状液加酸转相的影响

通过实验测定，明确在所限定不同水相氯化钠质量分数范围（0～30%）内乳状液均能实现加酸转相，且乳状液加酸转相所需酸液加量随水相氯化钠质量分数的升高而减少，分析主要原因为，氯化钠的加入产生两个方面的影响：①高质量分数氯化钠溶液产生压缩扩散双电层作用[8]，使离子型表面活性剂之间斥力减小，会导致乳状液液滴表面的离子型表面活性剂比例升高，该影响会使乳状液加酸转相所需酸液加量减少;②高质量分数氯化钠溶液产生的压缩扩散双电层，会导致乳化剂表现出来的亲水性降低，该影响使乳状液加酸转相所需酸液加量增加，其中第①个影响的作用大于第②个，故可逆乳状液加酸转相所需的酸液加量随水相氯化钠质量分数的升高而减少。

2.2  水相氯化鈉质量分数对可逆乳状液加碱转相的影响

通过实验测定，明确在所限定不同水相氯化钠质量分数范围（0～30%）内，乳状液均能实现加碱转相，且乳状液加碱转相所需碱液加量随水相氯化钠质量分数的升高而增加，分析主要原因为：氯化钠的加入产生两个方面的影响，①高质量分数氯化钠溶液产生压缩扩散双电层作用，使离子型表面活性剂之间斥力减小，会导致乳状液液滴表面的离子型表面活性剂比例升高，该影响会使乳状液加碱转相所需碱液加量增加;②高质量分数氯化钠溶液产生的压缩扩散双电层，会导致乳化剂亲水性降低，该影响使乳状液加碱转相所需碱液加量减少，其中第①个影响的作用大于第②个，故可逆乳状液加碱转相所需的碱液加量随水相氯化钠质量分数的升高而增加。

3    结语

（1）通过实验明确水相氯化钠质量分数在选定范围（0～30%）内，乳状液均可实现可逆转相，即所制备可逆乳状液耐氯化钠性能良好，可用于继续研究水相为海水条件下制备可逆乳化钻井液。

（2）明确可逆乳状液加酸转相所需酸液加量随水相氯化钠质量分数的升高而减少，可逆乳状液加碱转相所需碱液加量随水相氯化钠质量分数的升高而增加。

[参考文献]

[1]王正明，杨  阳.我国石油进口来源结构的安全度分析[J].工业技术经济，2015（9）：99-105.

[2]吴代国.页岩气钻井液技术进展研究[J].西部探矿工程，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，蒋官澄，张  弘，等.基于乳状液转相技术的钻井液新体系室内研究[J].石油钻探技术，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，刘成林.显生宙全球海水化学成分演化及其对蒸发岩沉积的约束[J].岩石学报，2009，34（6）：1819-1834.

[7]姜影影.死海放线菌新物种的多相分类鉴定及白色噬盐多孢菌AFM10251噬盐机制的多组学研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2018.

[8]赵修太，白英睿.无机盐对乳状液稳定性和转相的影响[J].无机盐工业，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