随着环保法规相继出台,对油基钻井液的环保要求越来越高,研制出更加环保的油基钻井液体系十分重要。通过对现有油基钻井液用基础油调研发现,以往配制的油基钻井液中,通常使用柴油、气制油、白油等作为基础油,但它们有各自优点的同时,也存在不同的缺点。柴油价格便宜,却对环境污染非常严重;气制油虽然对环境污染小,但气制油多数要从国外进口,采购及运输方面有很大的局限性,价格极其昂贵;白油虽然对环境污染相对小,价格合理,多数地方用白油作为基础油,但白油的粘度比较高,对钻井过程中的其它工艺参数有一定的影响。本文针对常用基础油存在的不足,采用大庆特有的重烃,通过分馏、加氢和脱硫等工艺过程,研制出环保型的油基钻井液用油(CY油)。在室内对CY油的性能进行了系统评价。评价结果表明,CY油的性能明显优于柴油等其它基础油,具有芳香烃含量低,毒性小等优点。环保型油基钻井液体系,不仅对基础油的要求较高,优质乳化剂的研发也十分重要。本文参照国外乳化剂分子结构,自主合成适用于CY油乳化的主乳化剂和辅助乳化剂。主要设计思路为:增加亲油链的个数或长度提高乳化剂的亲油能力;减少支链个数,利于形成紧密排列;引入正离子,提高稳定性;引入酰胺基来提高乳化能力,同时对其进行空间位阻保护;引入叔胺基团,提高乳化剂极性;依据相似相亲原理,提高主、辅乳化剂配伍性。利用红外光谱、热重分析、核磁共振测试和液质联用测试等对合成的乳化剂进行分析,结果表明合成出的乳化剂具有多个吸附基团可提高表面活性,特殊的分子结构可以自聚集或相互搭接形成空间网状增强界面膜的紧密程度和机械强度,引入的五圆环结构的NVP单体提高了高温稳定性,这样形成的乳状液液滴在高温下更均匀致密,有效解决了传统乳化剂对低芳香烃基础油乳化效果不佳、高温稳定性差等难题。在基础油的研制以及主辅乳化剂合成的基础之上,对油基钻井液其它处理剂及其加量进行优选,最终确定油基钻井液体系配方为:240ml油样(CY油)+20%氯化钙溶液+2.5%主乳化剂(HL-TP)+1.0%辅助乳化剂(HL-DQ)+3%有机土+%润湿剂(DV-33)+6%降滤失剂+2%提切剂+氧化钙+重晶石。按标准实验程序对钻井液体系的流变性、热稳定性、电稳定性、滤失性、抗污染性、抑制性及储层保护性能进行评价。评价结果表明:加重油基钻井液体系不仅具有较好的流变性;在高温老化后体系破乳电压变化较小;不同密度下所配制的油基加重钻井液体系的滤失量均较低,说明该体系具有较好的滤失性;加重油基钻井液具有较强的抗岩屑侵、水侵能力;通过与柴油基钻井液体系和气制油基钻井液体系的岩屑回收率与储层保护性能进行对比,发现配制的基于CY油的加重油基钻井液体系岩屑回收率最好,渗透率恢复值最高。表明该体系能够对复杂地层的泥页岩水化分散作用有较强的抑制性,可防止井壁坍塌,有效保护储层。在加重油基钻井液体系形成的基础上,本文着重对油基钻井液的沉降稳定性进行研究。重点研究了重晶石沉降与油基钻井液粘弹性关系。通过改变有机土加量和提切剂加量观察基浆粘度特性和弹性对重晶石沉降影响,研究发现:a、基浆的粘弹性随着有机土的加量而改变,当有机土加量达到一定比例时,基浆粘度增长速度远远大于弹性的增长速度。有机土加量不同,钻井液的流变性不同,有机土加量越多基浆的粘度越大,粘度越高时重晶石沉降越慢,稳定性越好,但粘度升高的同时基浆的剪切稀释性变差。所以通过改变基浆粘度来降低基浆中重晶石的沉降速度不是一个非常合理的办法;b、通过在基浆中加入不同量的提切剂,观察钻井液的粘弹性。随着提切剂加量的增加,基浆的弹性模量随之改变,而粘度增加缓慢,此时的流体可以近似于粘度相同,弹性不同的流体。通过实验观察出,重晶石的沉降稳定性随着钻井液中弹性增加而变好;c、通过对比实验数据发现,基浆的粘度和弹性均对重晶石沉降有影响,其中弹性模量对重晶石影响更大。通过对基础油、乳化剂、钻井液体系以及钻井液沉降稳定性的研究,为抗高温、深井钻井作业,提供了一项新型的环保钻井液技术,丰富了油基钻井液理论。