摘　要：傳統(tǒng)的油基鉆井液采用有機(jī)土作為增黏劑來(lái)增加懸浮重晶石的能力，是一種含土相的油基鉆井液，高密度條件下含土相油基鉆井液流變性控制困難限制了其應(yīng)用的范圍。為此，以新研制的復(fù)合型乳化劑(G326-HEM)為核心，構(gòu)建了無(wú)土相油基鉆井液體系，并對(duì)該配方進(jìn)行了優(yōu)選和性能實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：①無(wú)土相油基鉆井液體系無(wú)須使用輔乳化劑、潤(rùn)濕劑，具有配方簡(jiǎn)單，高密度條件下流變性好等特性；②與含土相鉆井液相比，高密度條件下塑性黏度、終切力低，降低了高密度鉆井液因黏切高誘發(fā)井漏的風(fēng)險(xiǎn)，可節(jié)省l0％的基礎(chǔ)油；③塑性黏度和動(dòng)切力隨著油水比的降低而升高，不同密度下的油基鉆井液選用不同的油水比；④無(wú)土相油基體系配方對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)性較廣，可廣泛應(yīng)用于合成基、礦物油基鉆井液。結(jié)論認(rèn)為，該成果較好地解決了無(wú)土相體系在高密度條件下的電穩(wěn)定性弱、懸浮穩(wěn)定性差的難題，為頁(yè)巖氣及其他非常規(guī)氣藏規(guī)模開發(fā)提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：油基  鉆井液  頁(yè)巖氣  水平井  乳化劑  無(wú)土相  電穩(wěn)定性  懸浮穩(wěn)定性

Development of a clay-free oil-based drilling fluid with a low shearing force and high density

Abstract：A traditional clay oil-base drilling fluid is added with organic soil as a tackifier to increase its sufficient barites suspension properties．However，due to its high density，its rheological properties are difficult to control，which restricts its wide application．Therefore，a clay free oil-based drilling fluid system was established with the focus on a newly-developed composite emulsifier(G326-HEM)，and the optimization and performance tests wer；performed on this formula．The test results indicated that：(1)neither auxiliary emulsifiers nor wetting agents were necessary，and this drilling fluid was featured by a simple formula and a good rheological property even with high density；(2)compared with a clay drilling fluid with high density，this clay free oil-based drilling fluid had a low plastic viscosity and a shearing force to reduce a potential circulation loss caused by high viscous shearing，which saved the base oil by l0％；(3)the plastic viscosity and dynamic shear force increased with the decrease of oil water ratios and different oil-water ratios were selected to prepare oil_ba驢drilling fluids with different densities；(4)the formula of the clay free oil base svstem was greatly adaptable to base oil and could be used for compounding based and mineral oil-base drilling fluid．This fluid can not only solve such problems as weak electrical stability and poor suspension stability of clay-free system under high density but provide technical support for the scale development of shale gas and other unconventional gas reservoirs．

Keywords：oil base drilling fluid，shale gas，horizontal well，emulsifier，clay free，electrical stability，suspension stability

目前我國(guó)在開發(fā)頁(yè)巖氣及非常規(guī)氣藏的過程中使用的油基鉆井液^[1-4]是一種含土相油基鉆井液，采用有機(jī)土作為增黏劑、懸浮重晶石。在應(yīng)用過程中暴露出高密度條件下含土相油基鉆井液流變性控制困難，當(dāng)量循環(huán)密度高，在起下鉆或開泵時(shí)激動(dòng)壓力較高，易誘發(fā)井漏或井壁失穩(wěn)，亟需開發(fā)一種新型油基鉆井液解決上述難題。例如四川某區(qū)塊JH-11井與QL-6井在鉆遇高壓層位壓井時(shí)，由于含土相油基鉆井液體系流變性差，誘發(fā)漏失，JH-11井漏失油基鉆井液450m³，直接經(jīng)濟(jì)損失630萬(wàn)元，處理復(fù)雜損失工時(shí)28d。QD6井漏失油基鉆井液520m³，直接經(jīng)濟(jì)損失728萬(wàn)元，處理復(fù)雜損失工時(shí)35d，井漏的同時(shí)也伴隨嚴(yán)重的井控風(fēng)險(xiǎn)^[2]。

使用油溶性或油溶脹性聚合物提高鉆井液的黏度和切力，代替有機(jī)土，以復(fù)合型乳化劑G326-HEM為核心構(gòu)建了無(wú)土相油基鉆井液體系^[5-7]。具有塑性黏度低、靜切力小、當(dāng)量循環(huán)密度低等突出特點(diǎn)。無(wú)土相油基鉆井液只需要很小的驅(qū)動(dòng)力，即可破壞其形成的空間結(jié)構(gòu)，解決高密度含土相鉆井液因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度太大而造成憋泵、開泵泵壓過高、當(dāng)量循環(huán)密度過大誘發(fā)井漏的問題^[8-10]。

1　無(wú)土相油基鉆井液體系的構(gòu)建

1．1　乳化劑的用量

在無(wú)土相油基鉆井液中，由于沒有有機(jī)土的作用，鉆井液體系的電穩(wěn)定性差，加重材料極易沉淀，針對(duì)上述的特點(diǎn)，對(duì)乳化劑進(jìn)行針對(duì)性研究，合成出復(fù)合型乳化劑(G326-HEM)。該乳化劑不需要與輔乳化劑復(fù)配使用，由于其自身具有對(duì)加重材料的潤(rùn)濕功能因此配制高密度油基鉆井液也無(wú)須使用滑濕劑，以該乳化劑為核心構(gòu)建無(wú)土相油基體系，與以往含土相油基鉆井液相比極大簡(jiǎn)化了體系配方^[11-13]。

