新型抗高温水包油钻井液研究与应用

何瑞兵 范白涛 马英文 付建民 李晓刚

（中海石油（中国）有限公司天津分公司钻井部）

新型抗高温水包油钻井液研究与应用

何瑞兵 范白涛 马英文 付建民 李晓刚

（中海石油（中国）有限公司天津分公司钻井部）

针对渤海油田潜山地层压力控制钻井中水包油钻井液抗高温性、稳定性、可重复利用性不足等问题，通过优选抗高温乳化剂、增粘剂、降滤失剂等研制了新型抗高温水包油钻井液。室内评价结果表明，新型抗高温水包油钻井液具有良好的抑制性、润滑性、稳定性、抗污染性和油气层保护能力。根据JZ25－1S等油田潜山地层井中低温特性，为降低钻井液成本，对新型抗高温水包油钻井液配方进行了优化，取得了成功应用，可在渤海其他油田潜山地层中推广。

新型抗高温水包油钻井液 单剂优选 室内评价 潜山地层 现场应用

渤海油田潜山地层裂缝发育，地层压力系数低，采用常规钻井工艺和钻井液技术井漏风险严重，容易造成油气层损害，给勘探开发带来了很大的难度[1－2]。2006年在渤中28－1油田2口潜山地层井中采用压力控制钻井工艺技术和低密度水包油钻井液作业获得成功[3－4]，为渤海油田潜山油气藏的勘探开发找到了一把“金钥匙”，从此低密度水包油钻井液也成为海上低压易漏失油气藏压力控制钻井核心技术之一。然而，渤中28－1油田初次应用水包油钻井液虽成功解决了潜山油气藏钻井过程中的严重井漏问题，并且油气层保护效果显著，但在钻井作业中仍存在一些问题，主要有：①体系抗高温能力和稳定性不足，长时间静止后体系易变质，流变性变差，造成体系中的加重剂（石灰石粉）沉降，现场维护困难，甚至影响完井作业；②体系不能重复利用，成本较高，不利于渤海油田潜山地层的大规模应用。

因此，有必要对水包油钻井液进行全面改进，提高体系的抗温性、稳定性和可重复利用性，以满足潜山地层大规模勘探开发作业的需要。本文在调研水包油钻井液常用添加剂[5－6]基础上，优选了抗高温水包油钻井液乳化剂、增粘剂、降滤失剂等，室内评价了新型抗高温水包油钻井液性能，并在JZ25－1S等油田潜山地层井中进行了应用，取得了良好效果。

1 新型抗高温水包油钻井液单剂优选

1.1 抗高温乳化剂

水包油钻井液是一种热力学不稳定体系，影响其高温稳定性的最主要因素是乳化剂。国内外多选择HLB值介于8～18之间的水溶性表面活性剂作为水包油钻井液的主乳化剂，其亲水性大于亲油性，外相水化膜的厚度大于内相油溶剂化膜的厚度，但为了形成密堆复合膜和增强乳化效果，需要同时复配使用HLB值小于8的表面活性剂作为辅乳化剂。在渤中28－1油田应用的水包油钻井液中分别采用HTO－1和HTO－2作为体系的主、辅乳化剂，但存在抗高温性不足的问题，高温下长时间静置后容易变质[4]，为此选择多种乳化剂进行初选实验，实验方法是先在海水中加入乳化剂，高温搅拌后加入5号白油，油水比为3∶7，再高温搅拌20 min后倒入量筒中静置观察。实验结果见表1。

从表1实验数据可以看出，3%HTO－5、0.5%AES＋0.5%T80＋0.5%A－20、4%HTO－4、2%HWZR＋1.5%HWFR等作为水包油乳化剂时乳化能力较好。为了再进一步考察上述4种乳化剂的抗高温能力，实验中通过乳状液高温老化后的乳化能力强弱来评价乳化剂的抗温能力。评价方法是先将初选合格的乳化剂在150℃高温下老化16 h，再高温搅拌20 min后倒入量筒中静置观察。实验结果见表2。

表1 新型抗高温水包油钻井液乳化剂优选实验结果

由表2可以看出，2%HWZR＋1.5%HWFR作为乳化剂时抗高温性最好。分析认为，HWZR是在阴离子表面活性剂的疏水基和亲水基间嵌入了聚氧乙烯链，使其分子结构中同时带有阴离子基团和非离子基团而得到的阴－非离子表面活性剂，而HWFR是一种HLB值小于8的油溶性脂肪酸盐表面活性剂，2种改进后的乳化剂的乳化能力和抗高温能力都满足要求，可以通过复配形成密堆复合膜来显著增强钻井液的乳化效果和稳定性。由优选的抗高温乳化剂组成的水包油钻井液性能评价结果见表3。

