摘　要：传统的油基钻井液采用有机土作为增黏剂来增加悬浮重晶石的能力，是一种含土相的油基钻井液，高密度条件下含土相油基钻井液流变性控制困难限制了其应用的范围。为此，以新研制的复合型乳化剂(G326-HEM)为核心，构建了无土相油基钻井液体系，并对该配方进行了优选和性能实验。结果表明：①无土相油基钻井液体系无须使用辅乳化剂、润湿剂，具有配方简单，高密度条件下流变性好等特性；②与含土相钻井液相比，高密度条件下塑性黏度、终切力低，降低了高密度钻井液因黏切高诱发井漏的风险，可节省l0％的基础油；③塑性黏度和动切力随着油水比的降低而升高，不同密度下的油基钻井液选用不同的油水比；④无土相油基体系配方对基础油的适应性较广，可广泛应用于合成基、矿物油基钻井液。结论认为，该成果较好地解决了无土相体系在高密度条件下的电稳定性弱、悬浮稳定性差的难题，为页岩气及其他非常规气藏规模开发提供了技术保障。

关键词：油基  钻井液  页岩气  水平井  乳化剂  无土相  电稳定性  悬浮稳定性

Development of a clay-free oil-based drilling fluid with a low shearing force and high density

Abstract：A traditional clay oil-base drilling fluid is added with organic soil as a tackifier to increase its sufficient barites suspension properties．However，due to its high density，its rheological properties are difficult to control，which restricts its wide application．Therefore，a clay free oil-based drilling fluid system was established with the focus on a newly-developed composite emulsifier(G326-HEM)，and the optimization and performance tests wer；performed on this formula．The test results indicated that：(1)neither auxiliary emulsifiers nor wetting agents were necessary，and this drilling fluid was featured by a simple formula and a good rheological property even with high density；(2)compared with a clay drilling fluid with high density，this clay free oil-based drilling fluid had a low plastic viscosity and a shearing force to reduce a potential circulation loss caused by high viscous shearing，which saved the base oil by l0％；(3)the plastic viscosity and dynamic shear force increased with the decrease of oil water ratios and different oil-water ratios were selected to prepare oil_ba驴drilling fluids with different densities；(4)the formula of the clay free oil base svstem was greatly adaptable to base oil and could be used for compounding based and mineral oil-base drilling fluid．This fluid can not only solve such problems as weak electrical stability and poor suspension stability of clay-free system under high density but provide technical support for the scale development of shale gas and other unconventional gas reservoirs．

Keywords：oil base drilling fluid，shale gas，horizontal well，emulsifier，clay free，electrical stability，suspension stability

目前我国在开发页岩气及非常规气藏的过程中使用的油基钻井液^[1-4]是一种含土相油基钻井液，采用有机土作为增黏剂、悬浮重晶石。在应用过程中暴露出高密度条件下含土相油基钻井液流变性控制困难，当量循环密度高，在起下钻或开泵时激动压力较高，易诱发井漏或井壁失稳，亟需开发一种新型油基钻井液解决上述难题。例如四川某区块JH-11井与QL-6井在钻遇高压层位压井时，由于含土相油基钻井液体系流变性差，诱发漏失，JH-11井漏失油基钻井液450m³，直接经济损失630万元，处理复杂损失工时28d。QD6井漏失油基钻井液520m³，直接经济损失728万元，处理复杂损失工时35d，井漏的同时也伴随严重的井控风险^[2]。

使用油溶性或油溶胀性聚合物提高钻井液的黏度和切力，代替有机土，以复合型乳化剂G326-HEM为核心构建了无土相油基钻井液体系^[5-7]。具有塑性黏度低、静切力小、当量循环密度低等突出特点。无土相油基钻井液只需要很小的驱动力，即可破坏其形成的空间结构，解决高密度含土相钻井液因结构强度太大而造成憋泵、开泵泵压过高、当量循环密度过大诱发井漏的问题^[8-10]。

