基于仿生技术的强固壁型钻井液体系
钻井液种类简介
钻井液种类简介
1、聚合物无固相钻井液体系
特点是不含土相，固含低、机械钻速快，用于提高上部地层机械钻速。
处理剂以选择性絮凝处理机为主，常用PHP（0.05～0.15%）和K-PAM(0.05～0.3%)。
小于30度和无固相钻井液已不能适应的井段。
调整原则
随地层破碎程度增加，胶结性变差或裂缝发育，应在保持矿化度的前提下（防起泡）提高沥青类处理剂含量作封堵只用。
易塌区块辅以0.5～1.0%聚合醇或无渗透
抑制剂，加强体系的防塌抑制性。
3、聚磺钻井液体系
聚磺钻井液体系具有如下特点：1.利用KPAM、KPHP、PAC等高分子聚合物作为包被抑制剂，既能提高钻井液体系粘度，同时提供体系K+增强钻井液的抑制性。
2.
5、应充分水化配制钻井液用膨润土。
6、配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入，避免直接加入固体或粉末状处理
剂。
7、应控制好钻井液处理剂的加入比例、顺序和方法。
现场维护
1、充分发挥固控设备清除钻屑的效率。
2、需补充处理剂，应缓慢、均匀加入钻井液处理剂胶液，尽量避免直接加入处
理剂固体或干粉。
6。
钻井液体系介绍
PEM钻井液
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻井 液体系（简称PEM泥浆体系，Protecting Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
PEM钻井液
应用范围： 用于中下部井眼段、强水敏性复杂地层、大斜度大位 移井，环境敏感地区作业井的作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 烧碱 PAC-HV XC PF-JLX KCl 2040 23 35 12 3050 3050 纯碱 PF-FLO PF-PLUS PF-TEX PF-LPF 12 510 35 510 515
海水膨润土浆钻井液
常见性能： FV：30-40 s YP/PV〉2
维护处理： 用海水钻进，膨润土稠泥浆塞洗井携砂； 维持稠泥浆的YP(Pa)等于或大于PV(mPa.s)； 预水化膨润土浆配好以后，在泵入前加入石灰来提 高泥浆的粘度和切力，加入石灰后停止循环和搅动 以保持絮凝状态。
海水聚合物浆钻井液
分散体系
由水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂） 配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液区别，有时又 称为细分散钻井液。 在较深井段，需要泥浆密度较高或井眼条件可能比较复杂时，泥浆通常需要 分散，典型的分散剂有木质素磺酸盐、褐煤或单宁。它们是有效的反絮凝剂 和降滤失剂。经常使用一些含钾化学品可提高页岩稳定性。添加专门的化学 品调节或保持特定的泥浆性能。
钻井液体系分类
低固相钻井液体系
该体系的固相体积含量和类型受到控制，总的固相体积含量不能超过 610%。粘土固相体积含量不超过3%并要求钻井固相和膨润土的比 例小于2:1。该体系是不分散体系，通常使用结合添加剂作增粘剂和膨 润土增效剂。该体系的一个最显著优点是能大大提高钻井速度。
钻井液体系总汇分类
钻井液的种类（1）稳定泡沫钻井液技术稳定泡沫钻井液是一种低密度钻井液体系，是在钻井液中加入表面活性剂，降低气、液、固三相表面张力，使空气均匀、稳定地存在于体系中，从而降低钻井液密度。
其特点是能够产生低于水的表观密度，在低压地层中产生微泡膨胀桥堵孔隙，保护油气层，提高勘探开发的综合效益。
通过对稳定泡沫钻井液系统研究，开发出适合大港油田低压油气藏特点的稳定泡沫钻井液体系。
我公司进行了稳定泡沫钻井液技术研究，形成了研究成果。
在现场应用中实现钻井液密度可调、泡沫稳定时间较长、抗污染能力强等优点。
在官新10-16井进行了现场试验，现场钻井液密度达到0.7g/cm3,收到了预期的效果。
2003年我公司在长庆油田气探井的服务中成功应用该钻井液技术，解决了低压气藏储层保护的难题。
（2）无固相欠平衡钻井液技术无固相欠平衡钻井液主要是为了解决低压、低渗油气藏而研究的钻井液体系，控制合理的钻井液密度实现欠平衡条件，减少钻井液滤液对储层的损害是该技术的核心，它适用于灰岩地层、稳定的砂泥岩地层。
