钻井液技术新进展

钻井液技术新进展

摘要：钻井液技术的革新对加强石油勘探开发，提高石油采收率具有重要作用。本文介绍了国外钻井液技术的新进展，包括井壁稳定、防漏堵漏、抗高温钻井液、提高机械钻速的钻井液、低密度钻井液流体、储层保护等技术，同时介绍了国内钻井液技术的相关进展，通过分析比较，指出开发新型钻井液技术的关键在于研发新的处理剂，为钻井液技术的发展指明了方向。

关键词：水基钻井液；油基钻井液；钻井液处理剂；纳米技术

油气井工作液指在钻井、完井、增产等作业过程中所使用的工作流体，包括钻井液、钻井完井液、水泥浆、射孔液、隔离液、封隔液、砾石充填液、修井液、压裂液、酸液及驱替液等。近年来，钻井液在保障钻井井下安全、稳定井壁、提高钻速、保护储层等方面的作用日益突出，随着当前复杂地层深井、超深井及特殊工艺井越来越多，对钻井液技术提出了更高的要求。为此，国内外对应用基础理论和新技术方面进行了广泛的研究，取得了一系列的研究成果和应用技术，有效的解决了钻井过程中迫切的难题，并为钻井液技术的进一步发展奠定了基础指明了方向。本文在调研近几年国内外钻井液新技术的基础上，对国外和国内钻井液技术的新进展分别进行阐述[1-3]。

1国外钻井液技术新进展

1.1井壁稳定技术

1.1.1高性能水基钻井液技术

国外各大钻井液公司均研发了一种在性能、费用及环境保护方面能替代油基与合成基钻井液的高性能水基钻井液（HPWM）代表性技术有M-I公司的ULTRADRIL体系、哈利伯顿白劳德公司的HYDRO-GUADRTM体系[4-5]。该钻井液体系中，聚胺盐的胺基易被黏土优先吸附，促使黏土晶层间脱水，减小水化膨胀；铝酸盐络合物进入泥页岩内部后能形成沉淀，与地层矿物基质结合，增强井壁稳定性；钻速提高剂能覆盖在钻屑和金属表面，防止钻头泥包；可变形聚合物封堵剂能与泥页岩微孔隙相匹配，形成紧密填充[6]。

在墨西哥湾、美国大陆、巴西、澳大利亚及中国的冀东、南海等地的现场应用效果表明，高性能水基钻井液具备抑制性强、能提高机械钻速、高温稳定、保护储层及保护环境的特点[7-8]。

1.1.2成膜水基钻井液技术

通过在水基钻井液中加入成膜剂，使钻井液在泥页岩井壁表面形成较高质量的膜，以阻止钻井液滤液进入地层，从而在保护储层和稳定井壁方面发挥类似油基钻井液的作用。

据CSIRO（Commonwealth Scientific andIndustrial Research Organization）和Baroid 的报道，他们研制了具有成膜效能的3 种新型化合物，它们的膜效率在55%～85% 之间，在此基础上形成了具有高膜效率的新型水基钻井液，并在现场取得了良好的应用效果。目前已肯定几种钻井液体系具有成膜作用，分别为：①聚合醇钻井液体系；②甲基葡萄糖甙钻井液体系；③硅酸盐钻井液体系，其中膜效率最好的为硅酸盐钻井液体系[9-10]。

1.1.3油基钻井液技术

1）具有平坦流变性能的油基钻井液。M-I公司研发了一种用于深水钻井、大位移井并具有平坦流变性能的油基钻井液，该体系由少量有机土、适量增黏剂、乳化剂、流型调节剂等组成，其流变性不受温度压力影响，滤失量小、井眼净化能力强，可有效保护储层，能解决随温度和其他环境改变而引起的井底清洁能力下降、环空当量循环密度过大、重晶石沉降和井漏等问题，并满足环境保护的要求。

2）低固相矿物油基钻井液。该钻井液[11]用溴化钙盐水作分散相，标准矿物油作连续相，液态树脂有机物替代天然沥青作降滤失剂,在挪威中部Aasgard 油田的现场应用效果表明，与传统钻井液相比，该钻井液具有更好的封堵性及热稳定性，井眼净化时间短、保护储层效果好。

3）高密度低固相油基钻井液。M-I公司用甲酸铯盐水配制了密度为1.66 g/cm3 的低固相油基钻井液[12]，在Statfjord 油田的现场应用效果表明，该钻井液与常规油基钻井液的差别在于固相含量由22%降低到了1%，不会发生井眼失稳、对地层损害小且能提高油井产能。

