国内外抗高温钻井液处理剂技术研究进展概述

国内外抗高温钻井液处理剂技术研究进展概述
摘要根据国内外的文献资料，介绍高温对钻井液的要求和抗高温钻井液的特性，探讨国内外抗高温钻井液处理剂研究发展概况，总结抗高温钻井液处理剂技术面临的问题以及发展方向。

关键词抗高温；钻井液；处理剂；概述
随着世界能源需求的不断增加和钻井技术的发展，浅地层埋藏的石油已不能满足需求，在深地层寻找石油已成为必然。

在中国这种现象就更为明显，全国各石油主产量区，它们大部分石油资源都埋藏在深地层中。

在这种情况下，超深井的钻探必将成为中国乃至全世界石油工业的一个重要发展方向。

在超深井钻井中，钻井液的质量是工程成败、钻速快慢和成本高低的关键。

相对常规井而言，超深井对所用的钻井液要求更高，尤其是钻井液的抗高温性能，它是深井钻井液最基本、最重要的性能。

因此，钻井液的抗温性及其高温条件下的流变性能、滤失性能是超深井钻井液工艺技术的难点。

鉴于此，世界各大石油公司和国内各油田都投人了大量的人力和物力开发抗高温的钻井液处理剂。

1 高温钻井对钻井液的要求
深井钻井可能会遇到的钻井液问题主要有一下几个方面：随着井深的增加，井底温度升高，高温易导致钻井液中的黏土分散及钻井液处理剂失效，使钻井液性能恶化。

深井经常会钻穿泥页岩及煤岩等地层，加上裸眼井段长，在钻井液的浸泡下容易造成井塌、卡钻等问题。

生产层的钻进时间长，侵入油气层的钻井液量大，不利于保护油气层。

在深井钻进中会遇到盐膏层或其它易产生污染的地层，地层中的黏土、盐膏、高压油气、地层水都可能破坏钻井液性能。

井底压力高，要求钻井液密度高，需要加较多加重剂，这会导致固相含量增加和钻井液的黏度、切力升高，且加重剂沉降问题突出。

通常采用降黏剂减稠，但降黏剂一般只能降低钻井液的结构黏度，随后还需采用结构稳定剂提高切力以悬浮加重剂，这会导致流变性变差，于是经常陷人“加重-增稠-降黏-加重剂沉降-密度下降-再次加重”的恶性循环。

高压会造成孔隙压力与破裂压力值非常接近，使钻井液安全密度很小，容易造成井喷或井漏。

高的钻井液密度不仅会增加造成压差卡钻的机会，而且会造成循环压力升高，产生压力激动、钻具磨损、钻头使用寿命减少等问题。

高温下钻井液对钻具的腐蚀程度会更严重等问题。

2 高温钻井液的特点
为解决高温钻井问题，要求抗高温钻井液应具备以下特性：良好的高温稳定性。

要求采用优质膨润土或其它优质土，处理剂的分子主链不易高温降解、功能基团亲水性能强，不容易发生高温去水化现象。

强的高温抑制能力。

硅酸盐钻井液、甲酸盐钻井液、聚乙二醇钻井液等均具有较高的抑制性。

无机盐中KCl，NaCl，Ca（OH）2均具有较好的抑制性，有机盐中甲酸盐抑制性较好。

高分子量聚合物中，带有阳离子功能团和易形成氢键的高分子量聚合物比带阴离子功能
团的抑制能力强，聚乙二醇、甘油等高聚物都具有较好的防止黏土水化、分散和抗污染能力。

良好的润滑性能。

随着井深的增加，井底压差变大、滤失量增加，必然形成厚泥饼，深井比浅井更容易发生压差卡钻。

保证钻井液在高温高压下具有优良的滤失造壁性和润滑性尤为重要。

良好的流变性能。

采用优质土或控制钻井液中黏土固相含量，减少高温增稠效应。

采用活化重晶石及其它高密度加重材料加重，尽量减少加重材料对钻井液流变性的影响。

同时以聚合物代替黏土提高钻井液携岩能力。

利用固控设备及时除去钻屑及劣质土。

最大限度地保护油气层，减少对地层的伤害。

对钻具的腐蚀性要小。

3 国内外高温钻井液处理剂技术研究概况
目前国内外出现了一些新型的抗高温处理剂。

1）高温保护剂。

澳大利亚石油研究组织开发了一种新型的添加剂GSP，可以阻止膨润土钻井液在150℃以上的高温热降解。

该高温稳定剂以天然材料为原料，其中20%的天然材料可以自然降解，这些天然材料在105℃下干燥24 h后，用粉碎机粉碎，经筛选后取粒径小于212μm的颗粒制备产品。

