技术领域
[0001] 本
发明属于油气钻井工程技术领域，涉及钻井液体系的设计方法，尤其涉及一种油基钻井液参数的设计方法。
背景技术
[0002] 近年来，井壁稳定问题一直是制约我国石油钻探的关键技术难题。为保持井壁稳定，对于钻井过程中钻遇率达到90％的富含
粘土矿物的
地层，多采用油基钻井液钻进，但是对于裂缝发育的裂缝性地层，油基钻井液依然会漏失进入地层。特别是对于发育大量微裂隙的混合
润湿性地层，比如
页岩地层、泥岩地层、
砂岩地层，在毛管
力的作用下油基钻井液滤液更容易进入地层，从而增大裂缝尖端的
应力强度因子，使裂缝扩展，进而导致井壁不稳定。从微观
角度分析，油基钻井液与地层
岩石之间的
边界层的界面特性，尤其是润湿特性是控制油基钻井液进入地层岩石，以及油基钻井液与地层岩石之间一切物理作用和化学作用的关键。
[0003] 由于地层岩石与油基钻井液系统润湿性的改变会影响裂缝尖端的应力强度因子，基于断裂力学理论，当应力强度因子超过地层岩石的
断裂韧性时，裂缝发生扩展，井壁失稳，因此地层岩石与油基钻井液系统的润湿性需要有一个安全窗口。油基钻井液体系特征在很大程度上直接影响着地层岩石与油基钻井液系统的润湿性，进而影响井壁的
稳定性，因此依据地层岩石与油基钻井液系统的润湿性设计油基钻井液参数，对于保持井壁稳定具有重要意义。
[0004]
申请公布号为CN103045198A的发明
专利公开了一种
天然气井使用的防漏失钻井液体系，其配方为
膨润土1-5，铵盐0.1-1，包被剂0.1-1，降滤失剂0.1-1，
碳酸
钙1-5，氯化
钾1-5，余量为
水，以上比例均以重量计算，单位为千克，按照上述配方配制钻井液并用于钻井。
[0005] 申请公布号为CN103045194A的发明专利公开了一种天然气井使用的储层保护钻井液体系，其配方为膨润土1-5，铵盐0.1-1，包被剂0.1-1，磺化
沥青1-5，磺化
褐煤1-5，成膜剂0.5-5，碳酸钙1-5，
氯化钾1-5，余量为水，以上比例均以重量计算，单位为千克，按照上述配方配制钻井液并用于钻井过程。
[0006] 上述两个专利的钻井液体系均具有失水小、流变性能好、能够保持井壁稳定等优点，但是该钻井液体系的配方是根据经验来优化的，通过提高钻井液性能来定性评价其实际应用效果，另外钻井液的性能可能会过高，从而导致成本提高。因此，急需开发一种钻井液参数的设计方法，通过控制钻井液参数保持井壁稳定，这对于我国石油钻探行业的发展具有重要的社会意义和经济意义。
发明内容
[0007] 为解决
现有技术中存在的问题，本发明提供一种油基钻井液参数的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0008] 步骤一：通过试验测试地层岩石的物理性质和结构性质；
[0009] 步骤二：根据地层岩石的物理性质和结构性质，建立典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型，并绘制油基钻井液参数与润湿性之间的关系图；
[0010] 步骤三：建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型，并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图；
[0011] 步骤四：根据油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图，确定油基钻井液参数。
[0012] 本发明的油基钻井液参数的设计方法，是基于地层特性和地层与
流体界面特性来设计油基钻井液的参数，使油基钻井液参数的设计更具科学与理论依据，以有效防止井壁失稳，防止井下复杂情况的发生，同时避免了油基钻井液的性能过高，合理控制油基钻井液的成本。
[0013] 优选的是，步骤一中，至少取十
块地层岩石，分别测试其物理性质和结构性质。
[0014] 在上述任一方案中优选的是，采用
X射线衍射试验测试地层岩石的矿物组分。X射线衍射方法具有不损坏地层岩石样品、无污染、快捷、对矿物组分的测量
精度高等优点。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，采用
热解试验和镜质体反射率试验测试地层岩石的总有机碳含量(TOC)、
干酪根类型、成熟度。在热解试验中，所使用的地层岩石样品的用量少，操作简捷，速度快，分析成本低，测试结果准确，可评价地层岩石的总有机碳含量、干酪根类型。采用镜质体反射率试验测试地层岩石的成熟度。有机质的热演化过程与镜质体的演化过程密切相关，因此镜质体反射率是良好的有机质成熟度指标，有机质热
变质作用越深，镜质体反射率越大。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，采用扫描
电子显微镜、透射电子显微镜、电子计算机X射线
断层扫描试验测试地层岩石的孔隙分布。借助扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)，可定性观察地层岩石中的二维孔隙分布特征；借助电子计算机X射线断层扫描(CT)，可定性观察地层岩石中的三维孔隙分布特征。