1999年完成了第一口井深为5191.96m板深7井，所用的钻井液体系为具有防H2S损害、CO2腐蚀及防水锁损害的无土相钻井液，体系的特点主要表现在：体系采用无土相有利于保护油气层；体系的抑制性较强；体系具有防腐能力；体系便于维护；有利于清洗井眼，由于采用欠平衡有利于提高机械钻速；成本低。
到2002年使用该钻井液体系，相继完成了板深8、板深4、千18－18、西G2等16口井的现场应用，使用最高密度为1.42g/cm3，最低密度为0.84g/cm3。
该体系在现场应用中取得了明显的效果，尤其在保护油气层方面成果显著，该体系在大港油田首次欠平衡探井施工作业中一举成功，在所实施井中平均恢复值达到88%，实施井均获得良好的油气显示，为发现和保护油气层展现了光明的前景，尤其板深7井最为突出，经过5～11mm油嘴多次测试，平均产气量为1×105m3/d，其中轻质油31.75 m3/d，完钻后测试表皮系数为-1.35，投产后井口压力和油气产量相对稳定。
强抑制封堵钻井液体系研究及应用
强抑制封堵钻井液体系研究及应用由于某油田某区块在钻井的时候很容易出现井壁坍塌和漏失问题，所以研制开发出一种全新的强抑制封堵钻井液体系是非常必要的。
此体系的原理是利用氯化钾、硅酸钠与聚胺抑制剂的多元复合作用，来有效的抑制页岩水化分散，页岩膨胀率相比于清水降低了68.2%，毛细管吸入时间相比于清水降低了63.5%。
这一体系的物理原理是以封堵为基础配合硅酸盐的化学固壁作用，低渗沙盘封堵试验滤失量只有8.9mL，能够充分封堵地层孔隙、微裂缝，减小滤液对地层侵入的几率，提升井壁的稳定性，防止井下发生漏失问题。
这一体系在某油田**-41井的五开井段进行现场运用，结果显示这一体系在钻进过程当中具有稳定性，流变的状态优良，井径规则，五开井段平均井径扩大的几率只有1.3%。
标签：强抑制;强封堵;水基钻井液;井壁稳定引言：以白垩系与第三系碳酸盐岩油藏为主的大型油田其开发对象主要包括：第三系的某油藏以及白垩系某油藏，这其中**地层上、中部主要是大套泥岩，下部是大套泥岩夹薄层石膏，另一地层主要是泥岩与厚薄不均匀的石膏不等厚互层，下部地层主要是灰岩，钻井施工当中十分容易出现井壁失稳、漏失等复杂情况。
对于地层特性开发新型强抑制封堵钻井液体系，体系当中引入硅酸钠，不但能够提升钻井液的抑制性，还能够利用化学的作用，充分封堵井壁孔隙与微裂缝，降低孔隙压力的传递作用，使化学固壁得以实现，保证井下的安全。
1 实验材料与仪器主要材料：膨润土、碳酸钠、氯化钾、硅酸钠、流型调节剂BZ-HXC、抗温抗盐降滤失剂BZ-JLS-I、聚合醇BZ-YRH、防塌封堵剂BZ-YFT、聚胺抑制剂BZ-YZJ、细钙、重晶石。
实验仪器设备：ZNN-D6S型旋转黏度计、高温滚动加热炉、OFI高温高压滤失仪和封堵仪、ZNS-4中压失水仪、CST毛细血管吸入时间测定仪以及NP-01A 线性页岩膨胀仪。
2 各因素对钻井液性能影响经过实验考察硅酸钠加量对钻井液性能的影响，优化钻井液的配方。
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方一. 不分散聚合物体系不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。
常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。
1.不分散聚合物体系特点（1）具有很强的抑制性。
通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。
（2）具有较强的悬砂、携砂功能。
通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。
（3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。
（5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2.配方3.技术关键1.加大包被剂用量（171/2″井眼平均约3.5千克/米，121/4″井眼约3.0千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。
2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范围为30～45克/升）。