表2 新型抗高温水包油钻井液抗高温乳化剂优选实验结果

表3 由优选的抗高温乳化剂组成的新型水包油钻井液性能评价实验结果

1.2 抗高温增粘剂

对PAC－HV、80A51、HPAM、YJD及疏水缔合物HVY等增粘剂进行了抗高温优选评价实验，结果见表4。

实验结果表明，疏水缔合物HVY在150℃下具有较好的稳定性，粘度和切力在高温后变化较小；相对于HVY，增粘剂YJD的抗温能力较差，但是YJD具有较低的塑性粘度和高的3转、6转值，可以考虑将其作为流型调节剂来提高水包油钻井液携岩能力，同时对乳状液的稳定性也有提高。因此，选择0.5%HVY作为新型水包油钻井液的抗高温增粘剂，YJD作为流型调节剂。

表4 新型抗高温水包油钻井液抗高温增粘剂优选实验结果

1.3 抗高温降滤失剂

常用的水包油钻井液降滤失剂是PAC、改性淀粉和改性沥青粉等，抗温能力不超过120℃。目前抗高温能力达150℃且适合于水包油钻井液的降滤失剂并不多，优选时还需考虑到降滤失剂与乳化剂和增粘剂之间的配伍性。因此，选择多种降滤失剂进行了评价，实验结果见表5。

抗高温降滤失剂HWFL属于AMPS和AM二元共聚体的聚合物，由于在分子中引入了磺酸基团和酰胺基，从而具有较强的抗高温、抗盐能力，具有显著降滤失效果，且与其它处理剂配伍性好，得到的水包油钻井液性能稳定，因此选择3%HWFL作为新型水包油钻井液的抗高温降滤失剂。

表5 新型抗高温水包油钻井液抗高温降滤失剂优选实验结果

2 新型抗高温水包油钻井液性能评价

2.1 基本性能

通过上述单剂筛选实验结果，确定的新型抗高温（150℃）水包油钻井液基本配方为：（V海水∶V5号白油（或气制油）＝7∶3）＋0.2%NaOH ＋0.15%Na2CO3＋2%预水化膨润土浆＋2%主乳化剂HWZR＋1.5%辅助乳化剂HWFR＋0.5%抗高温增粘剂HVY＋0.25%流型调节剂YJD＋3%HWFL＋1.5%SMP－2＋1.5%TEX＋1.5%SPNH。新型抗高温水包油钻井液基本性能见表6。

表6 抗高温（150℃）水包油钻井液性能评价实验结果

2.2 抑制性与润滑性

采用JZ25－1S油田的6～10目岩屑，称取50 g，加入到350 m L钻井液中，在150℃下老化16 h后过40目筛，筛余岩屑在105℃下烘干称重，计算热滚后岩屑回收率。防膨性评价实验时称取10 g岩样粉（过100目筛）在105℃下烘2 h，压制5 mm岩心，用页岩膨胀仪测量其16 h的膨胀量，实验结果见表7。实验结果表明，新型抗高温水包油钻井液能有效抑制岩屑水化分解和水化膨胀，抑制性强，防膨率高。

表7 新型抗高温水包油钻井液的岩屑回收率及膨胀率实验结果

另外，对新型抗高温水包油钻井液的润滑性能与其它几种常用的钻井液进行了对比评价（表8），润滑性能评价实验采用泥饼粘附系数仪测定。从表8对比实验结果可以看出，优选的新型抗高温水包油钻井液具有良好的润滑性能。

表8 新型抗高温水包油钻井液与其他钻井液润滑性能对比实验结果

2.3 稳定性

为了考察新型抗高温水包油钻井液的自身稳定性，150℃热滚后分别在以下实验条件下静置来拍摄考察：①玻璃瓶中常温静置；②玻璃瓶中80℃下静置；③老化罐中150℃下高温静置后开罐的情况。实验结果见表9。从表9实验结果可以看出，新型抗高温水包油钻井液具有较好的乳化稳定性，常温、80℃和150℃下静置均未发生明显的析油分层现象，说明所选择的各种添加剂及钻井液的抗高温能力满足150℃高温条件下的作业要求。

表9 新型抗高温水包油钻井液稳定性评价实验结果

2.4 抗污染性

通过在新型抗高温水包油钻井液中分别加入NaCl、MgCl2、CaCl2、劣质土、海水和原油，评价其热滚前后钻井液性能的变化，评价实验结果见表10。从表10可以看出，新型抗高温水包油钻井液抗各种无机盐、劣质土、海水和原油的能力很强，即使在150℃高温滚动后仍具有较好的流变性能、抗高温降失水性能和稳定性，满足各种污染条件下的钻井需要。

表10 新型抗高温水包油钻井液抗污染性评价实验结果

2.5 油气层保护评价

采用高温高压动态失水仪，按照SY/T6540－2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，在温度90℃、压力3.5 MPa条件下对2块人造岩心进行了动态滤失和油气层保护评价实验，实验结果见表11。从表11实验结果可以看出，2块岩心渗透率恢复值都在85%以上，累计动态滤失体积都很小，说明钻井液具有很好的封堵和保护油气层能力。

