油基钻井液化学剂产品标准适用性分析

魏玲艳

中国石化中原油田分公司 技术监测中心（河南 濮阳 457001）

油基钻井液具备优良的抑制性，使其成为钻复杂井的重要解决手段，特别是在钻高温深井和水敏性地层中优势更加明显[1]。基于油基钻井液抗温、抗盐钙侵，具有促进井壁稳定、润滑性好和对油气层的损害程度较小等特点，使得油基钻井液已经逐步成为解决高难度井、大斜度定向井、水平井及各种复杂底层的重要手段[2]。油基钻井液是以水为分散相、油为连续相，添加适量的乳化剂、降滤失剂、润湿剂、有机土和加重剂等形成的乳状液，其本质是油包水的不稳定乳液。其中乳化剂、降滤失剂、有机土在构造油基钻井液体系中分别发挥至关重要的作用[3-4]。

1 油基钻井液化学剂的主要组成

1）基油。基油是油基钻井液的分散介质。早期油基钻井液常用的基油为0#柴油，由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，生物毒性高。目前随着环境保护要求越来越严格，更多使用矿物油和气制油，一般在钻井现场常使用5#白油。

2）水相。淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。但通常使用含一定量CaCl2或NaCl的盐水，其主要目的在于控制水相的活度，以防止或减弱泥页岩地层的水化膨胀，保证井壁稳定。油包水乳化钻井液的水相含量通常用油水比来表示。一般情况下，现场常用25%的CaCl2水溶液。

3）有机土。有机土在钻井液中主要起增黏提切、降滤失的作用，其性能好坏直接影响钻井液的流变性和滤失造壁性。

4）降滤失剂。降滤失剂作为油基钻井液体系中的关键组分，主要作用为使钻井液在井壁上形成薄而致密的泥饼，降低滤失量，维持井眼稳定以及减少钻井液固相侵入地层，从而损害油气层。

5）乳化剂。为了形成稳定的油包水乳化钻井液，必须正确地选择和使用乳化剂。乳化剂的作用机理是[5]：在油或水界面形成具有一定强度的吸附膜；降低油水界面张力；增加外相黏度。以上3方面均可阻止分散相液滴聚并变大，从而使乳状液保持稳定。乳化剂可兼做润湿剂，可以使加重剂和钻屑等亲水性颗粒表面迅速转变为油湿，保证它们能较好地悬浮在油相中。

另外，石灰、封堵剂、加重剂也是油基钻井液不可缺少的处理剂，因这几种产品的性能与在水基钻井液性能相似，产品标准已经成熟，故不再进行研究。

2 油基钻井液用乳化剂和降滤失剂产品的质量评价

由于水相和基础油的稳定性较好，各地区的水相和基础油对油基钻井液稳定性能影响较小。乳化剂、降滤失剂、有机土因各地区各厂家生产的工艺技术和成本差别较大，质量参差不齐，影响油基钻井液的稳定性，其产品质量好坏直接关系到钻井成本和生产效益。因此，针对油基钻井液用乳化剂产品及降滤失剂产品的质量进行评价。

2.1 油基钻井液用乳化剂产品质量评价

实验收集5 个供应商样品（编号分别为1 号、2号、3 号、4 号、5 号），参考SY/T 6615—2005《钻井液用乳化剂评价程序》中基浆、样品的加量，配制相同的基浆，在同一平台上评价5个乳化剂产品的质量。

实验方法：取210 mL 柴油，加入1 000 mL 水于搅拌杯中，放在高速搅拌器中以10 000 r/min 搅拌；加入6.0 g的有机土、6.3 g乳化剂，搅拌30 min；缓慢加入90 mL 蒸馏水，继续搅拌30 min。配制两份乳状液，分别装入高温不锈钢的老化罐中，然后将老化罐放入高温滚子炉中（120 ℃）老化16 h,取出后冷却至室温，放在高速搅拌器上以10 000 r/min 搅拌5 min。按照GB16783.2—2012 中10.4 规定的方法在50 ℃下测定破乳电压值，测定结果详见表1。

通过对5个供应商的乳化剂在同一基浆中进行质量评价，由表1测定结果可以看出，各个供应商生产的乳化剂产品质量差异较大。

2.2 油基钻井液用降滤失剂产品质量评价

收集了5 个供应商生产的降滤失剂（编号分别为6号、7号、8号、9号、10号），参考中石化一级企业标准Q/SH CG 108—2017《油基钻井液用降滤失剂氧化沥青技术要求》中基浆的配制方法，对5个供应商产品在同一基浆中评价其质量。

