油基鉆井液化學劑產品標準適用性分析

魏玲艷

中國石化中原油田分公司 技術監測中心（河南 濮陽 457001）

油基鉆井液具備優良的抑制性，使其成為鉆復雜井的重要解決手段，特別是在鉆高溫深井和水敏性地層中優勢更加明顯[1]。基于油基鉆井液抗溫、抗鹽鈣侵，具有促進井壁穩定、潤滑性好和對油氣層的損害程度較小等特點，使得油基鉆井液已經逐步成為解決高難度井、大斜度定向井、水平井及各種復雜底層的重要手段[2]。油基鉆井液是以水為分散相、油為連續相，添加適量的乳化劑、降濾失劑、潤濕劑、有機土和加重劑等形成的乳狀液，其本質是油包水的不穩定乳液。其中乳化劑、降濾失劑、有機土在構造油基鉆井液體系中分別發揮至關重要的作用[3-4]。

1 油基鉆井液化學劑的主要組成

1）基油。基油是油基鉆井液的分散介質。早期油基鉆井液常用的基油為0#柴油，由于柴油中所含的芳烴對鉆井設備的橡膠部件有較強的腐蝕作用，生物毒性高。目前隨著環境保護要求越來越嚴格，更多使用礦物油和氣制油，一般在鉆井現場常使用5#白油。

2）水相。淡水、鹽水或海水均可用作油基鉆井液的水相。但通常使用含一定量CaCl2或NaCl的鹽水，其主要目的在于控制水相的活度，以防止或減弱泥頁巖地層的水化膨脹，保證井壁穩定。油包水乳化鉆井液的水相含量通常用油水比來表示。一般情況下，現場常用25%的CaCl2水溶液。

3）有機土。有機土在鉆井液中主要起增黏提切、降濾失的作用，其性能好壞直接影響鉆井液的流變性和濾失造壁性。

4）降濾失劑。降濾失劑作為油基鉆井液體系中的關鍵組分，主要作用為使鉆井液在井壁上形成薄而致密的泥餅，降低濾失量，維持井眼穩定以及減少鉆井液固相侵入地層，從而損害油氣層。

5）乳化劑。為了形成穩定的油包水乳化鉆井液，必須正確地選擇和使用乳化劑。乳化劑的作用機理是[5]：在油或水界面形成具有一定強度的吸附膜；降低油水界面張力；增加外相黏度。以上3方面均可阻止分散相液滴聚并變大，從而使乳狀液保持穩定。乳化劑可兼做潤濕劑，可以使加重劑和鉆屑等親水性顆粒表面迅速轉變為油濕，保證它們能較好地懸浮在油相中。

另外，石灰、封堵劑、加重劑也是油基鉆井液不可缺少的處理劑，因這幾種產品的性能與在水基鉆井液性能相似，產品標準已經成熟，故不再進行研究。

2 油基鉆井液用乳化劑和降濾失劑產品的質量評價

由于水相和基礎油的穩定性較好，各地區的水相和基礎油對油基鉆井液穩定性能影響較小。乳化劑、降濾失劑、有機土因各地區各廠家生產的工藝技術和成本差別較大，質量參差不齊，影響油基鉆井液的穩定性，其產品質量好壞直接關系到鉆井成本和生產效益。因此，針對油基鉆井液用乳化劑產品及降濾失劑產品的質量進行評價。

2.1 油基鉆井液用乳化劑產品質量評價

實驗收集5 個供應商樣品（編號分別為1 號、2號、3 號、4 號、5 號），參考SY/T 6615—2005《鉆井液用乳化劑評價程序》中基漿、樣品的加量，配制相同的基漿，在同一平臺上評價5個乳化劑產品的質量。

實驗方法：取210 mL 柴油，加入1 000 mL 水于攪拌杯中，放在高速攪拌器中以10 000 r/min 攪拌；加入6.0 g的有機土、6.3 g乳化劑，攪拌30 min；緩慢加入90 mL 蒸餾水，繼續攪拌30 min。配制兩份乳狀液，分別裝入高溫不銹鋼的老化罐中，然后將老化罐放入高溫滾子爐中（120 ℃）老化16 h,取出后冷卻至室溫，放在高速攪拌器上以10 000 r/min 攪拌5 min。按照GB16783.2—2012 中10.4 規定的方法在50 ℃下測定破乳電壓值，測定結果詳見表1。