表11 新型抗高温水包油钻井液油气层保护评价实验结果

3 现场应用

JZ25－1S油田太古界潜山地层主要由二长片麻岩、斜长片麻岩、变质花岗岩基体与花岗岩侵入体两部分组成，储层具有孔、洞、缝并存，非均质性较高的双重介质特点，埋深1600～1950 m，属于正常温压系统，地层压力系数1.02～1.09，岩性致密，井壁稳定。由于其地层静温在70～75℃，为降低钻井液成本，提高体系针对性，对新型抗高温（150℃）水包油钻井液配方进行了优化，不加入2%的膨润土浆和0.5%HVY增粘剂，得到了中低温水包油钻井液体系，进一步提高了油层保护效果（表12）。

采用上述中低温水包油钻井液配方在JZ25－1S油田A18、A31和A35S等3口潜山地层井中进行了现场应用。A18井φ215.9井眼采用密度1.03 g/cm3的水包油钻井液配合压力控制钻井工艺开钻，整个钻进过程中钻井液各项性能稳定，顺利钻进至完钻井深2270 m，钻井液密度1.05 g/cm3。A31井和A35S井都采用A18井剩余大约180 m3的水包油钻井液，采用振动筛和离心机循环处理，降低钻井液密度至0.99 g/cm3后开钻，同时配制约40 m3的水包油钻井液新浆进行维护，2口井完钻时钻井液密度1.02 g/cm3，整个钻井过程中钻井液各项性能稳定，钻进过程安全顺利。返排投产时3口井都获得高产油气流（表13），油气层保护效果显著。

表12 中低温水包油钻井液性能评价实验结果

表13 JZ25－1S油田3口潜山地层井投产产量

上述3口井钻井作业结束后，剩余的超过200 m3水包油钻井液老浆在泥浆池中放置了近半年，随后送至CFD18－1油田，在其A1H井和A2 HS井潜山井段进行三开作业，钻井过程中钻井液各项性能满足钻井作业要求，而且油气层保护效果显著，返排的油气产量超过配产的2倍。CFD18－1油田A1 H井和A2HS井钻井作业结束后将剩余的老浆再次用船返送回JZ25－1S油田A平台泥浆池中存储，进行简单处理后继续在该油田后续的十多口潜山地层井中进行了大规模重复应用，钻井液各项性能良好，大幅度节约了该油田潜山地层钻井的钻井液成本。

4 结论

（1）研制的新型抗高温水包油钻井液性能稳定，长时间存放后仍可重复利用，成本较低，体系较成熟，对渤海油田潜山地层大规模勘探开发具有重要意义。

（2）JZ25－1S等油田现场应用效果表明，所研制的新型水包油钻井液抗温性能更好，流变性易调节，现场配制维护方便，油气层保护效果显著，可在渤海其他油田潜山地层中推广应用。

[1] 张国良，邓辉，李颖，等.基岩潜山是渤海天然气勘探的重要领域[J].中国海上油气，2004，16（4）：222－229.

[2] 李玉光，曹砚锋，何保生.潜山储层损伤因素分析及钻井液技术对策探讨——以渤中28－1、涠洲6－1油田及锦州25－1S油气田为例[J].中国海上油气，2005，17（6）：403－407，420.

[3] 梁文利，赵林.欠平衡钻井无粘土相海水水包油钻井液研究[J].中国海上油气，2008，20（2）：121－123.

[4] 何瑞兵，李立宏，李刚，等.水包油钻井液在BZ28－1油田潜山地层的研究和应用[J].钻井液与完井液，2008，25（3）：32－35，85－86.

[5] 张高波，徐家良，史沛谦，等.抗高温低密度水包油钻井液在文古2井的应用[J].钻井液与完井液，2002，19（3）：33－35，57.

[6] 马勇，崔茂荣，孙少亮.水包油钻井液国内研究应用进展[J].断块油气田，2006，13（1）：4－6，89.

Study and application of the new high temperature tolerance oil－in－water drilling fluid

He Ruibing Fan Baitao Ma Yingwen Fu Jianmin Li Xiaogang
（Drilling Department of Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin，300452）

To solve the scarce of high temperature tolerance，stability and recycle of oil－in－water drilling fluid used in burial hill formation pressure control drilling in Bohai Sea，a new high temperature tolerance oil－in－water drilling fluid is studied by optimizing high temperature tolerance emulsifier，viscosifier and fluid loss agent.The laboratory evaluation results show that the new high temperature tolerance oil－in－water drilling fluid has well rejection，oiliness，stability，pollution tolerance and oil ＆ gas formation protection.For adapting to medium and low temperature in burial hill formation in JZ25－1S oilfield，the new high temperature tolerance oil－in－water drilling fluid has been optimized and applied successfully so as to decline drilling fluid cost.The new oil－in－water drilling fluid can spread to other oilfields in Bohai Sea.

the new high temperature tolerance oilin－water drilling fluid；agent optimize；laboratory evaluate；burial hill formation；field application

何瑞兵，男，工程师，2002年毕业于原西南石油学院油气井工程专业，获硕士学位，目前主要从事钻井液技术研究与应用工作。地址：天津市塘沽区渤海石油路688号501信箱（邮编：300452）。

2011－01－24改回日期：2011－04－22

（编辑：孙丰成）