表1 不同供应商生产的乳化剂产品破乳电压测定结果

实验方法：量取320 mL 的0#柴油，加入16.0 g有机土，高速搅拌20 min，搅拌期间至少停下2次以刮下黏附在杯壁上的土粉；加入20.0 g乳化剂S-80，在高速搅拌器上以10 000 r/min高速搅拌20 min；最后加入80 mL 含量20%的氯化钙水溶液，高速搅拌20 min，作为基浆备用。基浆API 滤失量控制在8～12 mL，高温高压滤失量控制在10～15 mL，否则调整有机土加量，重复上述步骤。

向上述基浆中加入16.0 g试样，高速搅拌20 min，将试样浆装入老化罐，充氮气，放入滚子加热炉中（120℃）滚动老化16 h，取出后降至室温，高速搅拌5 min。按照GB/T 16783.1—2014 中7.2 的规定测定API 滤失量；按照GB/T 16783.2—2012 中7.2 的规定测定样品高温高压滤失量(120 ℃，3.5 MPa)。表2为在同一基浆中，各供应商生产的降滤失剂产品的滤失量测定结果。

表2 不同供应商生产的降滤失剂产品的滤失量测定结果

由表2 测定结果可以看出:各个供应商生产的降滤失剂产品质量均有差异。

综上，有必要对现有的油基钻井液用乳化剂、降滤失剂标准进行研究和分析。开展产品标准分析，制定产品质量标准，对其质量进行控制，提升产品质量，方便总部采购和管理。

3 产品标准的适用性分析

3.1 乳化剂产品标准的适用性分析

收集到现有的乳化剂标准（表3），其中行业标准2 项，企业标准6 项。分别对企业标准和行业标准进行适用性分析。

1）企业标准的适用性分析。①某油田企业利用中石化企业标准Q/SH 1500 0074—2016《油基钻井液技术要求》采购油基泥浆，采购的油基泥浆符合表4中油基钻井液的技术要求即可，未对有机土、乳化剂、降滤失剂等单剂产品的质量标准进行规定。然而标准评价的是油基钻井液体系，而不是产品单剂质量。②某供应商制定的乳化剂产品标准Q/JZXC 076—2014《油基钻井液乳化剂评价方法》中，评价方法是：320 mL 的0#柴油，加入14.0 g试样、5.6 g辅乳化剂、6.0 g碱度调节剂、6.0 g有机土、4.0 g流型调节剂、16.0 g 抗高温降滤失剂。每加入一种试剂均高速搅拌25 min；再分4 次均匀加入80 mL 含量20.6%氯化钙水溶液，总搅拌时间为40 min；最后加入重晶石调整油基钻井液密度为1.50 g/cm3，再高速搅拌40 min。控制油基钻井液配制总时间不少于3 h。配制好的油基钻井液（80±3）℃恒温滚动老化16 h。取出冷却至室温，测试破乳电压。Q/JZXC 076—2014标准中将此供应商生产的其他油基钻井液用产品都加入体系中来评价乳化剂的破乳电压项目，然而此方法评价的是整个油基泥浆体系的破乳电压，不能体现乳化剂单剂的质量，因此该企业标准不适用。

2）行业标准的适用性分析。SY/T 6615—2005《钻井液用乳化剂评价程序》标准中用有机土、基础油作为基浆，评价乳化剂的使用性能（破乳电压）。因其不是在整个油基钻井液体系中评价，可以真正体现乳化剂的作用，故这种方法较科学较合理。但此标准仅作为乳化剂产品方法标准，未对指标值进行规定，故不能作为乳化剂的产品标准。且此标准未对乳化剂的理化性能，如产品有效成分、核心理化指标进行规定。

表3 现有的乳化剂产品标准一览表

表4 油基钻井液技术要求

现有的油基钻井液用乳化剂种类很多，常用的乳化剂有羧酸皂盐（如硬脂酸铝）、磺酸的皂盐（如十二烷基苯磺酸钠ABS）、有机酸酯（如S-80）、胺类（如烷醇酰胺）、固体乳化剂（如SN-1）等类型。有机酸酯S-80 虽然有行业标准HG/T 3508—2010《乳化剂S-80》,标准中有“酸值、皂化值、羟值、含水量”等理化性能，但只是针对乳化剂的通用技术要求，未对其使用性能——破乳电压进行规定，故不是专门针对油基钻井液用乳化剂的技术要求。因此，建议对每一类乳化剂的产品评价方法分别进行研究，制定每一类乳化剂的产品标准，从理化性能和使用性能两方面控制产品质量，使供应商生产的乳化剂产品能够真正符合油基钻井液的技术要求。

