抗高温油基钻井液的研究

罗勇，张海山 （中海石油 （中国）有限公司上海分公司，上海200030）

王昌军 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

由福昌 （荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州434100）

随着油田开发对油气层保护及钻井要求越来越高，对钻井液体系及性能也提出了更高的要求。油基钻井液与水基钻井液相比较，具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层伤害小等很多优点，目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段[1]。

东海低孔渗油气田资源丰富，且大多埋藏较深，岩性较差，压力较高，钻遇的地层越来越复杂，井底温度越来越高。特别是2012年已完成的作业，平均井深达到4700多米，井底静止温度均达到160℃以上，多口井出现起下钻困难、卡钻、电测遇阻等事故。为了更好地满足现场作业需要，笔者对东海低孔渗油气田常用油基钻井液体系进行了室内抗高温评价研究。通过对乳化剂、增黏剂等处理剂种类及加量的研制与筛选，同时辅助加入降滤失剂和封堵剂，配制出一套抗高温油基钻井液体系。试验表明，该体系在高温下具有较好的稳定性能。

1 试验部分

1.1 试验药品、仪器与方法

1）试验药品 Hiemul主乳；Hicoat辅乳化剂；HIRHEO－A流型调节剂；MOGEL有机土；HIVIS－D增黏剂；HIFLO降滤失剂；HIFLO－S沥青；重晶石。

2）试验仪器 高速搅拌器；滚子加热炉；四联室温中压滤失仪；ZNN－D6型六速旋转黏度计；高温高压滤失仪；ELECTRICAL STABILITY TESTER MODEL 230；电子天平。

3）试验方法 按API标准进行钻井液体系配制与测试；流变性测试温度65℃；热滚最高温度220℃，热滚时间16h。

1.2 抗高温油基钻井液体系配方

经室内试验研究，构建出一套抗高温油基钻井液。配方为：3＃白油＋2.6%Hiemul主乳＋0.4%Hicoat辅 乳 化 剂 ＋1.5%HIRHEO－A 流 型 调 节 剂 ＋2.0%CaO＋0.5%MOGEL 有 机 土 ＋0.5%HIVIS－D增黏剂＋3%HIFLO降滤失剂＋3.0%HIFLO－S沥青＋水相 （26%CaCl2溶液）＋ 重晶石调节密度；油水比为80/20。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂加量变化的影响

为了形成稳定的油包水乳状液，必需正确地选择和使用乳化剂。一般认为乳化剂的作用机理是：在油/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。上述3个方面均可阻止分散相液滴聚并变大，从而使乳状液的性能保持稳定。其中又以吸附膜强度最为重要，它是乳状液能否保持稳定的决定性因素[2]。试验研究了乳化剂加量对体系性能的影响，结果见表1。

表1 乳化剂加量变化影响评价

从表1可见，乳化剂加量达到3.0%时，体系的电稳定性可以达到700V以上，μp为22mPa·s，τd达到10Pa，性能稳定，满足钻井作业低黏高切的要求。

2.2 抗温性能评价

温度对体系的影响很大。通常情况下，温度升高，钻井液体系的流变性能会变差，滤失量也会显著增加。将该钻井液体系在不同的温度下老化16h后，测定其流变性及高温高压滤失量，评价其抗温能力。结果见表2。

表2 体系的抗温性能

从表2可以看出，该体系抗温能力达到220℃；高温老化后，流变性能稳定，破乳电压762V，动塑比0.31，高温高压失水量3.6ml。

2.3 密度对钻井液性能的影响

一些高温井往往伴随着高压，因此现场需要对钻井液进行密度调节以满足钻井要求。室内试验评价了在不同密度下的体系性能，结果见表3、4。

表3 不同密度的钻井液体系在150℃老化后的性能

表4 不同密度的钻井液体系在180℃老化后的性能

从表3、4可以看出，密度为1.60g/cm3的钻井液体系在150～180℃热滚16h后，性能稳定。

2.4 抑制性能评价

钻井液的抑制性是指钻井液抑制井壁岩土水化、膨胀、分散的性能，在原理上与黏土的造浆性和井壁的遇水稳定性有密切的联系。室内采用滚动回收法评价了油基钻井液的抑制性。具体方法为：加入50g经过105℃烘干后6～10目的钻屑，再经过150℃热滚16h，40目筛出，烘至恒重，计算一次滚动回收率。结果见表5。

从表5可以看出，该油基钻井液体系的一次滚动回收率达到95.2%，说明具有良好的抑制性能。

2.5 抗污染性能评价

钻井过程中经常会钻遇各种复杂地层，如页岩、盐岩、泥岩等，这就要求钻井液在抑制页岩水化的同时，还应该具有如抗盐、水等污染的能力。在室内评价了该油基钻井液体系抗NaCl、海水、钻屑的能力。试验条件为：150℃热滚16h。结果见表6。

表5 抑制性评价

表6 抗污染性能评价

从表6可以看出，该油基钻井液体系具有较好的抗污染性能，抗CaCl2、CaSO4、NaCl、现场海水、露头土均达到10%。

3 结论

1）以Hiemul和Hicoat作为主辅乳化剂，确定主乳化剂的推荐加量为2.6%，辅乳化剂的推荐加量为0.4%，建立了稳定的抗高温油基钻井液体系。

2）该油基钻井液体系抗温能力达220℃，高温热滚之后体系具有良好的流变性能、滤失性能，具有较强的悬浮能力、抑制性能及抗污染能力。

[1]白小东，蒲晓琳 .国外保护储层的油基钻井完井液新技术研究与应用 [J].精细石油化工进展，2005，6（12）：12～14.

[2]吴满祥，杨斌，卓绿燕，等 .国外新型可逆乳化钻井液技术发展现状 [J].内蒙古石油化工，2008，（9）：47～48.