[0017] 在上述任一方案中优选的是，采用聚焦离子束试验、氮气
吸附试验测试地层岩石的孔隙度。借助聚焦离子束(FIB)试验和氮气吸附试验，可定量表征地层岩石的孔隙度。
[0018] 在上述任一方案中优选的是，采用巴西劈裂试验测试地层岩石的断裂韧性。
[0019] 在上述任一方案中优选的是，步骤二中，典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型的建立，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0020] 步骤一：将地层岩石按照
硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物三类典型矿物的重量百分比作出三元
相图，分析已测地层岩石的矿物组分，并依据矿物组分在
三元相图中的落点进行分类；
[0021] 步骤二：分别制备典型矿物地层岩石的标准测量表面；
[0022] 步骤三：分别测量典型矿物地层岩石的标准测量表面在油基钻井液作用下的
接触角，并分别结合所对应地层岩石的总有机碳含量、干酪根类型、孔隙结构的测试数据，分析典型矿物、总有机碳含量、孔隙度对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响；
[0023] 步骤四：通过调整油水比和乳化剂添加量，配制不同性能的油基钻井液，并测量其破乳
电压、
粘度、PH值、API滤矢量(室温0.7MPa下的滤矢量)、HTHP滤矢量(高温高压滤矢量)；
[0024] 步骤五：分别测量典型矿物地层岩石的标准测量表面在不同性能的油基钻井液作用下的接触角，分析油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响；
[0025] 步骤六：根据典型矿物的重量百分比、总有机碳含量、孔隙度、油基钻井液参数、接触角的测试数据，建立地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型。
[0026] 在上述任一方案中优选的是，分析已测地层岩石的矿物组分，至少为一类典型矿物。
[0027] 在上述任一方案中优选的是，分析已测地层岩石的矿物组分，为三类典型矿物。
[0028] 取至少十块地层岩石，分别测试其矿物组分，并依据矿物组分在三元相图中的落点进行分类，矿物组分以重量百分比计算。三类典型矿物为
硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物。若地层岩石中哪类矿物组分占主导，则该地层岩石为哪类矿物地层岩石。
石英、钾
长石、斜长石为硅酸盐矿物；方解石、白
云石为碳酸盐矿物。
[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述典型矿物地层岩石的标准测量样品的形状为圆柱形。
[0030] 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的上、下端面平行。
[0031] 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的上、下端面进行机械
抛光处理。
[0032] 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的上、下端面进行氩离子抛光处理。
[0033] 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的高度不大于20mm。
[0034] 在上述任一方案中优选的是，所述圆柱形的直径至少为10mm。
[0035] 为确保测量精度，圆柱形测量样品的两个端面应保持平行，两个端面应进行机械抛光处理或者氩离子抛光处理，确保在
光学显微镜下放大1000倍时，端面仍光滑、无划痕。
[0036] 在上述任一方案中优选的是，采用视频光学试验测量典型矿物地层岩石的标准测量表面在油基钻井液作用下的接触角。在视频光学试验中，将地层岩石样品三轴
定位，测量准确。
[0037] 在上述任一方案中优选的是，所述油基钻井液中含有柴油、水、主乳化剂、辅乳化剂、
氯化钙、有机土、降失水剂I、降失水剂II、
碱度控制剂、加重剂。主乳化剂可选择VERSAMUL、辅乳化剂可选择VERSACOAT HF、有机土可选择VG-PLUS、降失水剂I可选择VERSATROL、降失水剂II可选择ECOTROL RD、碱度控制剂可选择
氧化钙、加重剂可选择重晶石。
[0038] 在上述任一方案中优选的是，所述油基钻井液参数为破乳电压、PH值、油水比、乳化剂添加量。上述四个参数为本发明所要设计的油基钻井液关键参数。油水比为柴油与水的比例，乳化剂添加量为主乳化剂添加量和辅乳化剂添加量。
[0039] 在配置油基钻井液时，需要测试油基钻井液的下述性能：破乳电压(ES)、PH值、粘度(AV)、API滤矢量、HTHP滤矢量。由于油基钻井液的AV、API、HTHP是有行业标准的，必须达到相应的要求，因此不需要采用本发明的设计方法设计这三个参数，只需要设计关键参数即可。
