抗低溫油基鉆井液在遼河油區的研究與應用

摘 " " "要： 遼河油區冬季低溫對油基鉆井液的有機土成膠率以及流變性能會造成很大的影響，導致施工不順利而影響鉆井進度。因此為滿足遼河油區冬季鉆井需求，通過篩選抗低溫油基鉆井液基礎油、乳化劑以及有機土，建立了新型抗低溫油基鉆井液配方：基礎油+4%乳化劑+CaCl2溶液+3%有機 " " "土+4%CaO+3%超細碳酸鈣+3%降濾失劑+0.5%潤濕劑+重晶石。同時對其性能進行了室內評價。結果表明：新型抗低溫油基鉆井液體系在-20 ℃情況下流變性較好；靜置24 h，仍保持流動性；具有較強的抗污染性能。現場應用結果表明，抗低溫油基鉆井液性能穩定，具有較強的抗低溫能力。

關 "鍵 "詞：油基鉆井液；抗低溫；流變性

中圖分類號：TE254 " " " 文獻標識碼： A " " "文章編號： 1004-0935（2023）04-0525-04

遼河油區包含遼河盆地內的全部油田，是我國油氣資源富集區域之一。油基鉆井液由于其強抑制性、高潤滑性等諸多優點，在遼河油區鉆井過程中得到廣泛的應用[1-5]。但是由于遼河油區屬于東北地區，一年當中從11月到次年3月歷時5個月都屬于冬季。遼寧省冬季平均氣溫為5～6 ℃，目標區塊最低氣溫達到-32.9 ℃。而低溫對油基鉆井液的有機土成膠率以及流變性能會造成很大的影響，導致施工不順利而影響鉆井進度。本文篩選抗低溫基礎油以及配套乳化劑和有機土，建立了抗低溫油基鉆井液體系，并順利完成S224平臺油基鉆井液冬季 " 施工[6-7]。

1 "存在的問題

1.1 "有機土成膠率低

有機土是油基鉆井液中的重要組成部分，它不僅能夠提高油基鉆井液體系的黏度以及切力，同時又能提高鉆井液的失水造壁性能，對油基鉆井液的穩定性有著很大的影響。而有機土成膠率，是評價有機土在基礎油中的分散性能的唯一參數。有機土成膠率越高，油基鉆井液體系越穩定。

圖1為兩種有機土在不同溫度下的成膠率。實驗結果表明，溫度越低，成膠率越低，當溫度在室溫20 ℃左右時，可以達到90%以上，而在-20 ℃時就會降低到80%左右。

1.2 "鉆井液流變性

油基鉆井液的分散相主要為油，而油在低溫下會逐漸出現冷凝的狀態。如果溫度接近油的析蠟點，不僅不能很好地將有機土以及其他處理劑分散，還會產生一些結晶物，嚴重影響油基鉆井液的流變性能。

鉆井液的流變性能是由表觀黏度、塑性黏度、動切力、靜切力等一系列參數來表述和定義。而油基鉆井液的黏度和切力都會隨著溫度的降低而逐漸增大，增加到一定程度會逐步喪失流動性，甚至成為膠體。

2 "抗低溫油基鉆井液配方的確定

抗低溫油基鉆井液最主要的影響成分以基礎油、乳化劑以及有機土為主，本文通過室內評價，優選抗低溫用基礎油、乳化劑以及有機土，最終確定每種處理劑的加量，建立抗低溫油基鉆井液 " 配方。

2.1 "基礎油的確定

基礎油是油基鉆井液的分散相，直接關系到油基鉆井液的各種性能。本文優選了4種不同的基礎油（ DBN-70、DBN-80、DBN-27、DBN-100）進行低溫實驗對比，考察鉆井液體系在-20 ℃時的流變性能，優選出適合冬季施工的基礎油。

配方為：（油水比85∶15）基礎油+4%乳化 " "劑+CaCl2溶液+3%有機土+4%CaO+3%超細碳酸鈣+3%降濾失劑+0.5%潤濕劑+重晶石（ρ=1.65g·cm-3）。

