油基钻井液用乳化剂标准现状与探讨

胡静 颜娟 刘智敏

摘 要：油基钻井液是我国非常规油气勘探开发的重要技术支撑，乳化剂是油基钻井液体系的关键处理剂。针对现有油基钻井液处理剂产品繁杂、缺乏统一的标准、标准功能性指标不能满足现场使用需求的问题，调研了49项现有油基钻井液用乳化剂标准。结合现场实际需求，分析了标准中测试项目的适用性。收集27种乳化剂样品，测试各项目数据，提出了标准指标推荐范围，为乳化剂统一标准的制定提供了参考，将促进油基钻井液产品质量提高，有利于标准化、规范化管理和技术推广。

关键词：油基钻井液，乳化剂，标准

0 引 言

随着能源需求的增加，以页岩气、致密气和超深井为代表的非常规油气资源开发逐年增多，成为我国重要的战略能源接替。油基钻井液因相较于水基钻井液，在抑制性、润滑性和抗污染能力方面的性能优势，被广泛应用于复杂地质条件和水平井等工艺井勘探开发。油基钻井液处理剂是形成性能良好的油基钻井液体系的基础，主要包括乳化剂、降滤失剂、增黏剂、封堵剂和有机膨润土等系列处理剂产品。目前，油基钻井液处理剂数量达到200多种，90% 使用的是各个生产企业制定的企业标准，不同企业供应商油基钻井液体系和处理剂繁杂、混乱，缺乏统一的标准，增大了钻探工程公司的使用和选择难度。同时各钻井液技术服务施工单位普遍反映，企业产品标准中功能性指标不能很好地满足现场使用需求，处理剂标准质量还有待提高。

因此，有必要深入开展油基钻井液处理剂评估，制定行业统一处理剂标准，满足目前国内主要应用区域使用需要，促进油基钻井液处理剂的产品质量提高，便于集中采购、工厂化作业配制和区域模块化技术推广应用，提高我国整体钻井液规范化程度和技术水平，更好地保障非常规油气资源勘探开发[1-2]。

乳化剂是油基钻井液核心处理剂，促使油水两相均匀分散并形成稳定的乳液结构，防止液体分相和沉积，确保钻井液的性能稳定。因此乳化剂对控制油基钻井液性能质量起到至关重要作用，有必要开展乳化剂标准深入研究，详细评估目前国内市场现有各企业乳化剂标准检测项目、检测方法、技术指标等，为制定统一标准提供有益借鉴[3-4]。

1 油基钻井液用乳化剂标准现状

1.1 油基钻井液用乳化剂类型

按现有市面上的油基钻井液用乳化剂产品类型分类，主要分为复合乳化剂和分体式乳化剂。其中，分体式乳化剂由主乳化剂、辅乳化剂组成。主乳化剂是用于将水分散为微小水滴并与主乳形成稳定乳化体系的化学剂。辅乳化剂是用于增强油基钻井液乳化体系稳定性和乳化性能的化学剂。复合乳化剂则是将主乳化剂、辅乳化剂和润湿剂根据性能需求，按比例混合出厂使用。两种产品类型各有优势，复合乳化剂配制操作简单，便于对性能需求明确的成熟区域大规模推广应用。分体式乳化剂在现场进行各处理剂的配比调整，方便钻遇高压、高含硫、井漏等地质情况不明或复杂工况时，处理钻井液性能，同时对使用者的技术水平也有一定要求。

按乳化剂化学组分分类，分为非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和聚合物稳定剂。非离子表面活性剂是乳化剂中常用的一类表面活性剂。它们的化学成分可以是聚氧乙烯链或聚氧乙烯聚氧丙烯链等。非离子表面活性剂在油水界面上降低表面张力，促进油和水的混合。它们的化学成分可以是聚氧乙烯链或聚氧乙烯聚氧丙烯链等。阳离子表面活性剂也可以用于油基钻井液乳化剂中。它们的化学成分包括胺盐类化合物或季铵盐类化合物等。阴离子表面活性剂在某些情况下也可以用作乳化剂的组成部分。常见的阴离子表面活性剂包括脂肪酸皂、磺酸皂类等。聚合物稳定剂是用于增强乳化体系稳定性的一类化学成分。常见的聚合物包括聚丙烯酰胺、聚合酰胺类化合物等。