般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。
3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥饼质量。
4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%），降低磨阻，防止钻头泥包。
5.使用适量的HPAN、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/小分子聚合物的最佳比例2.5～3:1）,降低滤失，有利于形成优质泥饼。
一种钻井液、固壁剂及组合应用方法[发明专利]
![一种钻井液、固壁剂及组合应用方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f0d1783250e2524de4187ebd.png)
专利名称：一种钻井液、固壁剂及组合应用方法专利类型：发明专利
发明人：刘振东,张敬辉,李公让,周守菊,孙浩玉,李卉申请号：CN201710559041.8
申请日：20170711
公开号：CN107353883A
公开日：
20171117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及钻井液、固壁剂及其应用领域。
包括水和膨润土、包被抑制剂、小分子聚合物、流型调节剂、降滤失剂、烧碱和纯碱组成的钻井液；包括阳离子聚合物PDDA和成膜反应剂组成的固壁剂；以及前述钻井液和固壁剂的组合应用方法：按照钻井液循环周期，每一个周期内加入占钻井液质量百分比2~5%的固壁剂。
该发明利用固壁剂中的氯化钙与钻井液中的碳酸钠反应生成碳酸钙，然后进行自组装的方式，在钻井井壁上形成致密、坚固的表面膜，用于对井壁进行加固，拓宽钻井液的安全密度窗口，保障钻井安全。
申请人：中石化石油工程技术服务有限公司,中石化胜利石油工程有限公司,中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
地址：100101 北京市朝阳区北辰西路8号北辰世界中心A座703
国籍：CN
代理机构：东营双桥专利代理有限责任公司
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一种水基钻井液强固壁防塌剂评价方法[发明专利]
![一种水基钻井液强固壁防塌剂评价方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a4789ad9e109581b6bd97f19227916888486b922.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810403238.7(22)申请日 2018.04.28(71)申请人 中石化石油工程技术服务有限公司地址 100101 北京市朝阳区北辰西路8号北辰世界中心A座703申请人 中石化胜利石油工程有限公司 中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司(72)发明人 郭保雨 邱正松 王旭东 钟汉毅 邱维清 陈二丁 汤志川 赵欣 孙强 蒋莉 李蕾 赵红香 石亚男 刘学明 刘伟 (74)专利代理机构 东营双桥专利代理有限责任公司 37107代理人 罗文远(51)Int.Cl.G01N 3/24(2006.01)G01N 3/08(2006.01)G01N 1/28(2006.01)G01N 1/32(2006.01)(54)发明名称一种水基钻井液强固壁防塌剂评价方法(57)摘要本发明涉及一种水基钻井液强固壁防塌剂评价方法。
其技术方案是：采用拉伸剪切强度测试强固壁防塌剂在岩心片试样表面的胶结性能，即在平行于粘接面且在试样主轴方向上施加一拉伸力，测试材料单搭接粘接处的剪切应力。
有益效果是：（1）该方法考虑了强固壁防塌剂“胶结、固化”的特殊作用方式，改善了单纯采用封堵、抑制等实验方法产生的片面性和误差性；（2）考虑到钻井液处理剂的作用特点，对拉伸剪切强度测试的试样材料、表面处理、固结方式、测试方法等步骤进行了改进，建立了新的适用于钻井液强固壁剂的评价方法和指标，比现有技术更加合理、高效。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 108801805 A 2018.11.13C N 108801805A1.一种水基钻井液强固壁防塌剂评价方法，其特征是：采用拉伸剪切强度测试强固壁防塌剂在岩心片试样表面的胶结性能，即在平行于粘接面且在试样主轴方向上施加一拉伸力，测试材料单搭接粘接处的剪切应力。