3.2 有机土标准的适用性分析

1）SY/T 6615—2005《钻井液用乳化剂评价程序》附录B中规定了有机土的技术要求，其中胶体率评价方法为：100 mL的0#柴油中加入2 g有机土，用玻璃棒搅拌后倒入具塞量筒，90 min 后读出析出柴油的体积，计算胶体率。收集现场常用5种有机土，编号分别为A、B、C、D、E，对有机土胶体率进行实验验证，表5为实验员按照SY/T 6615—2005附录B的方法对有机土胶体率的结果统计。由表5数据可以看出:实验结果重复性不好，误差最大为11.11%，不符合标准要求。

表5 0#柴油中不同有机土胶体率的实验结果统计 %

2）在0#柴油、有机土加量不变的情况下，改进搅拌方法，用高速搅拌机以11 000 r/min 搅拌30 min，再次测得有机土胶体率数据，结果详见表6。

由表6中数据看出：改进实验方法后数据稳定，用高速搅拌机配制的乳状液比用玻璃棒搅拌的胶体率高，实验结果重复性好，误差小，更加准确，符合标准要求。

3）有机土胶体率技术指标要求是大于或等于95%,胶体率是表征有机土在油相中分散形成胶体网状结构的稳定性，胶体率越高说明其稳定性越好，在油基泥浆中悬浮性越好，胶体率是有机土产品质量最重要的技术指标。从表6中5种有机土的室内验证数据来看，只有B 型有机土符合要求。因为环保要求，现有的0#柴油芳香烃含量降低、悬浮有机土能力下降、造浆率降低，很难达到行标SY/T 6615—2005中“有机土胶体率技术指标大于或等于95%”的要求。因此，建议修订SY/T 6615—2005《钻井液用乳化剂评价程序》附录B 中有机土的评价方法和技术指标。

表6 0#柴油高速搅拌后不同有机土胶体率的结果统计 %

3.3 降滤失剂产品标准的适用性分析

表7为收集到的现有油基钻井液用降滤失剂产品标准。其中：①中石化一级企业标准Q/SH CG 108—2017《油基钻井液用降滤失剂氧化沥青技术要求》对氧化沥青技术要求进行了规定。该标准中既规定了产品的理化性能（纯度、胶质含量、沥青质含量）又有使用性能，且在基浆中评价氧化沥青的使用性能（滤失量），能够真正体现氧化沥青单剂的作用，方法较为科学合理。②其他5 个标准均为供应商标准，供应商标准中都是其自己制定生产的油基泥浆体系中评价降滤失剂产品质量，不能体现降滤失剂产品单剂的作用；且这些供应商标准仅对产品的使用性能（滤失量）进行了评价，未对产品的理化性能（如产品成分分析）进行规定，由此可见供应商标准不适用。

表7 现有的油基钻井液用降滤失剂产品标准

油基钻井液常用的降滤失剂除了沥青类，还有腐殖酸类、有机褐煤类、AMPS聚合物类等产品。沥青类产品存在降低钻速、污染环境、加量大的缺点，在目前常用的油基钻井液中已对其限制使用[6-8]。因此，建议制定每一类降滤失剂的产品标准，如油基钻井液用降滤失剂改性腐殖酸类技术要求、油基钻井液用降滤失剂AMPS 聚合物技术要求、油基钻井液用降滤失剂有机褐煤技术要求等产品标准。

4 结论

1）通过对现有油基钻井液化学剂的乳化剂、降滤失剂、有机土产品标准进行适用性分析，了解到有的产品标准中不能真正体现单剂产品作用，有的标准虽然能体现单剂产品的使用性能，但是不能体现产品有效成分，无核心理化指标。可见，现有的评价方法不适用，不利于对产品质量进行控制。

2）建议重新制定油基钻井液中乳化剂、降滤失剂、有机土的产品标准。对乳化剂、降滤失剂产品进行分类，分类制定每一类乳化剂、降滤失剂的产品标准。在制定标准过程中，应从理化性能和使用性能两方面控制产品质量，完善油基钻井液化学剂产品评价方法，最终使产品符合油基钻井液的技术要求。