高密度低油水比油基钻井液体系研究

毕 闯

[中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452]

页岩油气田、海上油气田为了实现高效开发，通常使用油基钻井液作为开发流体进行钻进。与水基钻井液相比，油基钻井液具有黏土水化抑制性强、润滑性能好、耐高温、性能稳定、易于维护等优点，是页岩油气井、海上大位移井、深井超深井等复杂油气井首选的钻井液体系[1-4]。随着油气井钻井深度的增加，井底面临的压力越来越大。较大的井底压力需要使用高密度油基钻井液体系才能保证油气井安全钻井，对油基钻井液性能提出了更高的要求[5-6]。此外，目前油气田开发使用的油基钻井液体系大多为高油水比钻井液体系，但是高油基钻井液体系价格昂贵，不利于油气井经济开采，因此，针对深层油基钻井液体系研究，需要开发兼具高密度和低油水比特性的油基钻井液体系。

为了研究适用于深层复杂井钻井的油基钻井液体系，室内对不同的油基钻井液添加剂开展研究，构建了高密度低油水比油基钻井液体系，并对油基钻井液性能进行评价。

1 高密度低油水比油基钻井液体系关键处理剂研究

1.1 乳化剂

乳化剂是油基钻井液体系的关键组分之一，它的性能直接决定了油包水乳化体系的稳定性。对于乳化剂来说，主要通过在油水界面形成吸附膜、降低油水界面张力、增加黏度等方式保证油基钻井液的性能[7-8]。为了研究适用于油基钻井液体系的乳化剂，室内对不同比例主乳化剂和辅乳化剂性能进行评价，钻井液热滚后的实验结果如表1。

表1 乳化剂评价结果

从表1的实验结果可以看出，随着乳化剂加量和配比的变化，油基钻井液体系的流变性、破乳电压和失水量也随之变化。当主乳化剂MR1和辅助乳化剂FR1分别为2.5%和0.5%时，油基钻井液体系综合性能最佳。

1.2 降滤失剂

油基钻井液降滤失剂的主要作用是降低钻井液的滤失量。当降滤失剂添加到油基钻井液后，主要通过增黏、吸附和物理堵塞等作用方式改善油基钻井液的性能[9]。为了研究适用于高密度油基钻井液的降滤失剂，室内对3%不同类型降滤失剂进行评价，钻井液热滚后的实验结果如图1。

图1 降失水剂作用效果

从图1实验结果可以看出，在相同的加量下，使用降失水剂HFW后的油基钻井液体系的高温高压失水量较小，其主要原因可能是降滤失剂添加到油基钻井液中后，一方面形成吸附水化层，另一方面提高黏土颗粒的电动电位，从而提高钻井液的稳定性，形成致密的泥饼[10]。

为了研究降滤失剂HFW对油基钻井液性能的影响规律，室内评价了不同降滤失剂加量的油基钻井液的性能，实验结果如图2。

图2 HFW加量对性能的影响

从图2中数据可以看出，随着HFW加量逐渐增大，油基钻井液稳定性的影响较小，但是失水量明显降低。降失水剂HFW可以有效降低油基钻井液滤失量。

1.3 有机土

有机土是一种无机矿物和有机物的复合物，具有良好的悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性等性能。当有机土添加到油基钻井液中后，其能提高钻井液体系的黏度和切力，同时兼具一定的降失水功能[11]。室内评价了添加剂1%不同类型的有机土油基钻井液的性能，钻井液热滚后的实验结果如表2。

表2 有机土评价结果

表2实验结果表明，添加有机土MNL的油基钻井液具有较好的流变性和破乳电压，能形成性能较优异的油基钻井液体系，因此有机土MNL可作为油基钻井液有机土使用。

为了评价有机土MNL对钻井液性能的影响，研究了不同加量有机土MNL油基钻井液体系的性能，其结果见表3。

表3 有机土加量对钻井液性能影响

从表3中的实验结果可以看出，有机土MNL添加到钻井液后的增粘效果好，并且有机土加量越高，形成的油基钻井液体系破乳电压越高，高温高压失水越低，建议加量为0.9%左右。

1.4 碱度调节剂

碱度调节剂主要用于调节油基钻井液的pH，并控制Ca2+的浓度。室内选择了碱度调节剂JNS作为高密度油基钻井液添加剂，并对不同加量的碱度调节剂进行评价，钻井液热滚后的实验结果如表4。

表4 碱度调节剂加量对钻井液性能影响

从表4中的评价结果可以看出，碱度调节剂JNS的加入会增加钻井液的黏度，破乳电压先增大后降低，适量的碱度调节剂JNS可以较好地改善油基钻井液的性能。

2 高密度低油水比油基钻井液体系构建与性能评价

室内研究了油基钻井液添加剂材料，研选了适用于高密度低油水比油基钻井液的乳化剂、降滤失剂、有机土等处理剂，构建了密度为2.2 g/cm3的高密度油基钻井液体系，其组成为：白油+2.5%主乳化剂MR1+0.5%辅乳化剂FR1+1.5%碱度调节剂JNS+0.9%有机土MNL+3.0%降滤失剂HFW +重晶石（按密度加入），油水比70:30。为了研究构建的高密度油基钻井液体系性能，室内对高密度油基钻井液性能进行评价。

2.1 抗温性评价

温度是油气井重要的地质特征。在油基钻井液使用过程中，一旦井底温度超过了油基钻井液可承受的最大温度，钻井液添加剂将失效，导致钻井液性能劣化，严重影响油气井施工的安全性。室内评价了不同温度下油基钻井液热滚后的性能，实验结果如表5。

表5 抗温性能评价

表5的实验结果表明，随着温度的升高，构建的高密度油基钻井液体系破乳电压增大，稳定性升高，黏度增大，但流动性较好，失水量较低，构建的高密度油基钻井液体系抗温性能优异。

2.2 抑制性能评价

油基钻井液具有良好的抑制性，可以降低钻井液使用过程中地层发生水化的可能性，维持井壁稳定。若钻井液抑制性差，极易引起井眼不规则、泥饼虚厚等复杂工况，会影响钻井效率。室内将钻屑加入钻井液中，对钻井液抑制性进行评价，实验结果见表6。

表6 抑制性能评价

从表6的实验结果可以看出，构建的高密度油基钻井液体系加入钻屑后破乳电压依然较高，钻井液稳定性，滚动回收率达到了98.9%，对钻屑具有良好的抑制性能，可以满足钻井过程中防塌的要求。

2.3 沉降稳定性评价

由于高密度油基钻井液掺入加重材料，并且在钻井过程中，钻井液也会携带大量固相材料。若钻井液沉降稳定性差，很容易发生沉降，影响钻井液体系的性能。室内评价了油基钻井液体系的沉降稳定性，以钻井液上下密度差作为稳定性评价指标，实验结果见表7。

表7 油基钻井液沉降稳定性

从表7的实验结果可以看出，构建的高密度钻井液体系上下密度差较小，并且随着温度的升高，密度差未明显增大，钻井液体系具有良好的沉降稳定性，使用过程中可保证较好的性能。

3 结论

1）研究的主乳化剂MR1、辅乳化剂FR1、碱度调节剂JNS、有机土MNL、降滤失剂HFW能有效调节油基钻井液体系的稳定性、失水量、流变性等性能。

2）构建的高密度低油水比油基钻井液体系抗温性能好，岩屑滚动回收率高，抑制性强，可有效保证其使用性能。

3）构建的高密度低油水比油基钻井液体系沉降稳定性好，密度较高配方也没有明显的沉降现象。