2.根据权利要求1所述的水基钻井液强固壁防塌剂评价方法，其特征是：所述的试样长（100±0.2）mm，宽（25±0.2）mm，高（2±0.1）mm，胶结面长度为（12.5±0.5）mm，可由平板制备，也可由单片制备。
页岩水平井斜井段强抑制强封堵水基钻井液技术
页岩水平井斜井段强抑制强封堵水基钻井液技术近年来，页岩气的勘探和开采工作日益活跃，而页岩水平井斜井段中的强抑制强封堵水基钻井液技术也因此得到了广泛关注和应用。
本文将就该技术的原理、工艺和应用效果作出分析和探讨。
1. 抑制和封堵机制随着水基钻井液的使用，随着井深的增加，地层中的钙、镁、铁等离子渐渐增多，导致了水基钻井液的失稳、损伤地层等问题。
而页岩气开采的特殊地质环境下，水基钻井液的失稳等问题会更为严重。
因此，发展一种能够在水基钻井液中抑制和封堵离子和天然气渗透的技术就显得非常重要了。
在水基钻井液中加入适量的聚合物、碳酸盐等成分，可形成一种具有抑制和封堵作用的稳定体系。
其中，碳酸盐是一种具有中性pH值的化学物质，它能够有效降低水基钻井液中的离子浓度，使水基钻井液保持稳定性，并降低了渗透压。
而聚合物的添加则能够增加水基钻井液中的黏度，形成一层密实的钻井液层，有效维护钻井壁的完整性，抑制了页岩气和地层水的渗透。
2. 工艺流程该技术的工艺流程主要有以下几个步骤：（1）原料供应：选用质量稳定的碳酸盐和聚合物等原料供应商进行采购。
（2）液相配制：根据钻井地层不同，按照一定比例将碳酸盐、聚合物等原料混合，制成液态水基钻井液。
（3）体系控制：通过对水基钻井液中碳酸盐、聚合物等成分的组成比例控制，保证其稳定性，进而实现抑制和封堵作用。
（4）钻井倒削：在钻井过程中按照约定的用量进行投放使用。
3. 应用效果该技术的应用效果非常显著，主要表现在以下几个方面：（1）降低钻井液中钙、镁、铁等离子浓度，避免钻井液的失稳。
（2）增加钻井液的黏度，抑制了页岩气和地层水的渗透，保持了石灰岩的完整性。
（3）降低了渗透压，保证钻井过程的安全性。
总体而言，页岩水平井斜井段强抑制强封堵水基钻井液技术是一种非常实用的技术工艺，能够有效避免水基钻井液在页岩气开采过程中出现失稳、渗透等问题。
随着技术的不断完善和应用范围的扩大，相信它将在未来得到更广泛的应用和推广。
基于仿生技术的强固壁型钻井液体系
基于仿生技术的强固壁型钻井液体系宣扬;蒋官澄;李颖颖;耿浩男;王金树【摘要】基于仿生技术,模仿海洋生物贻贝分泌的贻贝蛋白具超强黏附性能的特点,合成了仿生固壁剂GBFS-1和仿生页岩抑制剂YZFS-l,并以这2种仿生处理剂为核心,研制了可有效加固井壁并维持井壁稳定的仿生钻井液体系.2种仿生处理剂的性能评价结果表明:GBFS-1具有良好的降滤失性能,且在井壁岩石表面形成的仿生壳能胶黏岩石,胶黏能力强于常见的市售胶黏剂；YZFS-1具有良好的抑制页岩水化膨胀和分散、剥落的能力,抑制效果优于目前国内常用的页岩抑制剂,且有良好的造浆抑制能力.通过处理剂配伍性评价和加量优化,确定了仿生钻井液体系的配方,对其性能进行了评价并与现场应用的某种防塌钻井液体系进行了对比,结果表明:仿生钻井液体系各项基本性能良好,且能有效抑制页岩水化膨胀和分散剥落,总体上优于对比钻井液体系.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2013(040)004【总页数】5页(P497-501)【关键词】井壁稳定;仿生技术;固壁剂;页岩抑制剂;钻井液【作者】宣扬;蒋官澄;李颖颖;耿浩男;王金树【作者单位】中国石油大学(北京)石油工程学院;中国石油大学(北京)石油工程学院;中国石油大学(北京)石油工程学院;中国石油大学(北京)石油工程学院;中国石油大学(北京)石油工程学院【正文语种】中文【中图分类】TE2540 引言井壁稳定问题一直是困扰国内外钻井界的难题，井壁失稳引发的事故平均每年造成近10×108美元的经济损失[1]。
大多数研究者以减轻钻井液对井壁稳定性的不利影响为主要目标，研究能避免井壁失稳的钻井液体系[2-8]。
然而，由于不能完全抑制泥页岩的水化膨胀或阻止自由水的滤失，这些钻井液体系只能在一定程度上减轻井壁失稳所造成的影响，不适用于极易坍塌或造浆的地层。