[0040] 在上述任一方案中优选的是，所述地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型为
[0041] θ＝F(ES，PH，O/W，We，TOC，φ，W1，W2，W3)
[0042] 其中，θ——地层岩石与油基钻井液系统的接触角，°；
[0043] ES——破乳电压，V；
[0044] PH——PH值；
[0045] O/W——油水比；
[0046] We——乳化剂添加量，％；
[0047] TOC——总有机碳含量，％；
[0048] φ——孔隙度，％；
[0049] W1，W2，W3——三类典型矿物的重量百分比，％。
[0050] 在上述任一方案中优选的是，步骤三中，地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型的建立，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0051] 步骤一：计算井眼周围I型裂缝尖端的应力强度因子；
[0052] 步骤二：根据断裂力学理论，建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型；
[0053] 步骤三：结合井壁稳定力学模型和地层岩石与油基钻井液系统润湿性综合表征模型，分析油基钻井液参数对井壁稳定的影响，并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图。
[0054] 在上述任一方案中优选的是，所述井眼周围I型裂缝尖端的应力强度因子的计算公式为
[0055]
[0056] 其中，σ——地应力，MPa；
[0057] Pf——液柱压力，MPa；
[0058] γ——油基钻井液与地层水之间的界面
张力，mN/m；
[0059] β——裂缝壁面与裂缝
中轴线之间的夹角，°；
[0060] ω——裂缝宽度，m；
[0061] θ——地层岩石与油基钻井液系统的接触角，°；
[0062] H——裂缝的半高宽，m；
[0063] L——微裂缝中心距缝尖钻井液前缘的距离，m。
[0064] 在上述任一方案中优选的是，所述地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型为KI≤KIC，
[0065] 其中，KI——井眼周围I型裂缝尖端的应力强度因子；
[0066] KIC——地层岩石的断裂韧性。
[0067] 在上述任一方案中优选的是，所述油基钻井液用于四川某页岩地层中，其参数窗口为，油水比为80-95:5-20、主乳化剂添加量为0.8-2.5％、辅乳化剂添加量为1.3-2.8％、PH值为8.0-9.5、破乳电压为400-853V。
[0068] 在上述任一方案中优选的是，所述油基钻井液用于新疆克拉玛依某泥岩地层中，其参数窗口为，油水比为80-90:10-20、主乳化剂添加量为1.0-2.2％、辅乳化剂添加量为1.6-3.1％、PH值为7.0-10、破乳电压为400-841V。
[0069] 在上述任一方案中优选的是，所述油基钻井液用于云南某砂岩地层中，其参数窗口为，油水比为75-85:15-25、主乳化剂添加量为0.95-2.0％、辅乳化剂添加量为1.4-2.7％、PH值为7.0-9.0、破乳电压为400-940V。
[0070] 本发明利用润湿理论设计油基钻井液的关键参数，首先通过X射线衍射技术、微区
图像分析技术、流体注入技术等表征地层岩石的物理性质和结构性质，然后借助先进的视频光学技术研究地层岩石的典型矿物特征、结构特征和油基钻井液关键参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响，建立综合表征模型，再依据断裂力学理论建立考虑地层岩石与油基钻井液系统润湿性的井壁稳定力学模型。基于所钻地层岩石的特性，综合应用上述两个模型，研究油基钻井液关键参数对井壁稳定的影响，建立油基钻井液关键参数与井壁稳定之间的关系图，并依据关系图设计油基钻井液关键参数的窗口，以有效保持井壁稳定，防止井下复杂情况的发生，合理控制油基钻井液的成本。本发明的设计方法简单、易于操作；所设计的油基钻井液关键参数的窗口准确合理，且窗口较宽，易于现场操作；能够定量评价油基钻井液保持井壁稳定的作用效果，对我国石油钻探行业的发展具有重要的社会意义和经济意义。
附图说明
[0071] 图1为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的一优选
实施例流程图；
[0072] 图2为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图1所示实施例的地层岩石矿物组分三元相图；
[0073] 图3为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图1所示实施例的三种典型矿物地层岩石的标准测量表面在油基钻井液作用下的接触角；