这些微米级的颗粒可以提高比表面，改善固-液、固-固间的相互作用，且能方便与同类添加剂和膨润土混合，因为小尺寸的颗粒阻止配制钻井液和膨润土混合时的聚集。

该添加剂在制备过程中只用了热力和物理反应，没有添加其它化学物质，因此是完全环境友好的天然材料，该添加剂可以提高膨润土钻井液的抗温能力。

2）滤失性调节剂。

一般聚合物与加重盐不配伍，且侵入地层对地层有伤害，需加入淀粉及碳酸钙才能形成泥饼，而这也会伤害地层。

因此，国外发展了抗高温的表面活性剂，如两性离子表面活性剂，它既是增黏剂又是降滤失剂。

该表面活性剂的作用机理是能与盐形成胶束，使钻井液产生高黏度，控制盐水的滤失，在不加封堵剂的情况下该钻井液透不过孔径为0.90mm和3.2mm的振动筛，且在完井后破胶容易，与油气或者地层水作用会自动破胶，免除了投产前的处理措施。

用该处理剂和加重盐即可形成一套抗高温的无固相钻井液，形成的外层泥饼易清除，对油层的损害程度低，通过现场应用表明，该钻井液在190℃高温下可稳定三天。

3）流型调节剂。

抗高温钻井液最主要的性能是高温稳定性、良好的流变性、页岩稳定性和润滑性。

从流变性来看，应选择合适的流型调节剂，使钻井液具有较高的剪切稀释特性，降低摩擦系数，提高井眼的清洗能力。

控制钻井液流变性最好的处理剂是高分子量聚合物类，另外控制滤失性的低分子量聚合物对流变性也有影响，因此需要合理选用这两类聚合物，以达到流变性和滤失性的有效控制。

在低于130℃时，生物聚合物能有效控制流变性，但是在更高温度下，需要合成聚合物，大部分人工合成聚合物是聚合电解质，在高温下性能稳定，但是塑性黏度高，在高固相高密度钻井液中该问题更突出，因此需要探索另外的途径。

4）密度调节剂。

重晶石至今仍然是最主要的钻井液密度调节材料，但是其质量、经济可行性不停地下降，密度达到4.2g/cm3的重晶石资源也正在衰竭，这在北美市场上表现得非常明显，高质量的重晶石需进口才能满足深水钻井、美
国中部和加拿大西部地区的钻井要求。

从环境保护的角度考虑，用钛铁矿取代重晶石可以减少重金属的排放，但二十世纪后期的现场测试表明，钛铁矿会造成磨蚀问题。

4 结语
近年来国内外在抗高温钻井液处理剂研究与应用方面已取得了可喜的进展，基本上能满足钻井的需要，在新型抗高温处理剂研究方面也积累了一些经验。

抗高温钻井液性能稳定，热稳定性好，具有良好的抑制性和防塌性，且易于维护。

抗高温钻井液具有优良的润滑性能，泥饼薄而坚韧，泥饼粘附系数低于0.15。

抗高温钻井液的循环压耗比普通钻井液的压耗低，有利于防漏。

抗高温钻井液在使用过程中，由于表面张力较大，产生起泡现象，严重影响了泵效，并且为了消泡，使用了大量的消泡剂，增加了钻井液成本，建议优选合适的表面活性剂，以降低表面张力，减弱气泡的形成。

抗高温钻井液未能解决营城组变质岩坍塌的问题，建议进一步提高抗高温钻井液的防塌能力。

就目前发展看，需要进一步提高抗高温钻井液处理剂的研究开发整体水平，进而满足工业不断发展的需要，积极促进石油工业的健康快速发展。

参考文献
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