为了从根本上避免井壁失稳引起的缩径卡钻、井壁坍塌等工程事故，应该随钻将井壁岩石直接加固，大幅提高井壁岩石的力学稳定性，这是近年来国外学者最新研究的井壁强化技术。
增效型无土相仿生油基钻井液技术的研究与应用
增效型无土相仿生油基钻井液技术的研究与应用
蒋官澄;黄胜铭;侯博;孟凡金;屈艳平;王浩
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】2024(47)2
【摘要】针对深井超深井钻井过程中钻遇高温高压、井壁失稳及井下复杂情况的难题,基于仿生学、超分子化学以及岩石表面润湿性理论,通过优选仿生增效剂、仿生提切剂及仿生降滤失剂,配套相关处理剂,最终形成了一套适用于深井、超深井地层钻探的增效型无土相仿生油基钻井液体系。
研究发现,建立的增效型无土相仿生油基钻井液体系可抗220℃高温,配制密度为2.4 g/cm^(3),破乳电压大于400 V,高温高压滤失量为3.2 mL,人造岩心在该体系中220℃下老化后的抗压强度达到7.1 MPa,平均渗透率恢复值为93.9%。
现场应用情况表明,体系流变性能稳定,平均机械钻速比邻井提高16%,平均井径扩大率仅为1.25%,可有效解决深井超深井钻井过程中出现的井壁失稳难题,为我国深井超深井的钻探提供了技术保障。
【总页数】11页(P93-103)
【作者】蒋官澄;黄胜铭;侯博;孟凡金;屈艳平;王浩
【作者单位】中国石油大学(北京)石油工程学院;油气资源与探测国家重点实验室;中国石油川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE2
【相关文献】
1.强封堵型无土相油基钻井液在四川页岩气井水平段中的应用
2.高密度无土相油基钻井液研究及在四川页岩气水平井的应用
3.无土相钻井液屏蔽暂堵技术研究与应用
4.无土相油基钻井液的研究与应用
5.环保型生物柴油基钻井液体系研究及应用
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塌或造浆的地层。为了从根本上避免井壁失稳引起的
海洋生物贻贝分泌的足丝蛋白具有超强的黏附能
缩径卡钻、井壁坍塌等工程事故，应该随钻将井壁岩 力，能够在水环境下牢固地黏附在几乎任何基材上，
石直接加固，大幅提高井壁岩石的力学稳定性，这是 包括金属、岩石、聚合物膜等[9]。贻贝蛋白这种超强的
近年来国外学者最新研究的井壁强化技术。由于不能 黏附性能来源于其中包含的一种关键基团，本文称之
（中国石油大学（北京）石油工程学院）
基金项目：国家自然科学基金项目（51074173）；中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目“钻井新技术新方法研究”
摘要：基于仿生技术，模仿海洋生物贻贝分泌的贻贝蛋白具超强黏附性能的特点，合成了仿生固壁剂 GBFS-1 和仿 生页岩抑制剂 YZFS-1，并以这 2 种仿生处理剂为核心，研制了可有效加固井壁并维持井壁稳定的仿生钻井液体系。 2 种仿生处理剂的性能评价结果表明：GBFS-1 具有良好的降滤失性能，且在井壁岩石表面形成的仿生壳能胶黏岩石，
中图分类号：TE254
文献标识码：A
A biomimetic drilling fluid for wellbore strengthening
Xuan Yang, Jiang Guancheng, Li Yingying, Geng Haonan, Wang Jinshu
(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)
in order to enhance the strength of shale rocks near wellbore and maintain wellbore stability. Various inhibition evaluation tests show that
YZFS-1 can strongly inhibit clay hydrated swelling and the resulting shale dispersion, due to the adsorption and self-polymerization of
effectively inhibit shale swelling and dispersion.