[0074] 其中，(a)和(b)分别为硅酸盐矿物和碳酸盐矿物地层岩石的标准测量表面在油基钻井液作用下的接触角。
[0075] 图4为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图1所示实施例在PH值为6.5和不同破乳电压下，接触角与硅酸盐矿物含量之间的关系图；
[0076] 图5为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图1所示实施例在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液在不同PH值下，接触角与破乳电压之间的关系图；
[0077] 图6为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图1所示实施例在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液的破乳电压和PH值与应力强度因子之间的关系图；
[0078] 图7为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的另一优选实施例的地层岩石矿物组分三元相图；
[0079] 图8为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图7所示实施例在PH值为6.5和不同破乳电压下，接触角与硅酸盐矿物含量之间的关系图；
[0080] 图9为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图7所示实施例在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液在不同PH值下，接触角与破乳电压之间的关系图；
[0081] 图10为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图7所示实施例在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液的破乳电压和PH值与应力强度因子之间的关系图；
[0082] 图11为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的另一优选实施例的地层岩石矿物组分三元相图；
[0083] 图12为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图11所示实施例在PH值为6.5和不同破乳电压下，接触角与硅酸盐矿物含量之间的关系图；
[0084] 图13为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图11所示实施例在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液在不同PH值下，接触角与破乳电压之间的关系图；
[0085] 图14为按照本发明油基钻井液参数的设计方法的图11所示实施例在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液的破乳电压和PH值与应力强度因子之间的关系图。
具体实施方式
[0086] 为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
[0087] 实施例一：
[0088] 如图1所示，本实施例选用中国四川某区块的页岩地层，基于地层岩石与油基钻井液系统润湿理论设计油基钻井液关键参数窗口。一种油基钻井液参数的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0089] 步骤一：通过试验测试地层岩石的物理性质和结构性质。
[0090] 取十块页岩地层样品，分别测试其物理性质和结构性质。采用X射线衍射试验测试地层岩石的矿物组分；采用热解试验和镜质体反射率试验测试地层岩石的总有机碳含量(TOC)、干酪根类型、成熟度；借助扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)，定性观察地层岩石中的二维孔隙分布特征；借助电子计算机X射线断层扫描(CT)，定性观察地层岩石中的三维孔隙分布特征；
[0091] 采用聚焦离子束(FIB)试验和氮气吸附试验，定量表征地层岩石的孔隙度；采用巴西劈裂试验测试地层岩石的断裂韧性。十块地层岩石样品的孔隙分布特征为，在脆性矿物中，微裂隙发育，有机质孔隙也比较发育。从所测十块地层岩石样品中排除误差较大的样品后，用剩余样品做后续设计。本实施例从剩余样品中选取三组典型样品的数据作为示例，该三块地层岩石样品的矿物组分、总有机碳含量、干酪根类型、镜质体反射率测试结果如表1.1所示，三块地层岩石样品的孔隙度、断裂韧性测试结果如表1.2所示。
[0092] 表1.1 三块地层岩石样品的物理性质测试结果
[0093]
[0094] 表1.2 三块地层岩石样品的孔隙度和断裂韧性测试结果
