低切力高密度无土相油基钻井液的研制

张小平 王京光 杨斌 吴满祥 王勇强

低渗透油气田勘探开发国家工程实验室·中国石油川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院

目前我国在开发页岩气及非常规气藏的过程中使用的油基钻井液［1－4］是一种含土相油基钻井液，采用有机土作为增黏剂、悬浮重晶石。在应用过程中暴露出高密度条件下含土相油基钻井液流变性控制困难，当量循环密度高，在起下钻或开泵时激动压力较高，易诱发井漏或井壁失稳，亟需开发一种新型油基钻井液解决上述难题。例如四川某区块JH－11井与QL－6井在钻遇高压层位压井时，由于含土相油基钻井液体系流变性差，诱发漏失，JH－11井漏失油基钻井液450m3，直接经济损失630万元，处理复杂损失工时28d。QL－6井漏失油基钻井液520m3，直接经济损失728万元，处理复杂损失工时35d，井漏的同时也伴随严重的井控风险［2］。

使用油溶性或油溶胀性聚合物提高钻井液的黏度和切力，代替有机土，以复合型乳化剂G326－HEM为核心构建了无土相油基钻井液体系［5－7］。具有塑性黏度低、静切力小、当量循环密度低等突出特点。无土相油基钻井液只需要很小的驱动力，即可破坏其形成的空间结构，解决高密度含土相钻井液因结构强度太大而造成憋泵、开泵泵压过高、当量循环密度过大诱发井漏的问题［8－10］。

1 无土相油基钻井液体系的构建

1.1 乳化剂的用量

在无土相油基钻井液中，由于没有有机土的作用，钻井液体系的电稳定性差，加重材料极易沉淀，针对上述的特点，对乳化剂进行针对性研究，合成出复合型乳化剂（G326－HEM）。该乳化剂不需要与辅乳化剂复配使用，由于其自身具有对加重材料的润湿功能因此配制高密度油基钻井液也无须使用润湿剂，以该乳化剂为核心构建无土相油基体系，与以往含土相油基钻井液相比极大简化了体系配方［11－13］。

采用已有的实验方法［14］得到复合型乳化剂G326－HEM加量与体系电稳定性能结果（图1）。

图1 乳化剂用量与体系的破乳电压图

当乳化剂加量大于3%时，体系的破乳电压增加较快，加量为3%时，体系的破乳电压达到850V，而当乳化剂加量5%时体系的破乳电压已经达到1 650V。考虑当乳化剂加量为3%时，体系的破乳电压已经能够满足需要。因此选用乳化剂加量为3%。

1.2 乳化剂的抗温性能

测试了不同温度热滚前后体系的电稳定性，以此考察乳化剂的抗温性能。由图2可知，热滚后的破乳电压均高于400V，但200℃以上破乳电压下降较快。因此将该乳化剂适宜的温度定为200℃以内。

图2 乳化剂抗温性能图

1.3 无土相油基钻井液配方

通过配方试验得到无土相油基钻井液配方：基础油＋16%氯化钙盐水＋3.0%复合型乳化剂（G326－HEM）＋2.0%氢氧化钙＋4.0%降滤失剂G328＋1.0%增黏剂＋0.5%提切剂＋加重材料。

2 无土相油基钻井液体系的性能评价

2.1 不同油水比对体系性能的影响

通过测试高密度不同油水比条件下钻井液的流变性能，优选了高密度条件下无土相油基钻井液的最佳油水比范围（图3）。

图3 不同油水比下的流变性能图

由图3可知，油基钻井液塑性黏度和动切力随着油水比的降低而升高。当钻井液密度为2.20g／cm3，适宜的油水比为80∶20，此时钻井液的塑性黏度和动切力均在合理的范围之内，随着钻井液密度的继续升高，钻井液的油水比也升高，防止黏切过高。

2.2 无土相与含土相油基钻井液对比

在相同密度条件下（2.30g／cm3），对这2种油基钻井液的流变性能进行了实验对比（图4、5）。

图4 塑性黏度对比图

图5 静切力对比图

由上述试验结果可知，在相同密度、油水比条件下无土相油基钻井液比含土相钻井液的塑性黏度、终切力低，相同塑性黏度和终切力条件下，无土相油基钻井液比含土相油基钻井液的油水比低10%，无土相油基钻井液可以节省10%基础油，有利于调节流变性，降低了高密度含土相钻井液因黏切高诱发井漏的风险。

2.3 不同基础油对体系性能的影响

使用3号白油、0号柴油和气质油Saraline 185V作为体系的基础油，测试了不同基础油配制的无土相油基钻井液性能，试验结果见表1所示。

由表1试验结果可知，使用气质油Saraline 185V配制的高密度无土相油基钻井液塑性黏度、终切力最低，使用柴油配制的高密度无土相油基钻井液高温高压滤失量和破乳电压均最高。使用3种不同的基础油配制的钻井液各项性能均在合理范围内，表明该配方对基础油的适应性较广，可广泛应用于合成基、矿物油基钻井液。

表1 基础油对无土相油基钻井液性能的影响表

2013年10月，在四川省泸州市通过了壳牌公司组织了钻井液专家对无土相油基钻井液体系性能的测试，与现场使用的油基钻井液相比静切力降低了20.8%，达到了国外公司期望的高密度低切力的要求。

3 结论

1）以复合型乳化剂G326－HEM为核心构建无土相油基体系，无须使用辅乳化剂、润湿剂具有配方简单，高密度条件下流变性好等特性。

2）无土相油基钻井液与含土相钻井液相比，高密度条件下塑性黏度、终切力低，降低了高密度钻井液因黏切高诱发井漏的风险，可节省10%基础油。

3）油基钻井液塑性黏度和动切力随着油水比的降低而升高，不同密度下的油基钻井液选用不同的油水比。

4）无土相油基体系配方对基础油的适应性较广，可广泛应用于合成基、矿物油基钻井液。

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