版权所有 Key words: wellbore stability; biomimetic technology; wellbore strengthener; shale inhibitor; drilling fluid
岩石“宏观”地加固，使井壁岩石在水化膨胀时所受 响规律基本一致，加入 GBFS-1 后，基浆的表观黏度、
的水化应力被仿生壳的内聚力削弱，从而起到维持井 塑性黏度、动切力和动塑比（动切力与塑性黏度的比
壁稳定的作用；由于 GBFS-1 具有定点固化的特性，远 值）均增大，API 滤失量和高温高压滤失量均显著减
Abstract: Based on biomimetic technology, wellbore strengthener GBFS-1 and shale inhibitor YZFS-1 were synthesized imitating the mussel protein which has super adhesion. A new drilling fluid system centering on the two biomimetic agents was designed and prepared
壁剂 GBFS-1。图 1 为一组页岩岩屑在 GBFS-1 水溶液 间吸附饱和。YZFS-1 分子嵌入黏土的片层结构之间后，
中随时间的形貌变化，可以看出：①初始状态下，浸 虽然增大了黏土的层间距，使黏土“膨胀”，但 YZFS-1
泡于淡棕色澄清溶液中的岩屑表面没有其他物质存 分子嵌入后的层间距远小于黏土水化后的层间距。此
1.1 仿生固壁剂 GBFS-1 作用机理
大，膨润土的层间距不断增大；当 YZFS-1 溶液的浓度为
通过在某聚合物主链上接枝 X 基团，合成一种具 1.0%时，层间距达到最大值（1.54 nm），继续增大 YZFS-1
有类似贻贝蛋白性质的水溶性接枝聚合物，即仿生固 溶液的浓度，层间距基本保持不变，YZFS-1 分子在层
biomimetic drilling fluid was established, and its performance was evaluated and compared with another anti-caving drilling fluid. The
results show the biomimetic drilling fluid is better in all basic performances than the anti-caving drilling fluid on the whole, and can
离井壁的钻井液的流变性不会受到影响。
小。因此，GBFS-1 能大量减少侵入地层的自由水，防
1.2 仿生页岩抑制剂 YZFS-1 作用机理
止井壁在仿生壳形成之前就因页岩水化膨胀而失稳。
仿生固壁剂 GBFS-1 在井壁岩石表面形成仿生壳 2.1.2 仿生壳固壁性能
需要一定时间，在此期间井壁仍有可能因页岩水化膨
show that the shear strength of two shale pieces glued together by the biomimetic shell in aqueous environment is obviously stronger than
glued by several commonly-used binders. Through compatibility evaluation and dosage optimization of the additives, the formula of
2013 年 8 月
