【正文】 Technology， 2020， 30（ 7） :10791090 [16]Sylwia Compositions for Well Cleaning[P]. European Patent Offiice:,20200108 。Noor ElDin,。同時還要感謝固井實驗室艾麗師姐、岳家平師兄的指點和幫助。在此 向郭老師致以最誠摯的感謝和崇高的敬意。在整個畢業(yè)設計過程中郭老師不僅給予了我悉心的指導，還為我提供了了便利的實驗條件和寶貴的實踐機會。 西南石油大學本科畢業(yè) 設計（ 論文 ） 致 謝 本文是在郭小陽教授的悉 心指導下完成的。 （ 3） 表面活性劑具有起泡的能力，在隔離液配制過程中如果配方不當或攪拌過程中有較大波動會 產生氣 泡且不易 除 去，使得隔離液密度降低影響 使用 性能。且實驗中所用全為非離子型表面活性劑，沒有考察陰離子型或兩性表面活性劑的影響。建議 設計一套能有效評價隔離 液沖洗效率的評價手段 或 設備 ， 以及 使用更多針對表面活性劑的評價儀器以 便 對機理能有更進一步的認識 。 （ 3）表面活性劑加入到隔離液中改善隔離液物理性能的機理 推測分析 主要是由于表面活性劑的破乳作用、增溶作用、滲透作用和乳化穩(wěn)定作用。 （ 2） 10%NaCl 的加入濃度和 60 ℃的溫度 對隔離液的流變性能沒有較大影響，且對界面膠結強度也沒有較大影響 。 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機理探討 4 結論及建議 結論 本文針對普通水基隔離液難以有效清除使用油基鉆井液鉆進井套管壁和井壁上殘留鉆井液 ，使得固井質量差的問題，利用表面活性劑優(yōu)異的洗滌、增溶、潤濕、乳化等性能 以及表面活性劑復配原理 ，配制出 性能良好 TS 表面活性劑隔離液體系和 OS 表面活性劑隔離液 體系 。含有復合表面活性劑的隔離液在紊流接觸時間內沖刷 油基鉆井液表面并不斷向內滲透，降低黏土顆粒間的鏈接力，使泥餅變得疏松和易于剝離，剝離的泥餅在 隔離液的 高速沖刷和懸浮、乳化作用下被攜帶出。 （ 2） 增溶作用 復合表面活性劑是由 幾種具有兩親性的非離子型表面活性劑復配而成，親油基易定向吸附并排列 于 油包水鉆井液的油相上，而親水基伸向水相，使兩個界面充分潤濕，降低了界面張力，加上分散、乳化、洗滌等效應，再配合紊流沖洗，隔離液便能清除套管壁和井壁上的油基泥漿，改善界面膠結。 復合 表面活性劑的加入對隔離液性能 改善 的作用機理推測主要有以下四 個 方面 ： （ 1） 破乳作用 復合表面活性劑 可與 油基鉆井液的 主乳化劑分子的非極性基團結合 ， 削弱它的親油性，使主、輔乳化劑由親油轉變?yōu)橛H水狀態(tài)，產生破乳作用，使油包水體系解體 ， 油水發(fā)生分離。 結果與討論 由以上所 有的 實驗結果可以看出， TS 體系和 OS 體 系 表面活性劑的加入能極大地提高隔離液對油基鉆井液的清除效率，從而能 顯著 提高固井水泥石與套管 壁 和井壁之間的膠結強度 ，并且對隔離液的流變性影響不大，且抗溫抗鹽性能較好 。結果如表 所示： 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機理探討 表 無機鹽和溫度對膠結強度的影響 隔離液體系 實驗條件 膠結強度 （ Mpa） 膠結強度損失率 （ %） TS體系， HLB=14， 3%加入量 不加鹽、常溫 不加鹽、 60℃ 10%NaCl、常溫 10%NaCl、 60℃ OS 體系， HLB=12， 2%加入量 不加鹽、常溫 不加鹽、 60℃ 10%NaCl、常溫 10%NaCl、 60℃ 從 表 結果 可以看出，同一配方的隔離液在溫度升高之后膠結強度都有一定的提高，原因可能是溫度的升高使得隔離液與油基鉆井液接觸界面處 的 分子熱運動增強 ，從而使得油基鉆井液的 從模擬套管表面的 脫除速率提高 ，隔離液對 油基鉆井液的清洗 能力提高 。 