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油基钻井液(Oil-based drilling fluids)由于其优异的润滑、耐温、页岩抑制和油藏保护等性能而在钻井工程中得到广泛应用,但也存在环境污染风险大等问题。近年来以气制油(Gas-to-liquid,GTL)和白油(White oil)为基础油开发的油基钻井液,因环境污染风险明显降低而受到人们关注。油基钻井液实质上是油包水(W/O)型乳状液,其良好的稳定性是保证钻井工程安全的关键。通常高温时W/O型乳状液稳定性下降,容易出现相分离,限制了其在高温地层钻井工程中的应用,因此研发抗高温油基钻井液,成为近期油田化学工程领域的热点课题之一。研究W/O型乳状液的稳定性,特别是高温稳定性,对研发抗高温油基钻井液及现场应用具有重要意义。本文通过选用气制油基乳状液为模型,对W/O型乳状液的稳定性进行了研究,主要考察了高温老化处理(包括老化温度和老化时间,模拟钻井循环过程)以及有机土(Organoclays)的影响,通过表面/界面张力以及界面/体相流变性测定等,探讨了影响机理,从而为抗高温油基钻井液的研究开发和现场应用提供依据。本文的主要研究内容和结论:(1)油基钻井液用乳化剂表/界面活性研究选取两种乳化剂(RHJ-1、RHJ-2)为模型,采用表/界面张力仪和界面流变仪研究了其表/界面活性和界面膜粘弹性。结果表明,两种乳化剂均不改变水和气制油的表面张力,但均能显著降低气制油/水的界面张力(降低幅度30～40 mN/m),呈现明显的界面活性,RHJ-1的界面活性明显高于RHJ-2。温度在18～80℃范围内变化,对两种乳化剂的界面活性基本无影响。水相中加入Ca(OH)2,可提高乳化剂的界面活性,可能是乳化剂发生钙化反应所致。RHJ-1和RHJ-2在气制油/水界面可形成粘弹性界面膜,且均以弹性为主;RHJ-2界面膜强度(扩张模量)明显高于RHJ-1界面膜。RHJ-1和RHJ-2复配可形成混合界面膜,其强度介于二者界面膜之间。这些结果加深了对乳化剂界面活性的认识。(2)气制油包水型乳状液稳定性研究以气制油为油相,25 wt%CaCl2水溶液为水相,将RHJ-1和RHJ-2复配(质量比为2/1)为乳化剂,并添加Ca(OH)2制备的W/O型乳状液为模型,研究了高温老化处理(包括老化温度和时间)对其稳定性的影响,结合体系分散状态观察以及界面/体相流变性测定,探讨了影响机理。结果表明,高温老化后,乳状液静置时只析油不析水,表明水相以良好的乳化状态存在。乳状液经高温老化可增强其稳定性(静置析油率降低),可能是乳化剂高温下发生钙化反应所致。随老化温度(66～232℃)升高,体系的稳定性先升高后降低,最优老化温度为180～210℃,老化温度过高(如230℃)可致乳化剂分解而降低乳状液的稳定性。乳化剂(RHJ-1和RHJ-2)复配有利于乳状液的高温稳定性。乳状液体系为牛顿流体,不存在三维网络结构,故其稳定性主要决定于乳化剂在气制油/水界面的粘弹性。高温老化可增强界面膜的弹性,故能增强乳状液的稳定性,同时也预示高温下所研究乳化剂分子间可能发生了反应,形成具更高乳化能力的产物。这些结果为抗高温油基钻井液的研制提供了重要信息。(3)有机土对气制油基乳状液稳定性的影响以两种有机土(OC-HT和OC-LT)为模型,研究了有机土对气制油基乳状液高温稳定性的影响,探讨了影响机理。结果表明,有机土可显著增强乳状液的高温稳定性。与单一有机土相比,OC-LT和OC-HT复配提高稳定性的效果更佳。老化温度(66～232℃)对有机土@乳状液体系的稳定性有明显影响,随其升高稳定性先增高后降低,最佳老化温度为180～200℃。老化时间(16～72 h)对有机土@乳状液体系稳定性的影响不明显。有机土可显著增强乳状液的粘度、切力及粘弹性,表明在体系中形成了三维网络结构,这可有效抑制油相析出,故可显著增强乳状液的稳定性。有机土对乳状液的增稳作用对油基钻井液性能调控具重要意义。