舒福昌，齐从温 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

向兴金，石 磊，江引余 （荆州市汉科新技术研究所，湖北 荆州434001）

蒋世全，许亮斌，罗洪斌 （中海油研究总院，北京100027）

我国南海海域石油蕴藏量巨大，属于世界四大海洋油气富集区之一，有 “第二个波斯湾”之称。近年来，随着海洋石油工业的不断发展和开采量的逐年增加，海洋石油勘探已逐渐向深水进军[1]。深水钻井一般指钻井水域水深超过900m，水深超过1500m时为超深水钻井。然而深水钻井时温度变化明显，钻井液的流变性受温度的影响很大，特别是动切力和低剪切速率下的黏度难以控制，由此引发的井漏、当量循环密度 （ECD）高和压力控制难等一系列问题正在成为深水钻井所面临的挑战[2]。合成基钻井液以其机械钻速高、井壁稳定性好等特点已成为海上油气钻探的常用钻井液体系，但该钻井液的黏度、切力受温度的影响较明显，特别在钻井液长时间静置的情况下更严重[2]。目前国内对合成基钻井液的研究一般以表观黏度作为主要参数。而国外具有恒流变特性的合成基钻井液是在传统合成基钻井液的基础上通过处理剂的优化和改性发展起来的，是一种适合深水钻井的新型钻井液体系，它最大的特点是切力受温度影响较小。笔者研究了合成基基液、有机土、降滤失剂、油水比对HMS合成基钻井液流变性的影响规律，并与传统合成基钻井液的流变性进行了对比。

1 试验部分

1.1 试验材料及仪器

1）试验材料 线性α－烯烃 （萨比克和林德公司生产）；重晶石粉 （广西象州县矿粉厂生产）；特种油，酯基基液，主乳化剂，辅助乳化剂，润湿剂，有机土，沥青类降滤失剂，合成树脂类降滤失剂，流型改进剂 （湖北汉科新技术股份有限公司生产）。

2）仪器 高速搅拌器，六速旋转黏度计，高温滚子炉，常温常压失水仪，高温高压失水仪 （青岛海通达专用仪器厂生产）；深水环境低温模拟试验箱 （湖北创联石油科技有限公司生产）。

1.2 试验方法

1）HMS合成基钻井液 （代号为HMS）基本配方 基液 （即特种油）0.20g/ml CaCl2溶液＋主乳化剂＋辅助乳化剂＋润湿剂＋有机土＋降滤失剂＋CaO＋流型改进剂，用重晶石调节至密度为1.16g/cm3。

2）合成基钻井液配制 在搅拌条件下，将主乳化剂、辅助乳化剂和润湿剂加入基液中，加入质量浓度为0.20g/ml的CaCl2溶液，搅拌10min；然后加入有机土和降滤失剂，继续搅拌10min；加入重晶石至泥浆密度为1.16g/cm3，再搅拌20min。将配制好的合成基钻井液在120℃、16h热滚条件下老化后进行性能测定。

3）流变性测定 将待测钻井液及六速旋转黏度计放在深水环境低温模拟试验箱中，当钻井液温度与设定温度一定时开始测定钻井液的流变性。根据六速旋转黏度计的读数（N600、N300），按照宾汉流变模式计算塑性黏度（μp）和动切力（τd）。

4）滤失量测定 将待测钻井液按照SY/T5621－1993的规定测定API滤失量VAPI和120℃、压差为3450kPa时的高温高压滤失量Vhthp。

2 试验结果与讨论

2.1 合成基基液对HMS合成基钻井液流变性的影响

合成基钻井液为 W/O乳状液，基液的黏度大小以及黏温性能均会影响整个合成基钻井液的流变性。首先测得3种合成基基液在不同温度下的运动黏度，结果见图1。同时考察了3种基液分别配制的钻井液在不同温度下的流变性，结果见表1。

图1 基液的运动黏度与温度的关系

表1 不同基液配制的钻井液在不同温度下的流变性

由图1和表1可知，基液本身的运动黏度随着温度的升高而降低，3种基液中酯基基液的运动黏度明显高于线性α－烯烃和特种油的运动黏度；在低温条件下，酯基基液配制的钻井液出现胶凝状，而线性α－烯烃和特种油配制的钻井液流动性较好；相比较而言，特种油配制的钻井液的τd（4℃）/τd（65℃）比值 （为1.15）明显低于线性α－烯烃配制的钻井液的τd（4℃）/τd（65℃）比值 （为1.53），表明由特种油配制的合成基钻井液切力随温度变化较小，更具有恒流变特性。