通過對5個供應商的乳化劑在同一基漿中進行質量評價，由表1測定結果可以看出，各個供應商生產的乳化劑產品質量差異較大。

2.2 油基鉆井液用降濾失劑產品質量評價

收集了5 個供應商生產的降濾失劑（編號分別為6號、7號、8號、9號、10號），參考中石化一級企業標準Q/SH CG 108—2017《油基鉆井液用降濾失劑氧化瀝青技術要求》中基漿的配制方法，對5個供應商產品在同一基漿中評價其質量。

表1 不同供應商生產的乳化劑產品破乳電壓測定結果

實驗方法：量取320 mL 的0#柴油，加入16.0 g有機土，高速攪拌20 min，攪拌期間至少停下2次以刮下黏附在杯壁上的土粉；加入20.0 g乳化劑S-80，在高速攪拌器上以10 000 r/min高速攪拌20 min；最后加入80 mL 含量20%的氯化鈣水溶液，高速攪拌20 min，作為基漿備用。基漿API 濾失量控制在8～12 mL，高溫高壓濾失量控制在10～15 mL，否則調整有機土加量，重復上述步驟。

向上述基漿中加入16.0 g試樣，高速攪拌20 min，將試樣漿裝入老化罐，充氮氣，放入滾子加熱爐中（120℃）滾動老化16 h，取出后降至室溫，高速攪拌5 min。按照GB/T 16783.1—2014 中7.2 的規定測定API 濾失量；按照GB/T 16783.2—2012 中7.2 的規定測定樣品高溫高壓濾失量(120 ℃，3.5 MPa)。表2為在同一基漿中，各供應商生產的降濾失劑產品的濾失量測定結果。

表2 不同供應商生產的降濾失劑產品的濾失量測定結果

由表2 測定結果可以看出:各個供應商生產的降濾失劑產品質量均有差異。

綜上，有必要對現有的油基鉆井液用乳化劑、降濾失劑標準進行研究和分析。開展產品標準分析，制定產品質量標準，對其質量進行控制，提升產品質量，方便總部采購和管理。

3 產品標準的適用性分析

3.1 乳化劑產品標準的適用性分析

收集到現有的乳化劑標準（表3），其中行業標準2 項，企業標準6 項。分別對企業標準和行業標準進行適用性分析。

1）企業標準的適用性分析。①某油田企業利用中石化企業標準Q/SH 1500 0074—2016《油基鉆井液技術要求》采購油基泥漿，采購的油基泥漿符合表4中油基鉆井液的技術要求即可，未對有機土、乳化劑、降濾失劑等單劑產品的質量標準進行規定。然而標準評價的是油基鉆井液體系，而不是產品單劑質量。②某供應商制定的乳化劑產品標準Q/JZXC 076—2014《油基鉆井液乳化劑評價方法》中，評價方法是：320 mL 的0#柴油，加入14.0 g試樣、5.6 g輔乳化劑、6.0 g堿度調節劑、6.0 g有機土、4.0 g流型調節劑、16.0 g 抗高溫降濾失劑。每加入一種試劑均高速攪拌25 min；再分4 次均勻加入80 mL 含量20.6%氯化鈣水溶液，總攪拌時間為40 min；最后加入重晶石調整油基鉆井液密度為1.50 g/cm3，再高速攪拌40 min。控制油基鉆井液配制總時間不少于3 h。配制好的油基鉆井液（80±3）℃恒溫滾動老化16 h。取出冷卻至室溫，測試破乳電壓。Q/JZXC 076—2014標準中將此供應商生產的其他油基鉆井液用產品都加入體系中來評價乳化劑的破乳電壓項目，然而此方法評價的是整個油基泥漿體系的破乳電壓，不能體現乳化劑單劑的質量，因此該企業標準不適用。

2）行業標準的適用性分析。SY/T 6615—2005《鉆井液用乳化劑評價程序》標準中用有機土、基礎油作為基漿，評價乳化劑的使用性能（破乳電壓）。因其不是在整個油基鉆井液體系中評價，可以真正體現乳化劑的作用，故這種方法較科學較合理。但此標準僅作為乳化劑產品方法標準，未對指標值進行規定，故不能作為乳化劑的產品標準。且此標準未對乳化劑的理化性能，如產品有效成分、核心理化指標進行規定。

表3 現有的乳化劑產品標準一覽表

表4 油基鉆井液技術要求

現有的油基鉆井液用乳化劑種類很多，常用的乳化劑有羧酸皂鹽（如硬脂酸鋁）、磺酸的皂鹽（如十二烷基苯磺酸鈉ABS）、有機酸酯（如S-80）、胺類（如烷醇酰胺）、固體乳化劑（如SN-1）等類型。有機酸酯S-80 雖然有行業標準HG/T 3508—2010《乳化劑S-80》,標準中有“酸值、皂化值、羥值、含水量”等理化性能，但只是針對乳化劑的通用技術要求，未對其使用性能——破乳電壓進行規定，故不是專門針對油基鉆井液用乳化劑的技術要求。因此，建議對每一類乳化劑的產品評價方法分別進行研究，制定每一類乳化劑的產品標準，從理化性能和使用性能兩方面控制產品質量，使供應商生產的乳化劑產品能夠真正符合油基鉆井液的技術要求。

