水包油鉆井液體系配方的室內研究

王 斐

（遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

水包油鉆井液是將一定量的油分散在淡水或不同礦化度的鹽水中，形成的一種以水為連續相、油為分散相的無固相水包油乳狀液。其組分除水和油外，還有增粘劑、降濾失劑和乳化劑等[1]。水包油鉆井液既保持了水基鉆井液的特點，又具備了油基鉆井液的特點，主要用于解決一些低孔低滲、縫洞發育易井漏、地層壓力系數低的儲層保護問題和深井欠平衡技術難題[2]。為了解決靜北地區古潛山油藏的井漏和油層損害問題，遼河油田于20 世紀80 年代末開始研究應用水包油鉆井液[3]。隨著遼河油田欠平衡鉆井數量的不斷增加，水包油鉆井液的使用規模將會越來越大，因此有必要對水包油鉆井液體系配方進行室內研究。

1 水包油鉆井液處理劑的優選

1.1 基礎油的選擇

動物油、植物油和礦物油都可作為水包油鉆井液的基礎油。礦物油來源廣泛、經濟，配制的水包油鉆井液性能好，應用最廣泛。礦物油中應用最多的是柴油和白油。低毒或無毒水包油鉆井液與柴油基鉆井液并沒有本質區別，其主要區別是配制鉆井液所用的基礎油不同，低毒或無毒鉆井液一般用的是白油。柴油中芳烴組份含量高，對海洋生物毒性大，而白油中芳烴組份含量低，具有低毒或無毒[4]，且熒光級別較低。由于白油價格較高，在沒有毒性和熒光指標限制的條件下，一般常用柴油作為基礎油。考慮到價格及來源等因素，最后選定零號柴油作為基礎油。

1.2 乳化劑的優選

水包油乳化鉆井液是一種熱力學不穩定體系。影響其穩定性的最主要因素是乳化劑[5]。乳化劑分子作用力大，界面強度高，乳狀液越穩定[6]。乳化劑是決定形成何種類型乳狀液的最重要因素，它的正確選擇是所形成乳狀液體系穩定的關鍵。

根據膠體化學理論，乳化劑的HLB 值（親水親油值）必須在8～18 才能形成穩定的水包油型乳狀液。試驗選擇油水比60:40，乳化劑依據經驗加量為6 %，選用4 種乳化劑配制成水包油乳狀液，常溫條件和150 ℃高溫滾動24 h 后冷卻至室溫，然后分別倒入50 mL 的量筒中，進行靜止觀察，靜止時間為5 d，試驗結果（見表1）。

從靜止穩定性評價結果可以看出，常溫條件下4種乳化劑配置的乳狀液穩定性都較好；但在抗溫指標上，LHRⅡ乳化劑的乳化效果是最好的，SE-30 乳化劑次之。因此選擇LHRⅡ作為乳化劑。

1.3 增粘劑的優選

增粘劑除了起增粘作用外，還往往兼作頁巖抑制劑、降濾失劑及流型改進劑。因此，使用增粘劑常常有利于改善鉆井液的流變性，也有利于井壁穩定。

選用水溶性高分子量聚合物作為水包油鉆井液的增粘劑，提高乳狀液分散介質的粘度，減慢分散相液珠的運動速度，提高水包油鉆井液的穩定性。不同高分子量聚合物在一定的乳狀液中的提粘效果是不同的，形成的乳狀液穩定性也有所差異[5]。

對FRJ-Ⅱ、XC、80A51 和FA368 四種增粘劑進行了優選試驗。試驗所用的基漿配方為：油水比60:40，乳化劑LHRⅡ加量為6 %，再加入少量的KOH，使體系的pH 值為9～10。根據增粘劑加量試驗初步選定增粘劑加量為0.5 %。常溫條件和150 ℃高溫滾動24 h 后冷卻至室溫，然后進行流變性測定，試驗結果（見表2）。

從表2 的試驗結果可以看出，在相同的條件下，增粘劑80A51 的增粘效果和抗溫能力都是最好的。用80A51 配置的乳狀液具有較高的粘度和切力、較好的流變性，因此選擇80A51 作為增粘劑。

表1 靜止試驗結果

表2 不同增粘劑對體系性能的影響

1.4 其它基本材料的優選

SMP-Ⅱ是磺甲基酚醛樹脂，是一種抗高溫降濾失劑，降失水效果明顯，還能改善濾餅的潤滑性，對井壁有一定的穩定作用。SMP-Ⅱ的抗溫能力為150 ℃～200 ℃。

SAS 是磺化瀝青，水化作用強，有一定的抑制性，能阻止頁巖的水化分散，同時不溶于水的部分又能填充孔喉和封堵裂縫，并可覆蓋在頁巖表面，改善泥餅質量。SAS 還有潤滑和降低高溫高壓濾失量的作用，是一種多功能的有機處理劑[1]。