綜上所述 可以看出， 與常溫下未加入無機鹽的隔離液相比， 無機 鹽和 溫度的 升高 使得隔離液的流變性 能 有 一定的改善。動切力是表征隔離液內部結構及其強度，動切力越大表示隔離液 的穩(wěn)定性越好，沖洗能力越強； 動塑比值越大， 表示隔離液的 剪切稀釋性越強 ，則在較低的剪切速率下就有較好的懸浮性 。 671% 2% 2% 3% 3% 4%表面活性劑加入量膠結強度(MPa)HLB=12HLB=13HLB=14%%%%%%%1% 2% 2% 3% 3% 4%表面活性劑加入量膠結強度損失率HLB=12HLB=13HLB=14西南石油大學本科畢業(yè) 設計（ 論文 ） 表 流變性 測試結果 隔離液體系 實驗條件 n K () τ s (Pa) η p () τ s/η p 未加表面活 性劑隔離液 不加鹽 、 常溫 75 不加鹽 、 60℃ TS體系 HLB=14 3%加入量 不加鹽 、 常溫 58 不加鹽 、 60℃ 54 10%NaCl、 常溫 74 10%NaCl、 60℃ 46 OS 體系HLB=12 2%加入量 不加鹽 、 常溫 67 不加鹽 、 60℃ 69 . 10%NaCl、 常溫 78 10%NaC、 l60℃ 58 表中 ： n 為流性指數， k 為稠度系數，τ s 為動切力，η p 為塑性粘度，τ s/η p 為動塑比。 無機鹽和溫度對隔離液流變性能的影響 本 實驗 的方法是用六速旋轉粘度儀考察在 向隔離液中加入 10%質量百分數的NaCl，在滾子加熱爐中 60℃條件下滾動加熱 2h 前 后 隔離液流變性能的變化，以此來考察無機鹽和溫度對隔離液流變性能的影響。TS 體系中優(yōu)選出 HLB 值為 14，加入量為 3%的一組； OS 體系中優(yōu)選出 HLB 值為12，加入量為 2%的一組。 本論文中主要考察了無機鹽與溫度對隔離液流變性和膠結強度的影響。 其中當 HLB=12， 加入量為 2%時的 膠結強度最大，膠結強度損失率最小。 表 OS 體系隔離液界面膠結強度 試驗 結果 HLB 值 表面活性劑加入量 （ %） 膠結強度 （ Mpa） 膠結強度損失率 （ %） 12 1 2 3 13 1 2 3 14 1 2 3 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機理探討 圖 OS 體系膠結強度 圖 OS 體系膠結強度損失率 OS 體系表面活性劑加入到隔離液中后，在攪拌過程中隔離液會發(fā)生析水變稀的現象，同時還會發(fā)生團絮。 從 （ e）圖可看出隔離液在沖洗完成之后發(fā)生團絮，其流 變 性 能 降低。 從（ c）圖可以看出沖洗 20min 后的套管表面已經沒有油基鉆井液附著，且套管表面 也沒有隔離液附著 。其中當 HLB=14,加入量為 3%時的 膠結強度最大，膠結強度損失率最小。 表 TS 體系隔離液界面膠結強度 試驗 結果 HLB 值 表面活性劑加入量 （ %） 膠結強度 （ Mpa） 膠結強度損失率 （ %） 12 1 2 3 13 1 2 3 14 1 2 3 15 1 2 3 16 1 2 3 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機理探討 圖 TS 體系膠結強度 圖 TS 體系膠結強度損失率 以上 試驗結果表明 ， 油基鉆井液 污染后的模擬套管 經 TS 表面活性劑 隔離液 體系 沖洗 20min，再用純水泥漿沖洗 5min 后 ， 其表面 水潤濕性有明顯提高。 