2.2 有机土对HMS合成基钻井液流变性的影响

有机土是一种可以在油中分散的亲油性的改性膨润土，其主要作用是增加体系的黏度和切力，一方面可以防止重晶石等加重材料出现沉降现象；另一方面可以提高钻井液W/O乳状液的稳定性，同时降低钻井液的滤失量。考察了不同有机土及有机土质量浓度对合成基钻井液流变性的影响，结果见图2～5。结果表明，有机土A的增黏提切效果明显优于有机土B和C；且随着有机土A质量浓度的增大，μp和τd也随之增大，当有机土A质量浓度为0.02～0.03g/ml时，τd达到7以上，可以满足钻井液的携岩要求；而且，μp随温度的变化影响较大，而τd则随温度的变化影响较小。

2.3 降滤失剂对HMS合成基钻井液流变性和滤失量的影响

在合成基钻井液体系中使用降滤失剂能够起到控制滤失量和增加钻井液稳定性的作用[5]。考察了沥青类和合成树脂类降滤失剂对合成基钻井液流变性和滤失量的影响，结果见表2和图6、7。结果表明，2种降滤失剂对钻井液的μp和τd随温度的变化影响均较小，但是合成树脂类降滤失剂对钻井液的降滤失效果明显优于沥青类降滤失剂。

图2 不同有机土对体系塑性黏度的影响

图3 不同有机土对体系动切力的影响

图4 有机土质量浓度对体系塑性黏度的影响

图5 有机土质量浓度对体系动切力的影响

图6 不同降滤失剂及质量浓度对体系塑性黏度的影响

图7 不同降滤失剂及质量浓度对体系动切力的影响

2.4 水相体积分数对HMS合成基钻井液流变性的影响

合成基钻井液油水比会影响整个体系的流变性、稳定性、滤失量以及成本。考察了水相比例对钻井液体系流变性的影响，结果见图8、9。结果表明，随着水相比例的增加，钻井液μp和τd也随之增大。当水相比例达到30%时，τd受温度影响较大。在低温下钻井液的黏度和切力过大，流动性很差，因此水相体积分数应以10%～20%为宜。

表2 降滤失剂效果对比

图8 不同水相比例的塑性黏度的比较

图9 不同水相比例的动切力的比较

2.5 与传统合成基钻井液对比

HMS合成基钻井液与传统合成基钻井液的流变参数对比见表3。结果表明，与传统的合成基钻井液相比，HMS合成基钻井液的流变性受温度的影响很小，特别是动切力、静切力（τi，τf）和低剪切速率下的流变参数几乎不随温度的改变而发生变化，表现出了良好的恒流变特性，更适合于海洋深水钻井。

表3 两种合成基钻井液的流变参数对比

3 结 论

1）基液的黏度会影响整个合成基钻井液的流变性，由运动黏度低的线性α－烯烃和特种油分别配制的钻井液在低温时的流动性明显好于酯基合成基钻井液。相比较而言，由特种油配制的合成基钻井液切力随温度的变化较小，更具有恒流变特性。

2）在基液种类和乳化剂一定的条件下，有机土、降滤失剂和油水比对合成基钻井液性能有着明显的影响。随着有机土质量浓度和水相比例的增大，μp和τd也随之增大。而2种降滤失剂对钻井液的τd随温度的变化影响均较小，但是合成树脂类降滤失剂的降滤失效果却明显优于沥青类降滤失剂。

3）与传统合成基钻井液相比，HMS合成基钻井液的流变性受温度的影响很小，表现出了良好的恒流变特性，更适合于海洋深水钻井。

[1]王友华，王文海，蒋兴迅 .南海深水钻井作业面临的挑战和对策 [J].石油钻探技术，2011，39（2）：50～55.

[2]耿娇娇，鄢捷年，李红梅，等 .具有恒流变特性的合成基钻井液 [J].石油钻探技术，2010，38（2）：91～94.

[3]Oort E V，Lee J，Friedheim J.New flat－rheology synthetic－based mud for improved deepwater drilling[J].SPE90987，2004.

[4]Gregory A M，Clark D E.The Pro＇s and Con＇s of flat rheology drilling fluids[A].AADE－05－NTCE－28 [C].Houston，2005.

[5]舒福昌，史茂勇，向兴金 .改性腐植酸合成油基钻井液降滤失剂研究 [J].应用化工，2008，37（9）：1067～1069.