阴离子型乳化剂要求在碱性或中性条件下使用。在使用多种乳化剂配制乳状液时，这类乳化剂可以互相混合使用，也可与非离子型乳化剂混配使用[5]。

1.2 乳化剂性能指标

通过收集国内油基钻井液乳化剂现行标准，统计1项钻井液乳化剂石油行业标准（见表1）、3项复合乳化剂企业标准（见表2）、22项主乳化剂企业标准（见表3）和23项辅乳化剂企业标准（见表4），涉及的檢测项目可分为两类，一类是理化指标，包括：外观、闪点、倾点等 ；另一类是钻井液功能性指标，包括 ：破乳电压、乳化率、常温下和高温老化后的表观黏度、塑性黏度等。

2 乳化剂标准的适用性分析

通过收集主（复合）乳化剂样品15个、辅乳化剂样品12个，开展处理剂性能评价，在符合国家法律法规和行业标准的前提下，遵循“油基钻井液用乳化剂标准性能指标应该满足生产需求，标准检测方法尽量操作简便可行”的原则下，对各项标准指标进行筛选，建议检测以下项目及指标范围。

2.1 外观

油基钻井液乳化剂外观，通过目测观察，普遍呈油状粘稠液体，颜色呈棕红色、棕黄色、褐色等。

2.2 密度

乳化剂的密度按国标GB/T 16783.2《石油天然气工业 钻井液现场测试 第 2 部分：油基钻井液》[6]规定的方法进行测定。将密度计底座放在一水平面上，将待测样品注入到洁净、干燥的密度计杯中，把杯盖盖在注满样品的杯上，旋转杯盖至盖紧，保证样品从杯盖小孔中溢出以便排出混入样品的空气；将杯盖表面及杯身擦拭干净。然后将臂梁放在底座的刀垫上，沿刻度移动游码使之平衡，在水准泡位于中心线下时即已达到平衡；最后在靠近杯一边的游码边缘读取样品密度值，精确到0.01 g/cm3。如图1、2所示，样品主乳化剂的密度范围为：0.85～0.96 g/cm3；辅乳化剂的密度范围为：0.90～0.97 g/cm3，因此建议确定密度指标范围为 0.85～0.97 g/cm3。

2.3 闪点

闪点，是化工产品存储、运输的重要安全指标。按照GB/T 261《石油产品闪点测定法（闭口杯法）》[8]规定的方法进行测定。于BBS-800型全自动闭口闪点测定仪中倒入乳化剂；放入加热器内，修改样品的预置闪点和执行标准，将样品加入样品杯内的刻度线处，并将样品杯放入加热炉内；确认仪器参数正确后，自动开始测定。待仪器测定完成后，自动打印闪点值，并报警提示，测试样品闪点完成。见表5，主乳化剂的闪点范围为：86～126℃。辅乳化剂的闪点范围为：84～112℃。根据两项关于化学品管理国家标准规定：GB 13690《化学品分类和危险性公示通则》[9]和GB 20581《化学品分类、警示标签和警示性说明 安全规范易燃液体》[10]，闪点≤93℃属于易燃液体，闪点大于60℃且闪点不大于93℃属于4类易燃液体。易燃液体在现场仓储使用中要求更严格。结合产品实际检测情况，建议确定闪点范围为大于等于80℃。