采用已有的實(shí)驗(yàn)方法u陽(yáng)得到復(fù)合型乳化劑G326-HEM加量與體系電穩(wěn)定性能結(jié)果(圖1)。

當(dāng)乳化劑加量大于3％時(shí)，體系的破乳電壓增加較快，加量為3％時(shí)，體系的破乳電壓達(dá)到850V，而當(dāng)乳化劑加量5％時(shí)體系的破乳電壓已經(jīng)達(dá)到1650V?？紤]當(dāng)乳化劑加量為3％時(shí)，體系的破乳電壓已經(jīng)能夠滿足需要。因此選用乳化劑加量為3％。

1．2　乳化劑的抗溫性能

測(cè)試了不同溫度熱滾前后體系的電穩(wěn)定性，以此考察乳化劑的抗溫性能。由圖2可知，熱滾后的破乳電壓均高于400V，但200℃以上破乳電壓下降較快。因此將該乳化劑適宜的溫度定為200℃以內(nèi)。

1．3　無(wú)土相油基鉆井液配方

通過配方試驗(yàn)得到無(wú)士相油基鉆井液配方：基礎(chǔ)油+16％氯化鈣鹽水+3.0％復(fù)合型乳化劑(G326-HEM)+2.0％氫氧化鈣+4.0％降濾失劑G328+1.0％增黏劑+0.5％提切劑+加重材料。

2　無(wú)土相油基鉆井液體系的性能評(píng)價(jià)

2．1　不同油水比對(duì)體系性能的影響

通過測(cè)試高密度不同油水比條件下鉆井液的流變性能，優(yōu)選了高密度條件下無(wú)土相油基鉆井液的最佳油水比范圍(圖3)。

由圖3可知，油基鉆井液塑性黏度和動(dòng)切力隨著油水比的降低而升高。當(dāng)鉆井液密度為2.20g／cm³，適宜的油水比為80：20，此時(shí)鉆井液的塑性黏度和動(dòng)切力均在合理的范圍之內(nèi)，隨著鉆井液密度的繼續(xù)升高，鉆井液的油水比也升高，防止黏切過高。

2．2　無(wú)土相與含土相油基鉆井液對(duì)比

在相同密度條件下(2.30g／cm³)，對(duì)這2種油基鉆井液的流變性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比(圖4、5)。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，在相同密度、油水比條件下無(wú)土相油基鉆井液比含土相鉆井液的塑性黏度、終切力低，相同塑性黏度和終切力條件下，無(wú)土相油基鉆井液比含土相油基鉆井液的油水比低10％，無(wú)土相油基鉆井液可以節(jié)省10％基礎(chǔ)油，有利于調(diào)節(jié)流變性，降低了高密度含土相鉆井液因黏切高誘發(fā)井漏的風(fēng)險(xiǎn)。

2．3　不同基礎(chǔ)油對(duì)體系性能的影響

使用3號(hào)白油、0號(hào)柴油和氣質(zhì)油Saraline 185V作為體系的基礎(chǔ)油，測(cè)試了不同基礎(chǔ)油配制的無(wú)土相油基鉆井液性能，試驗(yàn)結(jié)果見表1所示。

由表l試驗(yàn)結(jié)果可知，使用氣質(zhì)油Saraline 185V配制的高密度無(wú)土相油基鉆井液塑性黏度、終切力最低，使用柴油配制的高密度無(wú)土相油基鉆井液高溫高壓濾失量和破乳電壓均最高。使用3種不同的基礎(chǔ)油配制的鉆井液各項(xiàng)性能均在合理范圍內(nèi)，表明該配方對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)性較廣，可廣泛應(yīng)用于合成基、礦物油基鉆井液。

2013年10月，在四川省瀘州市通過了殼牌公司組織了鉆井液專家對(duì)無(wú)土相油基鉆井液體系性能的測(cè)試，與現(xiàn)場(chǎng)使用的油基鉆井液相比靜切力降低廠20.8％，達(dá)到了國(guó)外公司期望的高密度低切力的要求。

3　結(jié)論

1)以復(fù)合型乳化劑G326-HEM為核心構(gòu)建無(wú)土相油基體系，無(wú)須使用輔乳化劑、潤(rùn)濕劑具有配方簡(jiǎn)單，高密度條件下流變性好等特性。

2)無(wú)土相油基鉆井液與含土相鉆井液相比，高密度條件下塑性黏度、終切力低，降低了高密度鉆井液因黏切高誘發(fā)井漏的風(fēng)險(xiǎn)，可節(jié)省l0％基礎(chǔ)油。

3)油基鉆井液塑性黏度和動(dòng)切力隨著油水比的降低而升高，不同密度下的油基鉆井液選用不同的油水比。

4)無(wú)土相油基體系配方對(duì)基礎(chǔ)油的適應(yīng)性較廣，可廣泛應(yīng)用于合成基、礦物油基鉆井液。

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本文作者：張小平  王京光  楊斌  吳滿祥  王勇強(qiáng)

作者單位：低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院