国内外钻井液技术

⑵甲酸盐与常用聚合物处理剂具有较好 的配伍性，并能减缓多种粘度控制剂和 降滤失剂在高温高压条件下的水解和氧 化速度。因此，甲酸盐钻井液可抗高温， 并且性能稳定。 ⑶甲酸盐为强电解质，因此甲酸盐钻井 液对泥页岩水化膨胀、分散有很强的抑 制作用，与储层岩石和流体的配伍性好， 同时抗盐、抗钙、抗固相污染的能力也 明显优于淡水钻井液。
2、两性离子聚合物钻井液新发展 20世纪90年代初期，西南石油学院、石 油勘探开发科学院油化所与油田一起研 究成功两性离子聚合物钻井液，已在上 万口井中使用。为了进一步提高该体系 的抑制性能，成功研究出了高阳离子度 的包被剂FA368、降粘剂XY28、两性离 子降滤失剂JT888、两性离子磺化酚醛树 脂（ARP、PSP）和两性离子树脂沥青 FT301等，由它们组配的钻井液，防塌抑 制性能进一步提高，已在现场广泛使用。

钻井液中使用的聚合醇大多数是聚乙二醇（聚丙烯乙二醇）、 聚丙二醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚丙三醇或聚乙烯乙二醇等。 聚合醇是一种非离子表面活性剂，溶于水，但其溶解度随温度 升高而降低，到达某个温度之后聚合醇溶液就会形成浊状的微 乳液，聚合醇部分溶解，这一温度被称为浊点，这个现象是可 逆的，当温度降至浊点以下时，聚合醇又完全溶解。由于聚合 醇具有上述特点，因而当钻井液的井底循环温度高于聚合醇浊 点时，聚合醇钻井液发生相分离，不溶解的聚合醇封堵泥页岩 的孔喉，阻止钻井液滤液进入地层，从而使钻井液与泥页岩隔 离，起到稳定井壁的作用。此外，聚合醇可在泥页岩表面产生 强烈吸附（吸附量随温度升高而增加），形成一层吸附层，阻 止泥页岩水化、膨胀与分散。聚合醇浊点与聚合醇化学组成有 关，并随其加量及钻井液含盐量的增加而降低。因而可以通过 选用不同类型的聚合醇、调整聚合醇加量和含盐量来改变浊点。 现场使用聚合醇钻井液时，为了获得好的稳定井壁效果，要求 聚合醇分子量不能过大，以使其能进入泥页岩孔喉中；聚合醇 浊点应与井底循环温度一致（当井壁不稳定地层处于不同深度 的裸眼井段时，应选用多种具有不同浊点的聚合醇的混合物）； 注意钻井液中含盐量的变化对聚合醇浊点的影响；可在聚合醇 钻井液中加入钾盐、铝盐等进一步提高其稳定井壁的效果。
5、硅酸盐钻井液
①硅酸盐钻井液研究简况 原苏联与美国在 20 世纪 30 年代就开始研 究硅酸盐钻井液，并证实该钻井液具有 较好的防塌效果，并在现场使用硅酸盐 （ 15 ～ 20 ％）钻井液。但由于该钻井液 的流变与滤失性能不好控制，热稳定性 不好（抗温达100℃），对测井结果有影 响，因而没有广泛应用。美国于 1949 年 否定了该钻井液。

6、甲基葡萄糖甙钻井液

甲基葡萄糖甙（ MEG ）钻井液是最近开 发的、不污染环境的水基钻井液。其性 能与油基钻井液接近，能稳定泥页岩， 具有良好的润滑性和降滤失性能。 MEG 是葡萄糖的衍生物，由玉米淀粉制得， 无毒性，且易生物降解。MEG分子是含4 个羟基和1个甲基的两排环状结构。MEG 钻井液具有以下特点。
3、聚合醇钻井液

聚合醇（又称多元醇）钻井液是 20 世纪 90 年代研制成功的一种新型防塌钻井液。 此类钻井液可通过在水基钻井液中加入 一定数量的聚合醇配制而成。聚合醇钻 井液具有较好的抑制性与封堵性，能有 效地稳定井壁；润滑性能好，当聚合醇 加量为3％时，钻井液的润滑系数降低80 ％以上；毒性极低，易生物降解，对环 境影响小。


为了充分发挥硅酸盐稳定井壁的作用，克服上 述弱点，原苏联一直致力于该钻井液的研究工 作，研究成功稀硅酸盐钻井液。该钻井液使用 的硅酸盐模数为 2.84 ～ 3.22 ，加量为 2 ～ 5 ％， 采用CMC、改性淀粉、水解聚丙烯腈或腐植酸 类产品等作为稳定剂，并加入适量的降粘剂， 钻井液的流变与滤失性能都比较好控制。上个 世纪60年代中期稀硅酸盐钻井液开始在现场使 用，并采用稀硅酸盐－盐溶液加固潜在的不稳 定泥页岩，取得较好的稳定井壁效果。稀硅酸 盐钻井液学固相含量高的情况下，流变性能控 制仍存在一定的难度。