2.4 倾点

倾点，按照GB/T 3535《石油产品倾点测定法》[11]。将试样在不搅拌的情况下，放入已保持在高于预期倾点12 ℃，至少48 ℃的浴中，将试样加热到45 ℃或高于预期倾点9 ℃（选择较高者）。将试管转移到已维持在24 ℃+1.5 ℃的浴中。取出观察试样的流动性，充分倾斜以确定试样是否流动。

当试样不流动时，将试管放回浴中，待再降低3 ℃时，重新观察试样的流动性。直至试样在水平位置5s不移动，记录此时观察到的温度计读数。如表6所示，主乳化剂的倾点范围为：-34～-6℃。辅乳化剂的倾点范围为：-30～-4 ℃。倾点指标的设置，是为了满足现场冬季施工操作可行。国内冬季现场各区块施工温度差异性较大，建议按照各地实际情况确定范围。

2.5 破乳电压

乳化剂的破乳电压指标是决定油基钻井液的电稳定性的功能性指标之一。通过对现有油基钻井液现场试验区块的实际工程需求调研，确立了页岩气区块150℃、超深井区块180℃的破乳电压测试方法。分别称取16g油基钻井液用乳化剂（主、辅乳化剂按生产商比例均匀混合）于高搅杯中，加入320 mL 5#白油，高搅10 min（11，000r/min），加入8.0g有机土，继续11，000 r/min高速搅拌 10 min 。加入80mL蒸馏水， 11，000 r/min高速攪拌 30 min，将配制好的乳状液转入高温陈化釜中，在 150 /180℃ 下滚动 16 h，冷却至室温，高搅 15 min（11，000 r/min），继续3000 r/min高速搅拌 5 min，测试浆体50±2℃下的破乳电压。如图3、4所示，150℃热滚后破乳电压值范围为285～785V，180℃热滚后破乳电压值范围为38～857V，建议标准确定范围为大于400V。

2.6 表观黏度

乳化剂的表观黏度是决定油基钻井液流变性的又一个重要功能性指标。分别称取16g油基钻井液用乳化剂（主、辅乳化剂按生产商比例均匀混合）于高搅杯中，加入320 mL 5#白油，高搅10 min（11，000r/min），加入8.0g有机土，继续11，000 r/min高速搅拌 10 min 。加入80mL蒸馏水， 11，000 r/min高速搅拌 30 min，将配制好的乳状液转入高温陈化釜中，在 150 /180℃ 下滚动 16 h，冷却至室温，高搅 15 min（11，000 r/min），继续3000 r/min高速搅拌 5 min，测试浆体50±2℃下的表观黏度。如图5、6示，测试结果，结合现场油基钻井液携砂性、可泵性等流变指标需要，推荐150℃表观黏度小于35，推荐180℃表观黏度小于40。

3 结论及建议

针对市面上现有油基钻井液用乳化剂包含分体式主乳化剂、分体式辅乳化剂和复合乳化剂的现状，结合现场实际需求，根据收集的样品测试数据分析，建议外观、密度、闪点、倾点作为理化指标方面的测试项目，使用同一套技术指标和试验方法评价主乳化剂、辅乳化剂和复合乳化剂；建议分别150℃和180℃热滚后考察破乳电压、表观黏度作为功能性指标方面的测试项目。

建议油基钻井液用乳化剂指标：外观为油状粘稠液体；密度范围在0.85～0.97g/cm3，闪点大于80℃；倾点按需求设置；破乳电压分别按150℃和180℃热滚后测试，均大于400V；150℃热滚后表观黏度小于35，180℃热滚后表观黏度小于40。部分地区如：四川盆地下川东区块、塔里木盆地大北区块，会使用油基钻井液应对巨厚膏盐层的情况，可考虑进一步考察评价乳化剂抗污染方面的性能指标。

随着环境保护意识的增强，研发环境友好型的乳化剂已经成为新的需求趋势。可研究乳化剂标准的生物毒性和降解性指标，促进环保处理剂的技术进步。

参考文献

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