[0095]1/2
样品编号 孔隙度(％) 断裂韧性(MPa·m )
1# 4.02 0.63
2# 4.61 0.60
3# 2.54 0.85
[0096] 步骤二：根据地层岩石的物理性质和结构性质，建立典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型，并绘制油基钻井液参数与润湿性之间的关系图。
[0097] 典型矿物、地层岩石的孔隙结构、油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型的建立，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0098] (1)将地层岩石按照硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物三类典型矿物的重量百分比作出三元相图，如图2所示，三类典型矿物的重量百分比分别为W1、W2、W3，分析已测三块地层岩石的矿物组分，并依据矿物组分在三元相图中的落点进行分类。1#样品为硅酸盐矿物地层岩石，2#样品为碳酸盐矿物地层岩石，3#样品为粘土矿物地层岩石。
[0099] (2)分别制备硅酸盐矿物地层岩石、碳酸盐矿物地层岩石、粘土矿物地层岩石的标准测量表面，用于润湿性测量。
[0100] 三类典型矿物地层岩石的标准测量样品的形状为圆柱形，其上、下端面平行。圆柱形样品的高度为20mm，直径为10mm。圆柱形的上、下端面需进行机械抛光处理或者氩离子抛光处理，确保在光学显微镜下放大1000倍时，端面仍光滑、无划痕。
[0101] (3)采用视频光学试验分别测量硅酸盐矿物地层岩石、碳酸盐矿物地层岩石、粘土矿物地层岩石的标准测量表面在油基钻井液作用下的接触角θ，如图3所示，并分别结合所对应地层岩石的总有机碳含量、干酪根类型、孔隙结构的测试数据，分析典型矿物、总有机碳含量、孔隙度对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响。
[0102] 对本实施例的地层岩石样品进行分析可知，不同的典型矿物(硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物)和有机质对地层岩石与油基钻井液系统的界面特性具有显著影响，但影响程度和影响方式各异。比如，随着硅酸盐矿物或者碳酸盐矿物含量的增加，接触角逐渐增大，而随着有机质含量的增加或者成熟度的增加，接触角有下降的趋势。图4为在PH值为6.5和不同破乳电压下，接触角与硅酸盐矿物含量之间的关系图。
[0103] (4)通过调整油水比和乳化剂添加量，配制不同性能的油基钻井液，并测量其破乳电压、粘度、PH值、API滤矢量、HTHP滤矢量。
[0104] 本实施例的油基钻井液组分如下，以重量百分比计算：柴油、水、主乳化剂(VERSAMUL)1.7％、辅乳化剂(VERSACOAT HF)2.3％、氯化钙4.3％、有机土(VG-PLUS)0.6％、降失水剂I(VERSATROL)2.8％、降失水剂II(ECOTROL RD)0.15％、碱度控制剂(氧化钙)2.8％、加重剂(重晶石)。
[0105] 调整油水比和乳化剂添加量，配置不同性能的油基钻井液。油基钻井液关键参数为破乳电压(ES)、PH值、油水比(O/W)、乳化剂添加量(We)。乳化剂添加量为主乳化剂添加量和辅乳化剂添加量。
[0106] (5)采用视频光学试验分别测量典型矿物地层岩石的标准测量表面在不同性能的油基钻井液作用下的接触角，分析油基钻井液参数对地层岩石与油基钻井液系统润湿性的影响。
[0107] 对本实施例的地层岩石样品进行分析可知，当地层岩石的特性一定时，随着油水比、乳化剂添加量和破乳电压的升高，地层岩石与油基钻井液系统的接触角减小，但是裂缝尖端的断裂强度因子增加，在不同PH值和滤失量情况下，断裂强度因子增加的幅度不同。
[0108] (6)根据典型矿物的重量百分比、总有机碳含量、孔隙度、油基钻井液参数、接触角的测试数据，建立地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型。
[0109] 该综合表征模型的建立考虑了地层岩石矿物组分特性、孔隙结构特性和油基钻井液性能参数等因素。
[0110] 本实施例中，地层岩石与油基钻井液系统润湿性的综合表征模型为[0111] θ＝F(ES，PH，O/W，We，TOC，φ，W1，W2，W3)
[0112] 其中，θ——地层岩石与油基钻井液系统的接触角，°；
[0113] ES——破乳电压，V；
[0114] PH——PH值；
[0115] O/W——油水比；
[0116] We——乳化剂添加量，％；
[0117] TOC——总有机碳含量，％；
[0118] φ——孔隙度，％；
[0119] W1，W2，W3——三类典型矿物的重量百分比，％。
[0120] 图5为在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液在不同PH值下，接触角与破乳电压之间的关系图。
