恒流变油包水乳化钻井液是实现深水大温差环境下优快钻井的关键技术,也是我国深水钻井液技术的重点攻关方向之一。尽管经过近十年的发展,该技术在我国仍存在机理研究不够深入、难以适应日益增大的温差范围以及基础油成本高昂不可再生等问题。为此,本文分别对恒流变的关键机理、适用于更大温差范围的恒流变钻井液技术以及具有廉价、环保和可再生优势的生物柴油基恒流变钻井液技术展开了研究。第一,通过宏观、微观及化学分析相结合的手段,建立了恒流变体系中流型调节剂、有机土和乳液滴三者在深水温差环境下相互作用过程中形态学和流变学之间的联系,并基于实验结果提出了新的恒流变机理。流型调节剂是一种表面活性物质,其分子具备多支链结构以及多个极性基团,一方面可以通过对有机土进行吸附、插层和分散作用,拆散有机土颗粒的卡牌屋结构并减小颗粒间内摩擦作用,有效抑制有机土引起的低温稠化效应,另一方面可以同时吸附于多个乳液滴界面膜并在液滴间架桥形成凝胶网络结构,有效提高大温差范围内钻井液体系的粘度切力。上述两种作用的合理平衡是实现恒流变的关键。第二,以上述机理为指导,分别研发了一种由长链二元脂肪酸和多烯多胺酰胺化反应制备的多支链酰胺类低温稳粘剂LRD和一种由二聚酸和椰油酸二乙醇酰胺酯化反应制备的聚脂肪酸酰胺酯类增粘提切剂PER。在此基础上,结合关键处理剂的优选,形成了一套适用于2～150℃的恒流变钻井液体系,该体系以Escaid110为基础油,适用密度范围1.2～2.0g/cm~3,油水比范围70:30～90:10,抗温200℃,可抗10%岩屑和10%海水污染,充分满足了目前深水钻井的需求。第三,针对现阶段恒流变钻井液基础油成本高昂、不可再生的缺陷,对具有廉价、环保和可再生优势的生物柴油基恒流变钻井液技术展开了探索。通过原材料的优选制备了一种低成本、环保且低温流动性好的大豆油乙醇生物柴油作为基础油。通过选择较高的油水比,并在乳化剂中引入阳离子表面活性剂,有效减缓了生物柴油基乳液高温老化后的水解皂化增稠现象和低温稠化现象。通过选择与生物柴油分子结构和极性接近的改性剂所制备的有机土OC16用于改善体系的流变性、乳化稳定性和滤失性,取得了较好的效果且不会引起低温稠化。再结合其他处理剂的合理添加,形成了一套密度为1.2g/cm~3,油水比90:10的生物柴油基恒流变体系,适用温差范围2～90℃,抗温160℃,可抗5%海水和10%岩屑污染,抑制性、润滑性和储层保护能力接近或优于传统恒流变体系。