實驗結果表明，以DBN-80為基礎油配制的鉆井液在低溫情況下流變性能最好，可流動且黏度、切力最低。

2.2 "乳化劑的確定

油基鉆井液體系加入乳化劑之后，會形成一層界面膜，從而有效降低油基鉆井液的表面自由能，能夠使處理劑更好的在體系中分散，形成更加穩定的結構，改善鉆井液的各項性能。

本文優選了4種乳化劑，分別為：TJ-1、HTL、AH-1、LHRH。在基礎油為DBN-80，乳化劑加量為4%的情況下，考察不同乳化劑在低溫下的性能。

配方為：（油水比85∶15）基礎油+4%乳化 " "劑+CaCl2溶液+3%有機土+4%CaO+3%超細碳酸鈣+3%降濾失劑+0.5%潤濕劑+重晶石（ρ=1.65g·cm-3）。

實驗結果表明，鉆井液體系在加入乳化劑HTL后，流變性最佳，可流動且黏度、切力最低。

乳化劑雖然能夠改善鉆井液的性能，但是如果加量過大會使鉆井液體系黏度變大，而加量過小，會造成油水分離，無法形成乳狀液。表3為不同加量的乳化劑HTL對鉆井液流變性的影響。

配方為：（油水比85∶15）基礎油+乳化劑+CaCl2溶液+3%有機土+4%CaO+3%超細碳酸鈣+3%降濾失劑+0.5%潤濕劑+重晶石（ρ=1.65 g·cm-3）。

實驗結果表明，乳化劑HTL加量在4%的情況下，鉆井液體系穩定，無破乳、無析油。

2.3 "有機土的確定

有機土作為親油膠體，能夠直接影響油基鉆井液的流變性以及濾失性能。本文優選了4種有機土，分別為：HK-1、AHLH、TJJY、GWDC-GEL。在基礎油為DBN-80、乳化劑加量為4%的情況下，考察不同有機土在低溫下的性能。

配方為：（油水比85∶15）基礎油+4%乳化 " "劑+CaCl2溶液+3%有機土+4%CaO+3%超細碳酸鈣+3%降濾失劑+0.5%潤濕劑+重晶石（ρ=1.65g·cm-3）。

實驗結果表明，鉆井液體系在加入有機土HK-1后，流變性最佳，可流動且黏度、切力最低。

有機土的加量對鉆井液體系的性能影響也非常大，表5為不同加量有機土對鉆井液體系流變性的影響。實驗結果表明，有機土加量在3%的情況下，鉆井液體系穩定，無破乳、無析油。

2.4 "配方的建立

通過對基礎油、乳化劑、有機土的篩選，最終確定了油基鉆井液的配方：（油水比85∶15）基礎油+4%乳化劑+CaCl2溶液+3%有機土+4%CaO+3%超細碳酸鈣+3%降濾失劑+0.5%潤濕劑+重晶石（ρ=1.65 g·cm-3）。

實驗結果表明，鉆井液體系在該配方下乳狀液體系穩定，無析油、無破乳，流變性能良好，可 " "流動。

3 "抗低溫油基鉆井液體系性能評價

3.1 "流變性

圖2為抗低溫油基鉆井液與柴油基鉆井液在不同溫度下的塑性黏度與動切力對比（-20 ℃時，柴油基鉆井液Φ600超出量程，無法計算出其塑性黏度和動切力）。

與柴油基鉆井液流變性

由圖2可以看出，抗低溫油基鉆井液在低溫條件（-20～0 ℃）下的塑性黏度、動切力小于柴油基鉆井液。溫度大于室溫后，兩者的流變性相近，性能均能滿足現場正常施工要求。