宣扬 等：基于仿生技术的强固壁型钻井液体系
499
表 1 不同单体配比的 GBFS-1 对基浆流变性和滤失量的影响
样品
4%基浆 4%基浆+ 3% GBFS-1（1#） 4%基浆+ 3% GBFS-1（2#） 4%基浆+ 3% GBFS-1（3#） 4%基浆+ 3% GBFS-1（4#）
表观黏度/ （mPa·s）
5.0 16.5 19.0 12.7 13.0
塑性黏度/ （mPa·s）
4.0 11.5 14.0
8.5 4.0
动切力/ Pa 1.00 5.00 5.00 4.25 9.00
动塑比/ （Pa·(mPa·s)−1）
0.25 0.43 0.35 0.50 2.25
API 滤失量/ mL 29.0 13.0 10.8 11.8 12.8
2013 年 8 月
石油勘探与开发 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT
Vol.40 No.4 497
文章编号：1000-0747(2013)04-0497-05 DOI: 10.11698/PED.2013.04.17
基于仿生技术的强固壁型钻井液体系
宣扬，蒋官澄，李颖颖，耿浩男，王金树
由于仿生固壁剂 GBFS-1 在井壁岩石表面形成的
胀而失稳甚至坍塌。因此，合成了仿生页岩抑制剂 仿生壳具有胶黏岩石的作用，为了评价仿生壳的胶黏
YZFS-1，在仿生壳形成前最大程度地维持井壁稳定。 能力，采用分别由 GBFS-1 和 3 种常见的市售胶黏剂胶
YZFS-1 是一种包含 X 基团的小分子有机物，具有极强 黏的岩心片进行搭接抗剪强度实验（见表 2）。实验结
的不利影响为主要目标，研究能避免井壁失稳的钻井 仿生技术，模仿海洋生物贻贝的特点，研究在井下环境
液体系[2-8]。然而，由于不能完全抑制泥页岩的水化膨 条件下能高效随钻加固井壁岩石的仿生钻井液体系。
胀或阻止自由水的滤失，这些钻井液体系只能在一定 程度上减轻井壁失稳所造成的影响，不适用于极易坍
1 仿生处理剂作用机理
注：1#—4#分别代表 4 种不同的单体配比
高温高压滤失量/ mL 82 45 28 32 40
表 2 GBFS-1 和其他胶黏剂的搭接抗剪强度实验结果
样品
搭接抗剪强度/MPa
干燥环境
水环境
GBFS-1
3.8±0.5
0.18±0.04
聚醋酸乙烯酯
4.0±1.0
≈0
石油勘探与开发 氰基丙烯酸乙酯 环氧树脂
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石油勘探与开发·石油工程
Vol. 40 No.4
为“X 基团”。根据 X 基团的特性，其为核心官能团 的页岩抑制能力。
合成了 2 种模仿贻贝蛋白性能的仿生处理剂，即仿生
对吸附不同浓度 YZFS-1 溶液的膨润土进行了 X 射
固壁剂 GBFS-1 和仿生页岩抑制剂 YZFS-1。
线衍射（见图 2），结果表明：随着 YZFS-1 吸附量的增
石油勘探与开发 胶黏能力强于常见的市售胶黏剂；YZFS-1 具有良好的抑制页岩水化膨胀和分散、剥落的能力，抑制效果优于目前国 内常用的页岩抑制剂，且有良好的造浆抑制能力。通过处理剂配伍性评价和加量优化，确定了仿生钻井液体系的配 方，对其性能进行了评价并与现场应用的某种防塌钻井液体系进行了对比，结果表明：仿生钻井液体系各项基本性 能良好，且能有效抑制页岩水化膨胀和分散剥落，总体上优于对比钻井液体系。图 6 表 5 参 13 关键词：井壁稳定；仿生技术；固壁剂；页岩抑制剂；钻井液
面之间形成强度远高于普通氢键的强氢键[11]（在 150 ℃ 的高温下也不会断裂[12]），通过桥接作用将相邻黏土片 层紧密束缚在一起，起到“微观”加固井壁的作用。