[0121] 步骤三：建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型，并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图。
[0122] 地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型的建立，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0123] (1)计算井眼周围I型裂缝尖端的应力强度因子。
[0124] 钻井过程中，油基钻井液沿层理面或者裂隙进入地层岩石，在微裂缝的缝尖产生毛管力，改变缝尖的应力状态。
[0125] 由几何关系可知，当液体为油基钻井液时，毛管力为 其中，γ——油基钻井液与地层水之间的界面张力，mN/m；
[0126] β——裂缝壁面与裂缝中轴线之间的夹角，°；
[0127] ω——裂缝宽度，m；
[0128] 油基钻井液钻井时，井眼周围I型裂缝尖端的应力强度因子的计算公式为[0129]
[0130] 其中，σ——地应力，MPa；
[0131] Pf——液柱压力，MPa；
[0132] γ——油基钻井液与地层水之间的界面张力，mN/m；
[0133] β——裂缝壁面与裂缝中轴线之间的夹角，°；
[0134] ω——裂缝宽度，m；
[0135] θ——地层岩石与油基钻井液系统的接触角，°；
[0136] H——裂缝的半高宽，m；
[0137] L——微裂缝中心距缝尖钻井液前缘的距离，m。
[0138] (2)根据断裂力学理论，建立地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型。
[0139] 当油基钻井液进入地层岩石时，地层岩石与油基钻井液系统的接触角将影响I型裂缝的应力强度因子，由断裂力学分析可知，当应力强度因子大于断裂韧性时，裂缝发生扩展，井壁失稳。为保持井壁稳定，防止井下复杂情况的发生，地层岩石与油基钻井液系统的接触角必须在安全范围内，以确保应力强度因子小于断裂韧性。因此，地层岩石与油基钻井液系统在润湿性条件下的井壁稳定力学模型为KI≤KIC，
[0140] 其中，KI——井眼周围I型裂缝尖端的应力强度因子；
[0141] KIC——地层岩石的断裂韧性。
[0142] (3)结合井壁稳定力学模型和地层岩石与油基钻井液系统润湿性综合表征模型，分析油基钻井液参数对井壁稳定的影响，并绘制油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图。
[0143] 图6为在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液的破乳电压和PH值与应力强度因子之间的关系图。
[0144] 步骤四：根据油基钻井液参数与井壁稳定之间的关系图，确定油基钻井液参数。
[0145] 本实施将油基钻井液用于四川某页岩地层中，其关键参数窗口为：油水比为80-95:5-20、主乳化剂添加量为0.8-2.5％、辅乳化剂添加量为1.3-2.8％、PH值为8.0-9.5、破乳电压为400-853V。
[0146] 实施例二：
[0147] 本实施例选用新疆克拉玛依某区块的泥岩地层，基于地层岩石与油基钻井液系统润湿理论设计油基钻井液关键参数窗口，其设计方法与实施例一相同，
[0148] 不同的是：
[0149] 取二十块泥岩地层样品，分别测试其物理性质和结构性质，从所测二十块地层岩石样品中排除误差较大的样品后，用剩余样品做后续设计。本实施例从剩余样品中选取三组典型样品的数据作为示例，该三块地层岩石样品的矿物组分、总有机碳含量、干酪根类型、镜质体反射率测试结果如表2.1所示，三块地层岩石样品的孔隙度、断裂韧性测试结果如表2.2所示。
[0150] 表2.1 三块地层岩石样品的物理性质测试结果
[0151]
[0152] 表2.2 三块地层岩石样品的孔隙度和断裂韧性测试结果
[0153]样品编号 孔隙度(％) 断裂韧性(MPa·m1/2)
1# 4.32 0.53
2# 4.51 0.63
3# 5.54 0.58
[0154] 将地层岩石按照硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物三类典型矿物的重量百分比作出三元相图，如图7所示，三类典型矿物的重量百分比分别为W1、W2、W3，分析已测三块地层岩石的矿物组分，并依据矿物组分在三元相图中的落点进行分类。1#样品和2#样品均为硅酸盐矿物地层岩石，3#样品为碳酸盐矿物地层岩石。
[0155] 两类典型矿物地层岩石的标准测量样品的形状为圆柱形，其上、下端面平行。圆柱形样品的高度为15mm，直径为15mm。圆柱形的上、下端面需进行机械抛光处理或者氩离子抛光处理，确保在光学显微镜下放大1000倍时，端面仍光滑、无划痕。