3.2 "抗鹽水污染性能

本文考察了抗低溫油基鉆井液在不同質量分數鹽水污染下的性能，其中油水比為85∶15，實驗結果見表7。由表7可以看出，抗低溫油基鉆井液體系具有良好的抗鹽水污染能力。

3.3 "沉降穩定性

沉降穩定性是油基鉆井液體系的一個重要參數，它直接關系到鉆井液體系攜帶巖屑的能力。一旦鉆井液體系沉降穩定性不合格，那么就會導致鉆井液固相沉降，進一步導致井下復雜事故發生。

針對上述情況，本文分別考察不同密度的鉆井液體系老化后的上下密度差，其結果見表8。實驗結果表明，抗低溫油基鉆井液沉降穩定性良好，不同密度下的體系在靜置24、48 h后，其上下密度差均在0.04 g·cm-3以下。

3.4 "抑制性能

本文分別在水、抗低溫油基鉆井液以及強抑制鉆井液當中，檢驗目標區（遼河油區S224區塊）塊泥巖的滾動回收率。在150 ℃滾動16 h后，抗低溫油基鉆井液的滾動回收率為98.1%，而水中的滾動回收率為28.7%；強抑制鉆井液當中的滾動回收率為86.3%。結果表明，抗低溫油基鉆井液防塌抑制性良好。

4 "現場應用

S224-H303井是位于S224區塊的一口特殊巖性油藏開展先導試驗井，目的層為E2s42 ，三開采用油基鉆井液，與2021年12月6日開始施工，施工周期為25天。2021年12月，當地平均氣溫為-6 ℃，最低氣溫達到-23 ℃。抗低溫油基鉆井液在施工期間性能良好，流變性可控，可流動。

S224-H303井鉆進過程中油基鉆井液性能如 表9所示。由表9可以看出，最高密度為1.75 g·cm-3，鉆井液具有良好的失水造壁性、流變性以及穩 " 定性。

參考文獻：

［1］舒福昌，向興金，史茂勇，等.白油中高成膠率有機土HMC-4的研究[J].石油天然氣學報（江漢石油學院學報），2013，35（9）：93-98.

［2］FOSSUM P V， MOUM T K， SLETFJERDING E， et al. "Design and utilization of low solids OBM for Aasgard reservoir drilling and completion[R].SPE 107754， 2007.

［3］馮哲.抗低溫鉆井液性能的試驗研究[D].吉林：吉林大學，2007.

［4］周靈佐.影響遼河油區鉆井速度的因素及提高機械鉆速的措施[J].化工設計通訊，2018，8（8）：240-241.

［5］付超勝，楊玉海，張希勛.基于低溫條件的油基鉆井液流變特性探究[J] 鉆井液與完井液，2021，14（1）：123-124.

［6］邱正松，劉扣其，曹杰，等.油基鉆井液低溫流變特性實驗研究[J].鉆井液與完井液，2014（3）：32-34.

［7］劉扣其，邱正松，曹杰，等.深水低溫條件下油基鉆井液流變性能實驗研究[J] .斷塊油氣田，2014（3）：378-381.

Research and Application of Low-temperature Resistant

Oil-base Drilling Fluid in Liaohe Oil Region

HONG Wei

（GWDC Engineering Research Institute， Panjin Liaoning 124010， China）

Abstract： The low temperature of winter in Liaohe oil region has a great influence on the organic clay gelling rate and rheological property of oil-base drilling fluid， which leads to the construction failure and affects the drilling progress. In order to meet the requirements of winter drilling in Liaohe oil region， a new low-temperature resistant oil-base drilling fluid formula was established by screening the base oil，emulsifier and organic clay： base oil+4% emulsifier+CaCl2 solution+3% organic clay+4% CaO+3% filtrate reducer +0.5%wetting agent+barite. At the same time， the performance of the new low temperature resistant oil-based drilling fluid system was evaluated in laboratory. The experimental results showed that the rheology of the new low temperature resistant oil-based drilling fluid system was good at -20℃. Standing for 24 h， liquidity could be still maintained; It had strong anti-pollution performance. The application results showed that the low temperature resistant oil base drilling fluid had stable properties and strong low temperature resistance.

Key words： Oil base drilling fluid; Low-temperature resistant; Rheology