摘要
随着全球能源需求的快速增长和陆地石油储量的枯竭，石油开采开始在深海等钻井难度较大的区域进行。在油气勘探中钻井作业是最重要的一步，钻井作业的顺利进行与钻井液性能息息相关。油基钻井液具有优异的润湿性、高渗透率、高热稳定性、良好的耐盐性和页岩抑制能力，在高温高压井等高难度井得以广泛应用。 钻井液流变性能是衡量钻井液性能优劣的重要标准之一。在实际钻井过程中,地层中水和劣质固相进入油基钻井液中，会对油基钻井液体系的流变性能产生影响。油基钻井液中固体颗粒过度分散，体系粘度降低，导致无法悬浮钻屑和重晶石，并且会增加后续油基钻屑的处理难度;钻井液中固体颗粒分散较差，体系粘度太大，会使钻井作业无法继续进行。通常加入分散剂调控颗粒间的排斥力和吸引力，通过调节颗粒的适度分散来控制体系的流变性能。因此正确认识油基钻井液中颗粒与分散剂，以及颗粒与水之间的相互作用，对调控油基钻井液的流变性能起指导作用。 为减弱地层水和劣质固相对钻井液体系流变性能的影响，提高对分散剂、劣质固相颗粒和水之间相互作用的认识非常重要。本文分别从以下几个方面进行研究: (1)为了调控高岭土和氧化硅颗粒的分散稳定性，选用三种嵌有不同乙氧基(EO)基团的分散剂，探究了分散剂浓度、温度、水以及水和分散剂的加入顺序对颗粒分散稳定性的影响。并使用原位X射线光电子能谱(XPS)、元素分析仪和傅里叶变换红外光谱(FTIR)探究分散剂在颗粒表面的吸附基团，表明分散剂C12E9Ac和C12E2.5Ac在微米氧化硅和高岭土颗粒表面以EO吸附形成氢键的方式结合，分散剂EMUL在微米氧化硅和高岭土颗粒表面以羧基和氨基吸附的方式结合。使用光学显微镜和低温差示扫描量热(LT-DSC)探究水的存在形式。表明分散剂C12E2.5Ac稳定的颗粒分散体系受地层水和劣质固相颗粒的影响最小，且随着水量增大，体系分散稳定性提高。因此选取分散剂C12E2.5Ac稳定钻井液体系。 (2)为了改善油基钻井液的流变性能，选用分散剂C12E2.5Ac制备稳定的高岭土高浓体系，使用哈克流变仪测量含水高岭土体系的表观粘度。探究了去离子水、模拟地层水和25 wt％氯化钙盐水对高岭土分散体系粘度的影响。随着水量增加，体系的粘度先增大后减小。制备油基钻井液模型体系，分别探究添加干燥、吸湿水量为15 wt％的劣质固相颗粒对体系流变性能的影响。使用六速粘度计测量模拟油基钻井液体系的粘度，体系的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)均变化不大。实验结果表明，分散剂C12E2.5Ac稳定的模拟油基钻井液流变性能受水和劣质固相颗粒的影响较小。
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