1　无土相油基钻井液体系的构建

1．1　乳化剂的用量

在无土相油基钻井液中，由于没有有机土的作用，钻井液体系的电稳定性差，加重材料极易沉淀，针对上述的特点，对乳化剂进行针对性研究，合成出复合型乳化剂(G326-HEM)。该乳化剂不需要与辅乳化剂复配使用，由于其自身具有对加重材料的润湿功能因此配制高密度油基钻井液也无须使用滑湿剂，以该乳化剂为核心构建无土相油基体系，与以往含土相油基钻井液相比极大简化了体系配方^[11-13]。

采用已有的实验方法u阳得到复合型乳化剂G326-HEM加量与体系电稳定性能结果(图1)。

当乳化剂加量大于3％时，体系的破乳电压增加较快，加量为3％时，体系的破乳电压达到850V，而当乳化剂加量5％时体系的破乳电压已经达到1650V。考虑当乳化剂加量为3％时，体系的破乳电压已经能够满足需要。因此选用乳化剂加量为3％。

1．2　乳化剂的抗温性能

测试了不同温度热滚前后体系的电稳定性，以此考察乳化剂的抗温性能。由图2可知，热滚后的破乳电压均高于400V，但200℃以上破乳电压下降较快。因此将该乳化剂适宜的温度定为200℃以内。

1．3　无土相油基钻井液配方

通过配方试验得到无士相油基钻井液配方：基础油+16％氯化钙盐水+3.0％复合型乳化剂(G326-HEM)+2.0％氢氧化钙+4.0％降滤失剂G328+1.0％增黏剂+0.5％提切剂+加重材料。

2　无土相油基钻井液体系的性能评价

2．1　不同油水比对体系性能的影响

通过测试高密度不同油水比条件下钻井液的流变性能，优选了高密度条件下无土相油基钻井液的最佳油水比范围(图3)。

由图3可知，油基钻井液塑性黏度和动切力随着油水比的降低而升高。当钻井液密度为2.20g／cm³，适宜的油水比为80：20，此时钻井液的塑性黏度和动切力均在合理的范围之内，随着钻井液密度的继续升高，钻井液的油水比也升高，防止黏切过高。

2．2　无土相与含土相油基钻井液对比

在相同密度条件下(2.30g／cm³)，对这2种油基钻井液的流变性能进行了实验对比(图4、5)。

由上述试验结果可知，在相同密度、油水比条件下无土相油基钻井液比含土相钻井液的塑性黏度、终切力低，相同塑性黏度和终切力条件下，无土相油基钻井液比含土相油基钻井液的油水比低10％，无土相油基钻井液可以节省10％基础油，有利于调节流变性，降低了高密度含土相钻井液因黏切高诱发井漏的风险。

2．3　不同基础油对体系性能的影响

使用3号白油、0号柴油和气质油Saraline 185V作为体系的基础油，测试了不同基础油配制的无土相油基钻井液性能，试验结果见表1所示。

由表l试验结果可知，使用气质油Saraline 185V配制的高密度无土相油基钻井液塑性黏度、终切力最低，使用柴油配制的高密度无土相油基钻井液高温高压滤失量和破乳电压均最高。使用3种不同的基础油配制的钻井液各项性能均在合理范围内，表明该配方对基础油的适应性较广，可广泛应用于合成基、矿物油基钻井液。

2013年10月，在四川省泸州市通过了壳牌公司组织了钻井液专家对无土相油基钻井液体系性能的测试，与现场使用的油基钻井液相比静切力降低厂20.8％，达到了国外公司期望的高密度低切力的要求。

3　结论

1)以复合型乳化剂G326-HEM为核心构建无土相油基体系，无须使用辅乳化剂、润湿剂具有配方简单，高密度条件下流变性好等特性。

2)无土相油基钻井液与含土相钻井液相比，高密度条件下塑性黏度、终切力低，降低了高密度钻井液因黏切高诱发井漏的风险，可节省l0％基础油。

3)油基钻井液塑性黏度和动切力随着油水比的降低而升高，不同密度下的油基钻井液选用不同的油水比。

4)无土相油基体系配方对基础油的适应性较广，可广泛应用于合成基、矿物油基钻井液。

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本文作者：张小平  王京光  杨斌  吴满祥  王勇强

作者单位：低渗透油气田勘探开发国家工程实验室·中国石油川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院