從 （ e）（ f） 圖可以看出沖洗 20min 后的套管表面已經沒有油基鉆井液附著，且套管表面只有較薄的一層隔離液附著 ， 不會形成 隔離液對套管的二次污染 。(g) (h) 沖洗完后的隔離液 從（ a）圖可以看出被油基鉆井液浸泡 1h 后的模擬套管表面吸附了較厚一層油基 鉆井液 。(d) 沖洗 10min 時的效果圖 。 下面 是 用 HLB=14，加入量為 3%時的 TS 體系隔離液沖洗前后的 效果圖 如下 ： 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機理探討 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 西南石油大學本科畢業(yè) 設計（ 論文 ） 圖 TS 體系（ HLB=14,3%）隔離液沖洗效果圖 (a)被油基鉆井液浸泡 1h 后的 模擬套管 ； (b) 沖洗 2min 時的效果圖 。用不含表面活性劑 的隔離液沖洗模擬套管其膠結強有所提高，但是與空白樣相比 其 膠結強度 損失率仍然 很大 ，這將會 嚴重 影響油 基 鉆井液鉆進井的固井質量 。 這 三個 對比 組的結果如表 所示。 然后 在壓力機上進行強度實驗 ，測出將水泥石從模擬套管中壓出所需的最大壓力 。 實驗 程序 ： （ 1） 選 內 徑約 5cm， 長度 8cm的鋼管 模擬套管 ， 用砂紙 將其內表面 打磨凈 。 界面膠結強度評價 為評價 模擬套管壁上的 油基鉆井液 被沖洗后 與 水泥 石 的界面膠結狀況，進行了西南石油大學本科畢業(yè) 設計（ 論文 ） 界面膠結強度試驗。 表面活性劑隔離液的配制 本 論 文所配置的 表面活性劑 隔離液密度 為 ，其配方如下： 100g 水 + G33S+ HYJ+ HHDN+ 重晶石 +復配表面活性劑 在不同 HLB 值 條件下復配表面活性劑按隔離液總質量的 1%、 2%、 3%加入。當乳狀液形成后，測定其流變參數、 pH 值、濾失量等性能； （ 5）如果性能合乎要求，可加入重晶石以達到所要求的鉆井液密度。然后進行充分攪拌，直至所有的油溶性組分全部溶解。根據《鉆井手冊（甲方）》中所推薦的油包水乳化鉆井液配方，在 實驗室配制了油基鉆井液 ，以用于后續(xù)的 界面膠結 膠強度評價試驗 。究其原因主要有 下面兩個 方面： 1） 所選 用 的表面活性劑為非離子型，無機鹽離子對其影響較小 ； 2）無機鹽自身就具有 降低 水表面張力的作用，同時還能降低表面活性劑的臨界膠束濃度。 可使 原來純水的~33mN/m左右，且 在 不同 HLB值， 不同加入濃度 條件 下 降低的幅度都較為接近 。 TS體系表面張力的測試結果如圖 示， OS 體系表面張力的測試結果如圖 。 但是隔離液的粘度和密度遠大于沖洗液， 為充分考慮不同表面活性劑 加入 濃度 對水表面張力的影響，本文以 100g水位基準，在 復配表面活性劑 每個 HLB值下 選擇了 %、 1%、 2%、 3%四個不同的加入量。 本實驗 所 采用的 測試儀器為 高分子材料與工程實驗室的 JK998型表面張力測定儀。 西南石油大學本科畢業(yè) 設計（ 論文 ） 表 OP10 和 Span80 復配體系配方 OS體系 HLB 值 H(OS) OP10 質量分數 w(O) （ %） Span80 質量分數 w(S) （ %） 12 13 14 表面張力的測定及無機鹽 對表面張力 的影響 在研究中， 評價 表面活性劑的手段 主要 就是測定表面活性劑的表面張力。同樣將 OP10 的 HLB 值 H(O)= 以及 Span80 的 H