⑷甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性较弱， 对钻具和井下设备、材料基本不会造成 损害，从而避免了过去使用NaCl、KCl、 CaCl2 、 CaBr2 和 ZnBr2 等卤化物配制清洁 盐水钻井液时带来的腐蚀问题。当各种 卤化物加量很大时，即使加入缓蚀剂也 难免对钻具等造成较严重的损害。 ⑸甲酸盐的毒性极低，并可生物降解， 因而容易为环境所接受。

多元醇可直接加入聚合物钻井液或聚合钻井液 中，其加量必须达到 3 ％才能起到较好的稳定 井壁作用。当钻井液的井底循环温度低于80℃ 时，由于强的氢键结合力，多元醇会使钻井液 粘度、切力增大（目前还没有研究出有效的降 粘剂），如能保持基浆有较低的膨润土含量， 则多元醇对钻井液粘度、切力的影响会显著降 低；当井底循环温度超过80℃时，加入多元醇 对钻井液的流变性能影响不大。多元醇树脂钻 井液在准葛尔盆地、胜利和冀东等油田10多口 井中使用，已见到较好的效果。

5) 硅酸盐稳定含盐膏地层的机理主要是 硅酸根与地层中的钙镁离子发生作用， 形成沉淀，从而在含膏地层表面形成坚 韧致密的封固壳来加固井壁。 硅酸盐钻井液尽管有较好的稳定井壁作 用，但当膨润土含量高时，或钻进含较 多蒙脱石或伊利石无序间层的造浆性强 的泥岩地层时，其流变性能不易稳定， 今后必须在这方面继续进行深入研究， 使该钻井液得到更为广泛的应用。
②硅酸盐钻井液作用机理的研究 国外对硅酸盐钻井液的作用机理进行了系统的 研究，近年来石油大学又对其进行了更深入的 研究，综合它们的研究成果可得出以下结论。 1) 硅酸盐在水中可以形成不同大小的颗粒－离 子状态的、胶体状态的和分子状态的，这些颗 粒通过吸附、扩散等途径结合到井壁上，封堵 地层孔喉与裂缝。 2) 进入地层的硅酸根与岩石表面或地层水中的 钙镁离子发生反应形成硅酸钙沉淀，覆盖在岩 石表面起封堵作用。


⑴HCOONa和HCOOK饱和溶液的密度分 别为 1.34 和 1.60g/cm3 ，因而所配制的甲 酸盐钻井液具有较宽的密度范围。如需 要 更 高 密 度， 还 可 使 用 甲 酸 铯 （ HCOOCs ）钻井液，其最高密度可达 2.3g/m3 。由于不需另添加膨润土与完井 液。显而易见，该类钻井液与完井液不 仅水力特性优良，环空压耗小，有利用 提高机械钻速，而且对储层具有很好的 保护作用。


两性离子聚合物钻井液具有强抑制性， 正电胶钻井液具有特殊的流变性能。为 了集两种钻井液的优点于一种钻井液中， 石油勘探开发科学研究院油化所通过分 子设计，提出了采用有机阳离子和复合 金属离子与阴离子、非离子共聚的技术 思路，设计出新型处理剂复合金属聚合 物－PMHA增粘包被剂和JMHA降滤失剂。 由上述处理剂为主剂组成的 PMHA 钻井 液已在江苏、中原、辽河等油田 10 多口 井中应用，获得了预期的效果。

3) 进入地层的硅酸根遇到 PH 值小于 9 的地层水， 立即变成凝胶而封堵孔隙与裂缝。 4) 在温度低于 80℃时，稀硅酸盐钻井液稳定泥 页岩的机理是通过多个氢键、静电力和范德华 力的叠加，与泥页岩中的粘土矿物形成超分子 化学结合力为主，缩合反应为辅；而当温度超 过 80℃（在 105℃以上更为明显）时，硅酸盐 的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应， 产生胶结物质，把粘土等矿物颗粒结合成牢固 的整体，封固井壁。

90 年代，随着对环保要求越来越严格， 油基钻井液的使用受到限制。为了解决 井壁稳定问题，美国、英国等国家的钻 井液公司也开始研究硅酸盐钻井液，并 研究成功用破碎剂来破坏硅酸盐在储层 形成的封堵层，较好地恢复了储层的渗 透率。硅酸盐钻井液已在北海、阿拉斯 加、纽芬兰、墨西哥湾等地区使用。在 中国，石油大学于 1997 年开始研究稀硅 酸盐钻井液，现已在胜利、塔里木油田 等10多口井中使用。
聚乙二醇钻井液已在墨西哥湾、北
海、苏丹等许多油田使用。中国江 汉石油学院已研究成功聚合醇JLX， 该剂是低分子量嵌段共聚物。由JLX 为主剂组配的聚合醇钻井液在渤海、 南海西部、东海、辽河、中原、大 港、塔里木和江苏等油田使用取得 较好的效果。
4、多元醇树脂钻井液