[0156] 对本实施例的地层岩石样品进行分析可知，不同的典型矿物(硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物)和有机质对地层岩石与油基钻井液系统的界面特性具有显著影响，但影响程度和影响方式各异。图8为在PH值为6.5和不同破乳电压下，接触角与硅酸盐矿物含量之间的关系图。
[0157] 本实施例的油基钻井液组分如下，以重量百分比计算：柴油、水、主乳化剂(VERSAMUL)1.4％、辅乳化剂(VERSACOAT HF)2.1％、氯化钙5.0％、有机土(VG-PLUS)0.7％、降失水剂I(VERSATROL)2.4％、降失水剂II(ECOTROL RD)0.25％、碱度控制剂(氧化钙)3.0％、加重剂(重晶石)。
[0158] 调整油水比和乳化剂添加量，配置不同性能的油基钻井液。油基钻井液关键参数为破乳电压(ES)、PH值、油水比(O/W)、乳化剂添加量(We)。乳化剂添加量为主乳化剂添加量和辅乳化剂添加量。
[0159] 图9为在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液在不同PH值下，接触角与破乳电压之间的关系图。
[0160] 图10为在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液的破乳电压和PH值与应力强度因子之间的关系图。
[0161] 本实施将油基钻井液用于新疆克拉玛依某泥岩地层中，其关键参数窗口为：油水比为80-90:10-20、主乳化剂添加量为1.0-2.2％、辅乳化剂添加量为1.6-3.1％、PH值为7.0-10、破乳电压为400-841V。
[0162] 实施例三：
[0163] 本实施例选用中国云南某区块的砂岩地层，基于地层岩石与油基钻井液系统润湿理论设计油基钻井液关键参数窗口，其设计方法与实施例一相同，不同的是：
[0164] 取二十五块砂岩地层样品，分别测试其物理性质和结构性质，从所测二十五块地层岩石样品中排除误差较大的样品后，用剩余样品做后续设计。本实施例从剩余样品中选取三组典型样品的数据作为示例，该三块地层岩石样品的矿物组分、总有机碳含量、干酪根类型、镜质体反射率测试结果如表3.1所示，三块地层岩石样品的孔隙度、断裂韧性测试结果如表3.2所示。
[0165] 表3.1 三块地层岩石样品的物理性质测试结果
[0166]
[0167] 表3.2 三块地层岩石样品的孔隙度和断裂韧性测试结果
[0168]样品编号 孔隙度(％) 断裂韧性(MPa·m1/2)
1# 5.72 0.43
2# 6.21 0.72
3# 5.64 0.67
[0169] 将地层岩石按照硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物三类典型矿物的重量百分比作出三元相图，如图11所示，三类典型矿物的重量百分比分别为W1、W2、W3，分析已测三块地层岩石的矿物组分，并依据矿物组分在三元相图中的落点进行分类。1#样品、2#样品、3#样品均为硅酸盐矿物地层岩石。
[0170] 一类典型矿物地层岩石的标准测量样品的形状为圆柱形，其上、下端面平行。圆柱形样品的高度为10mm，直径为20mm。圆柱形的上、下端面需进行机械抛光处理或者氩离子抛光处理，确保在光学显微镜下放大1000倍时，端面仍光滑、无划痕。
[0171] 对本实施例的地层岩石样品进行分析可知，不同的典型矿物(硅酸盐矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物)和有机质对地层岩石与油基钻井液系统的界面特性具有显著影响，但影响程度和影响方式各异。图12为在PH值为6.5和不同破乳电压下，接触角与硅酸盐矿物含量之间的关系图。
[0172] 本实施例的油基钻井液组分如下，以重量百分比计算：柴油、水、主乳化剂(VERSAMUL)1.6％、辅乳化剂(VERSACOAT HF)2.5％、氯化钙4.0％、有机土(VG-PLUS)0.5％、降失水剂I(VERSATROL)2.0％、降失水剂II(ECOTROL RD)0.25％、碱度控制剂(氧化钙)2.8％、加重剂(重晶石)。
[0173] 调整油水比和乳化剂添加量，配置不同性能的油基钻井液。油基钻井液关键参数为破乳电压(E)、PH值、油水比(O/W)、乳化剂添加量(We)。乳化剂添加量为主乳化剂添加量和辅乳化剂添加量。
[0174] 图13为在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液在不同PH值下，接触角与破乳电压之间的关系图。
[0175] 图14为在地层岩石物理性质和结构性质一定时，油基钻井液的破乳电压和PH值与应力强度因子之间的关系图。
[0176] 本实施将油基钻井液用于云南某砂岩地层中，其关键参数窗口为：油水比为75-85:15-25、主乳化剂添加量为0.95-2.0％、辅乳化剂添加量为1.4-2.7％、PH值为7.0-9.0、破乳电压为400-940V。
[0177] 本领域技术人员不难理解，本发明的油基钻井液参数的设计方法包括上述本发明
说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