3.2 有機土標準的適用性分析

1）SY/T 6615—2005《鉆井液用乳化劑評價程序》附錄B中規定了有機土的技術要求，其中膠體率評價方法為：100 mL的0#柴油中加入2 g有機土，用玻璃棒攪拌后倒入具塞量筒，90 min 后讀出析出柴油的體積，計算膠體率。收集現場常用5種有機土，編號分別為A、B、C、D、E，對有機土膠體率進行實驗驗證，表5為實驗員按照SY/T 6615—2005附錄B的方法對有機土膠體率的結果統計。由表5數據可以看出:實驗結果重復性不好，誤差最大為11.11%，不符合標準要求。

表5 0#柴油中不同有機土膠體率的實驗結果統計 %

2）在0#柴油、有機土加量不變的情況下，改進攪拌方法，用高速攪拌機以11 000 r/min 攪拌30 min，再次測得有機土膠體率數據，結果詳見表6。

由表6中數據看出：改進實驗方法后數據穩定，用高速攪拌機配制的乳狀液比用玻璃棒攪拌的膠體率高，實驗結果重復性好，誤差小，更加準確，符合標準要求。

3）有機土膠體率技術指標要求是大于或等于95%,膠體率是表征有機土在油相中分散形成膠體網狀結構的穩定性，膠體率越高說明其穩定性越好，在油基泥漿中懸浮性越好，膠體率是有機土產品質量最重要的技術指標。從表6中5種有機土的室內驗證數據來看，只有B 型有機土符合要求。因為環保要求，現有的0#柴油芳香烴含量降低、懸浮有機土能力下降、造漿率降低，很難達到行標SY/T 6615—2005中“有機土膠體率技術指標大于或等于95%”的要求。因此，建議修訂SY/T 6615—2005《鉆井液用乳化劑評價程序》附錄B 中有機土的評價方法和技術指標。

表6 0#柴油高速攪拌后不同有機土膠體率的結果統計 %

3.3 降濾失劑產品標準的適用性分析

表7為收集到的現有油基鉆井液用降濾失劑產品標準。其中：①中石化一級企業標準Q/SH CG 108—2017《油基鉆井液用降濾失劑氧化瀝青技術要求》對氧化瀝青技術要求進行了規定。該標準中既規定了產品的理化性能（純度、膠質含量、瀝青質含量）又有使用性能，且在基漿中評價氧化瀝青的使用性能（濾失量），能夠真正體現氧化瀝青單劑的作用，方法較為科學合理。②其他5 個標準均為供應商標準，供應商標準中都是其自己制定生產的油基泥漿體系中評價降濾失劑產品質量，不能體現降濾失劑產品單劑的作用；且這些供應商標準僅對產品的使用性能（濾失量）進行了評價，未對產品的理化性能（如產品成分分析）進行規定，由此可見供應商標準不適用。

表7 現有的油基鉆井液用降濾失劑產品標準

油基鉆井液常用的降濾失劑除了瀝青類，還有腐殖酸類、有機褐煤類、AMPS聚合物類等產品。瀝青類產品存在降低鉆速、污染環境、加量大的缺點，在目前常用的油基鉆井液中已對其限制使用[6-8]。因此，建議制定每一類降濾失劑的產品標準，如油基鉆井液用降濾失劑改性腐殖酸類技術要求、油基鉆井液用降濾失劑AMPS 聚合物技術要求、油基鉆井液用降濾失劑有機褐煤技術要求等產品標準。

4 結論

1）通過對現有油基鉆井液化學劑的乳化劑、降濾失劑、有機土產品標準進行適用性分析，了解到有的產品標準中不能真正體現單劑產品作用，有的標準雖然能體現單劑產品的使用性能，但是不能體現產品有效成分，無核心理化指標。可見，現有的評價方法不適用，不利于對產品質量進行控制。

2）建議重新制定油基鉆井液中乳化劑、降濾失劑、有機土的產品標準。對乳化劑、降濾失劑產品進行分類，分類制定每一類乳化劑、降濾失劑的產品標準。在制定標準過程中，應從理化性能和使用性能兩方面控制產品質量，完善油基鉆井液化學劑產品評價方法，最終使產品符合油基鉆井液的技術要求。