多元醇树脂（代号为 FGA ）钻井液是近 年来石油大学研究成功的一种新型防塌 钻井液。 FGA 是一种非离子型聚合物， 分子链上全部是碳原子，侧链大多数是 羟基，分子量为 5×104 ～ 10×104 。该剂 基本上没有絮凝包被作用，主要靠吸附 交联、粘结成膜作用来稳定井壁。 FGA 是一种化学固壁剂，其稳定井壁机理可 归纳为以下几方面。
①强的抑制性与封堵作用。MEG分子通过其亲 水羟基可以吸附在井壁和岩屑上形成半透膜， 半透膜的完善程度和MEG加量成正比。此外， 该钻井液能很快形成低渗透率的坚硬滤饼，其 不溶颗粒可以起到桥堵作用。因而该钻井液具 有良好的稳定井壁作用。 ②良好的润滑性能。国外的 AMBAR 钻井液公 司用MEG作为润滑剂，按API RP-13B润滑性能 评价程序测定其润滑系数为 0.06 。国外已成功 地使用 MEG 钻井液钻进井斜角为 60º 的大斜度 井和水平井。

③有效地保护油气层。 MEG 钻井液表面 张力低，对油气层损害低，其渗透率恢 复值高达88.7％。 ④性能稳定。 MEG 钻井液配方简单，性 能稳定。 MEG 分子中存在甲基，因而钻 井液热稳定性好。

7、甲酸盐钻井液（羧酸盐钻井液） 将甲酸（ HCOOH ）与 NaOH 或 KOH 在高 温高压条件下进行反应，可生成甲酸钠、 甲酸钾等盐类。利用这些甲酸盐配成的 水基钻井液称为甲酸盐钻井液。研究结 果表面，这类近期出现的新型钻井液具 有以下多种优良的性能：


①FGA 分子上的羟基是强极性基团，在粘土矿物表面 有很强的氢键吸附作用。 ② FGA 在碱性环境下产生强亲核性的烷氧负离子，与 粘土矿物表面的铝离子和硅离子有强的亲合力，相互 吸引到足够小的距离时便键合起来，形成化学交联。 ③由于上述作用，FGA在地层表面形成连续且致密的 膜，该膜的渗透率特别低，CO2气体的透过率也只有 2 0.02g/m ，膜拉伸强度达69～349MGA水溶液在 某些物质作用下可以形成凝胶，失去流动性，封堵易 塌地层的孔喉和微裂缝，封固井壁，阻止钻井液及其 滤液进入地层。FGA还可通过提高钻井液液相粘度和 吸附在粘土表面封堵滤饼孔隙，降低钻井液滤液量与 -3 2 滤饼渗透率（低于1×10 um ），从而达到稳定井壁的 目的。
一、防塌钻井液
1、阳离子聚合物钻井液的新发展


近几年来，国外也开始进行阳离子聚合物钻井液的研究，根据 1997～1998年《世界石油》杂志的统计，阳离子聚合物钻井液的 商标名称已增为13种。 20世纪80年代末期，石油勘探开发科学研究院钻井所研究成功阳 离子聚合物钻井液，该钻井液对稳定井壁有较好的效果。但当时 由于处理剂不配套，影响了其效果。到1990年后，为了提高该钻 井液体系稳定井壁的效果，又研究出阳离子度更高、抑制效果更 好的新的阳离子聚丙烯－－酰SP－Ⅱ和CHM，小分子有机阳离子 NW －1和CLM；含阳离子基团的降滤失剂CHSP、CLG，降粘剂 GN － 1 和低荧光防塌剂 WFT － 666 ；阳离子乳化沥青 CEA 等。由 这些处理剂可组配成效果更好的阳离子聚合物钻井液，该钻井液 在塔里木盆地、渤海、南海、冀东等油田近200口深井、超深井、 水平井中使用，最高密度达2.3g/cm3(英科1 井) ，在抗温、抗盐、 润滑、稳定井壁等方面均取得较好的效果。


在甲酸盐钻井液中，根据对降滤失和粘度控制 的需要，XC生物聚合物、淀粉以及其它聚合 物处理剂常与甲酸盐配合使用。此外，一些稀 释剂、PH缓冲剂、H2S或二价金属离子清除剂 以及暂堵剂等也可根据具体情况选用。从理想 情况来考虑，甲酸盐钻井液最好不含有固体加 重材料。但是，由于甲酸铯价格昂贵，因此当 所要求密度超过1.60g/cm3时，一般可使用 CaCO3、FeCO3和Fe2O3等酸溶性加重材料。其 中使用Fe2O3时，钻井液密度可达2.3g/cm3。这 些酸溶性加重材料可在油井酸化时被清除，因 此不会对储层造成严重损害。