王勇强 王京光 吴满祥（川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018）



一种复合型油基钻井液用乳化剂的研制

王勇强 王京光 吴满祥
（川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018）

摘 要：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主要是含土相油基钻井液，采用有机土作为增粘剂、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差、起下钻不畅、易粘卡等问题，亟需开发一种新型油基钻井液解决上述难题。为此研制出复合型乳化剂，围绕高性能的复合型乳化剂为核心构建无土相油基钻井液体系，解决了无土相体系电稳定性弱、悬浮稳定性差的技术难题。该体系流变性好，电稳定性强，配方简单，无须使用润湿剂，克服了以往高密度钻井液必须使用润湿剂、副乳化剂，体系配方复杂，在实际使用过程中操作维护繁琐等问题。打破了国外钻井液公司对油基钻井液核心处理剂的垄断，该体系的研制为页岩气及其他非常规气藏规模开发提供了技术保障。

关键词：乳化剂；油基；钻井液；页岩气；无土相

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主要是含土相油基钻井液，采用有机土作为增粘剂、悬浮重晶石。在应用过程中暴露出高密度条件下流变性差、起下钻不畅、易粘卡引发井下复杂事故、固相含量高、当量循环密度高，易诱发井漏等难题，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，诱发漏失，钻井液直接经济损失均超过600万元，JH-11井漏失油基钻井液450m3，处理复杂损失工时28天。QL-6井漏失油基钻井液520m3，处理复杂损失工时35天，井漏的同时也伴随严重得井控风险。

乳化剂是油基钻井液的核心处理剂，对于油基钻井液体系的性能好坏起着至关重要的作用。此前有土相油基钻井液体系用乳化剂用于无土相钻井液体系中普遍存在破乳电压低、高密度条件下流变性差、加重材料易沉降等缺点。并且目前国内的油基钻井液乳化剂均分为主乳化剂和副乳化剂，二者必须配合使用，同时高密度油基钻井液必须使用润湿剂对加重材料进行润湿防止加重材料沉淀，造成高密度钻井液体系配方复杂，在实际使用过程中操作维护繁琐，对现场操作人员的技术水平要求较高。我们以大分子量脂肪酸与有机胺的反应产物复配天然植物脂肪酸，研制出复合型乳化剂G326-HEM，以该乳化剂为核心，使用油溶性聚合物提高钻井液的黏度和切力，代替有机土构建了无土相油基钻井液体系。

1. 乳化剂的评价

由于复合型乳化剂G326-HEM不需要与副乳化剂复配使用，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。通过配方试验得到无土相油基钻井液基本配方：基础油+16%氯化钙盐水+复合型乳化剂G326-HEM+2.0%氢氧化钙+4.0%降滤失剂G328+1.0%增粘剂+0.5%提切剂+加重材料。

1.1 乳化剂的用量

在无土相油基钻井液中，由于没有有机土的协同作用，钻井液体系的电稳定性差，为此测试了复合型乳化剂G326-HEM加量与体系电稳定性能的关系，试验结果如图1所示。

当乳化剂加量为3%时，体系的破乳电压达到850V，已经能够满足需要，表明在无土相油基钻井液中即使没有有机土及其他副乳化剂的协同作用，复合型乳化剂G326-HEM也能起到良好的乳化效果。

1.2 乳化剂的润湿性能

选用市售SPAN-80作乳化剂，G326-HEM作为体系的润湿剂，测试了不同G326-HEM加量下密度为2.00g/cm3的钻井液在180℃*16h热滚后密度，以此考察乳化剂G326-HEM的润湿性能。试验结果如图2所示。

图1　乳化剂用量与体系的破乳电压

图2　乳化剂的润湿性能

图3　测试未加G326-HEM样品后的转子

图4　测试加G326-HEM的样品后的转子

表1　不同密度下钻井液的性能

图6　静切力对比

当G326-HEM加量低于1.0%时，重晶石没有完全被润湿，大量沉淀导致热滚后密度下降较多，测试流变性时六速仪转子上粘有大量重晶石，如图3所示。随着G326-HEM加量的增加，热滚后体系的密度也随着上升，测试流变性后六速仪转子仅沾有少量钻井液，如图4所示。表明G326-HEM对于加重材料的润湿性较好。当G326-HEM加量大于2%时，体系的密度增加趋缓，加量为2%时，热滚前后钻井液的密度分别为2.00g/cm3和1.96g/cm3，因此选用G326-HEM加量为2%～3%。

2. 钻井液体系的性能评价

2.1 不同密度下的流变性

按照无土相油基钻井液基本配方：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%增粘剂+0.5%提切剂+加重材料。测试不同密度条件下无土相油基钻井液的流变性能，试验结果见表1。

由表1结果可知，随着油基钻井液密度的升高，粘切也相应升高，因此钻井液的油水比也应该升高，防止流变性过高。无土相油基钻井液密度可达2.40g/cm3，流变性依然良好。

2.2 无土相与含土相油基钻井液对比

2013年10月在四川通过壳牌钻井液专家组织的测试。在相同密度条件下（2.0g/cm3），对无土相钻井液与现场使用的由国外公司提供的含土相油基钻井液的性能进行了对比，试验结果如图5和6所示。

由上述试验结果可知，无土相油基钻井液与目前现场使用国外油基钻井液相比，热滚前后的破乳电压均提升42%，热滚前10min终切力低18.2%，热滚后的10min终切力低20.8%，体现了更优异的流变性能，达到了壳牌钻井液专家期望的高密度、低静切力的结果。

该乳化剂已经通过国外钻井液专家组织的室内验证，获准进入壳牌四川页岩气项目，打破了国外钻井液公司对油基钻井液核心处理剂的垄断。

结论

根据以上试验结果，得出以下结论：

（1）复合型乳化剂G326-HEM具有润湿作用，可替代润湿剂，即使在高密度油基钻井液中亦可无须使用润湿剂，简化了体系配方。

（2）以复合型乳化剂G326-HEM为核心构建的无土相油基体系，无须使用副乳化剂、润湿剂、有机土具有配方简单，高密度条件下流变性好等特性。

（3）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、终切力较低，相同密度下可选用较低的油水比。

参考文献

［1］王京光，张小平，曹辉，等.一种环保型合成基钻井液在页岩气水平井的应用［J］.天然气工业，2013，33（5）：82-85.

［2］徐同台，彭芳芳，潘小镛，等.气制油的性质与气制油钻井液［J］.钻井液与完井液，2010，27（5）：75-79.

［3］罗健生；莫成孝；刘自明，等.气制油合成基钻井液研究与应用［J］.钻井液与完井液，2009，26（2）：7-13.

［4］张小平，王京光，杨斌，等.低切力高密度无土相油基钻井液的研制［J］.天然气工业，2014，34（9）：60-64.

中图分类号：TE254.4

文献标识码：A