抗高温高密度柴油基油包水钻井液主要性能影响因素分析

褚会丽，李 伟，张茂欣

(1.河北石油职业技术大学，河北 承德 067000；2.西安石油大学，陕西 西安 710065；3.北京石大胡杨石油科技发展有限公司，北京 102249)

1 引言

与水基钻井液相比，油基钻井液具有抑制性强、润滑性好、热稳定性好、抗污染能力强、防腐性能佳等优点，目前已成为钻探复杂深井/超深井、高温高压井、水平井/大位移井和强水敏性泥岩、大段含盐膏地层等复杂地层的首选工作液[1-2]。柴油基油包水钻井液是以柴油为连续相、盐水为分散相，并添加乳化剂、亲油胶体以及加重剂等处理剂所形成的稳定的乳状液体系，该钻井液体系中处理剂种类多，各处理剂间的相互作用及加量配比都影响着整个体系性能的变化。由于单因素法评价周期长、工作量大，不能综合考虑各处理剂之间的交互作用，为此笔者选用正交试验法开展实验，研讨柴油基油包水钻井液主要性能的影响因素。

2 室验部分

2.1 实验仪器和材料

1)仪器：泥浆高速搅拌器、六速旋转黏度计、泥浆杯加热套、钻井液密度计、电子天平、高温高压滤失仪、高温滚子炉、电稳定性测试仪、陈化釜。

2)材料：0#柴油，无水氯化钙，HY-1#主乳，HY-1#辅乳，HY-1#润湿剂，有机土300D，降滤失剂氧化沥青，氧化钙，重晶石粉(产地四川，密度4.2 g/cm3)等，均为工业级产品。

2.2 实验配方

X mL 0#柴油+ X%主乳+ X%辅乳+ X%润湿剂+X mL(25%)CaCl2溶液+ X%有机土+ X%降滤失剂+ X%氧化钙+重晶石(4.2 g/cm3)，加重至1.8 g/cm3，150 ℃热滚16 h。

2.3 正交试验设计方案

本实验考虑10个影响因素，选用L27(313)正交表进行试验方案设计，其中A×B、A×C、A×D三对交互作用只占列，不需要水平设计。

表1 因素水平表

3 结果与讨论

3.1 正交试验结果处理

本文采用极差分析法[3-4]处理试验结果，从而得到因素主次顺序、最优方案等。

3.2 柴油基钻井液乳化稳定性影响因素分析

从表2可以得出，显著影响破乳电压的因素是：辅乳化剂加量、油水比、主乳化剂与润湿剂交互作用、主乳化剂加量。辅乳化剂加量增大、ES增大；油水比增大、ES先平稳后迅速增加；主乳化剂加量增大、ES稍降之后再增大。从表3可以得出，主乳加量少取一水平时、搭配润湿剂二水平可以获得较优的ES，润湿剂加量少取一水平时、搭配主乳三水平可以取得较优的ES。

表3 主乳与润湿剂交互二元表(ES)

本实验中辅乳化剂对钻井液体系的乳化稳定性影响最大，这是因为HY-1#为磺酸盐类乳化剂，在钻井液中部分辅乳化剂钙化变为高价金属皂，起到了主乳化剂、辅乳化剂双重作用。

3.3 柴油基钻井液流变性影响因素分析

从表2可以得出，显著影响流变性能的共同因素是有机土加量和油水比。由图1可得：随着有机土加量的增大，流变参数都呈增大趋势；由图2可得：随着油水比的增大，塑性黏度与动切力呈减小趋势，初切力与终切力则是先减小后稍微增大。

图1 有机土加量对流变参数的影响

图2 油水比对流变参数的影响

3.4 柴油基钻井液高温高压滤失性影响因素分析

从表2可以得出，影响高温高压滤失量的显著因素是主乳加量、油水比、主乳润湿剂交互作用；主乳化剂加量越大、FLHTHP越小，油水比越大、FLHTHP越大。因此，当降滤失剂在正常加量条件下，通过调整主乳化剂加量和油水比即可获得良好的高温高压滤失性能。

从表4可以得出，主乳加量取一水平时、润湿剂加量取二水平可以获得较低的FLHTHP，主乳加量取二水平时、润湿剂加量取三水平可以获得较低的FLHTHP，主乳加量取三水平时、润湿剂加量的任意水平都满足要求。

表4 主乳与润湿剂交互二元表(FLHTHP)

4 结论

(1)油水比是影响柴油基钻井液各项性能的主要因素，在其它处理剂一定的情况下，油水比越大，钻井液体系乳化性能越稳定、流变参数越小、高温高压滤失量越大。

(2)主乳化剂与润湿剂交互作用既影响柴油基钻井液乳状液稳定性，也影响柴油基钻井液高温高压滤失性；主乳化剂加量取0.6%搭配润湿剂加量1.2%、主乳化剂加量取1.6%搭配润湿剂加量0.7%～1.7%均能获得较高的破乳电压、较低的高温高压滤失量。

(3)通过正交实验得出抗150 ℃密度1.80 g/cm3柴油基油包水钻井液最佳配方：240 mL 0#柴油+1.6%HY-1#主乳化剂+(1.4%～1.9%)HY-1#辅乳化剂+(0.7%～1.7%)润湿剂+60 mL(25%)CaCl2溶液+(1.5%～2%)有机土300D+4.5%氧化沥青类-降滤失剂+1.5%氧化钙+重晶石(4.2 g/cm3)加重至所需密度。