DYF 是超低滲透劑，能在泥餅上形成一層致密的保護膜，顯著地降低泥餅的滲透率，從而有效地降低濾失量。DYF 還具有一定的提粘作用，可以增加水包油鉆井液的外相粘度，使水包油鉆井液的乳化穩定性得以增強[4]。

KOH 是堿度控制劑，可以調節整個體系的酸堿度。同時鉀離子可以抑制泥頁巖的水化、分散和膨脹，對穩定井壁具有較好的作用。

2 水包油鉆井液配方的研制

針對深井對鉆井液抗溫能力要求較高，欠平衡鉆井對鉆井液的特殊要求等特點，在優選了乳化劑、增粘劑和其它處理劑的基礎上，開展了水包油鉆井液體系配方的室內研究。用上述選定的試驗材料，參考以往該類處理劑的使用加量，調整各種材料的配比進行了配方研制，最終確定了水包油鉆井液體系的配方，該配方為：

35 %～75 %清水+4 %～7 %LHRⅡ+65 %～25 %柴油+0.5 %～1 % 80A51+1 %～2 %SMP-Ⅱ+1 %～2 %SAS+2 %～3 % DYF +0.02 %～0.05 % KOH。

水包油鉆井液的配制方法是：按照配方比例，先往攪拌機里加入清水，在低速攪拌的條件下，慢慢加入乳化劑，要將其首先在水中充分溶解，完全發揮作用，以達到最好的乳化效果[7]，再按比例加入柴油，充分攪拌至呈乳白色后，再依次按照配方比例加入增粘劑、降濾失劑、超低滲透劑和KOH 等，攪拌均勻即配成了水包油鉆井液。

3 水包油鉆井液體系性能評價

3.1 抗溫性評價

室內按照水包油鉆井液配方配制出油水比為60:40 的水包油鉆井液，高速攪拌10 min 后測其流變性和API 濾失量，然后裝入老化罐中，在不同溫度下熱滾24 h 后，再冷卻至室溫，移入攪拌罐中高速攪拌5 min，測其流變性和API 濾失量。試驗測定結果（見表3）。

從表3 的抗溫性評價結果可以看出，室內配制的水包油鉆井液具有較好的流變性，較強的乳化穩定性，高溫后油水不分層，具有較合適的靜切力，懸浮能力強，API 失水較低，抗溫能力達到160 ℃。

3.2 抗污染能力評價

由于地層中可能含有油、氣、水，而且在鉆井過程中，還會不斷產生鉆屑。即使配備了很好的固控設備，也很難將鉆屑清除掉。所以在鉆井過程中，鉆井液很容易受到原油、地層水、鉆屑、粘土等污染物的污染，如果是在欠平衡狀態，這種情況則更為嚴重[8]。因此在室內對水包油鉆井液的抗污染能力進行了評價。

表4 的抗污染能力評價結果表明，配置的水包油鉆井液具有一定的抗污染能力，在受到土侵、水侵、油侵和鉆屑污染等復雜條件下，能滿足正常鉆井施工的需要。

4 認識與結論

（1）試驗優選的LHRⅡ乳化劑不僅乳化能力較強，而且抗溫性能較好。

表3 水包油鉆井液抗溫性評價

表4 水包油鉆井液抗污染能力評價

（2）通過室內試驗研制的水包油鉆井液體系配方為：35 %～75 %清水+4 %～7 %LHRⅡ+65 %～25 %柴油+0.5 %～1 % 80A51+1 %～2 %SMP-Ⅱ+1 %～2 %SAS+2 %～3 %DYF +0.02 %～0.05 % KOH。

（3）研制的水包油鉆井液配置簡單，具有較好的流變性、較強的穩定性和較低的慮失量等特點，抗溫能力達到160 ℃，具有一定的抗土侵、水侵、油侵和鉆屑污染的能力，能夠滿足鉆井施工的要求。

［1］ 鄢捷年.鉆井液工藝學［M］.中國石油大學出版社，2006.

［2］ 馬勇，崔茂榮，孫少亮，等.水包油鉆井液國內研究應用進展［J］.斷塊油氣田，2006，13（1）：4-6.

［3］ 劉榆.水包油型乳化完井液的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，1989，6（4）：62-66.

［4］ 徐媛媛，高崗，王保剛，等.水包油鉆井液體系配方優選的試驗研究［J］.石油化工應用，2009，28（5）：27-31.

［5］ 錢殿存，王晴，王海濤，等.水包油鉆井液體系的研制與應用［J］.鉆井液與完井液，2001，18（4）：3-6.

［6］ 左鳳江，等.低密度水包原油鉆井液的應用［J］.鉆井液與完井液，1996，13（5）：35-37.

［7］ 孫玉學，王春嬌，于興東，等.水包油鉆井液乳化穩定性影響因素研究［J］.西部探礦工程，2011，23（7）：31-33.

［8］ 范振忠，趙恒.水包油鉆井液抗污染性室內評價［J］.科學技術與工程，2011，11（1）：135-137.