4）不含有机土的油基钻井液。哈利伯顿白劳德公司报道了一种不含有机土的油基钻井液，其基本配方如下[13]。现场应用效果表明，该钻井液可解决高压、高温（204 ℃）和高密度（2.2 g/cm3）条件下重晶石的沉降问题，能降低大位移井中的当量循环密度。

5）无固相钻/完井液。贝克休斯钻井液公司研发了一种由石蜡、乳化剂、润湿剂、油、氯化钙及溴化钙盐水组成的无固相钻/完井液，该体系可用于活性页岩中钻井和水平井中的砾石充填液，其密度可通过改变油水比、CaCl2 或CaBr2 水相密度来调节。

1.2防漏堵漏技术

1.2.1 用于严重漏失的堵漏塞

M-I公司研发了一种FORM-A-SQUEEZE堵漏塞，可用于解决各种裂缝、孔洞地层漏失及井喷事故，其配制的高滤失/ 高固相钻井液经过漏层时，液相挤压钻井液而快速形成泥饼封堵漏层，抗温可达232 ℃且环境友好，封堵效果不受速凝剂、缓凝剂、温度及时间的影响。哈利伯顿白劳德公司研发了一种能够制止严重或完全钻井液漏失、层间窜流及井喷的堵漏剂FlexPlug®，其封堵作用通过堵漏剂与钻井液之间的化学反应而实现，该反应迅速且节省钻

进时间，不需要起下钻，在钻头下与钻井液混合后能够很快形成堵漏塞，产生封堵效果[14-16]。

1.2.2弹性石墨类材料

弹性石墨为具有弹性、菱角、双组分碳结构的材料，在孔隙和微裂缝的压缩状态下，能够先收缩继而又膨胀，具有较好的弹性、可变形性、韧性和化学稳定性，在扩张填充和内部挤紧压实双重作用下，可自适应封堵不同形状和尺寸的孔隙或裂缝。代表产品有哈里伯顿白劳德公司的STEELSEAL®、贝克休斯钻井液公司的LC-LUBE 和菲利普斯公司的Rebound TM[17]。

1.2.3井眼加固技术

国外提出了通过增大井壁强度并有效提高地层抗破裂能力的方法，用来加固渗透性地层和非渗透性地层，以达到加大井眼稳定窗口，并以较高钻井液密度钻进时不会发生漏失的目的，该方法为解决钻井过程中的漏失问题提供了新的思路。为了达到井眼加固的目的，需要通过像楔子一样来挤压井眼周围岩石而形成小裂缝，钻井液中的合适固相封堵材料迅速进入裂缝并在裂缝开口附近形成桥塞，桥塞渗透率必须足够低，以便阻隔液柱压力的传递，产生能够封堵裂缝、阻止裂缝进一步扩大、防止压力传递到裂缝末端、提高井眼周向应力的“应力笼”效应，达到防漏堵漏的效果。代表性的井眼加固技术有，M-I 公司的一体化井眼加固技术I-BOSS、哈里伯顿白劳德公司的Wellbore Stress Management TM技术等[18]。

1.3抗高温钻井液技术

1.3.1 抗高温处理剂

M-I公司研制了一种聚乙烯基吡咯烷酮PVP[19]，该聚合物可使钻井液具有良好的剪切稀释性和携带能力，抗温达180 ℃；M-I 公司还研制了一种分子量为50 万～100 万的共聚物Hosta-drill4706，其能改善钻井液的流变性，抗温达230 ℃；M.Samuel等[20] 研制了一种两性离子表面活性剂VIS-PILL，其既可作增黏剂，又可作降滤失剂，抗温达190 ℃；Md.Amanullah 等从天然材料中提取了GSP作高温保护剂，其可阻止膨润土钻井液在150 ℃以上的高温下热降解；Luigi F. 等[21] 研发了一种柠檬酸锆抗高温降黏剂ZRC，其能在204 ℃以上控制膨润土的高温胶凝，提高其它处理剂的热稳定性；美国报道了由AMPS、SMP 及AM 共聚合成的处理剂COP-1、COP-2，抗温达262℃；德国报道了由钠、锂、镁和氧组成的合成多层硅SIV[22]，热稳定性达370℃，其结构类似于天然膨胀性微晶高岭石，用其配制的钻井液体系抗温达233 ℃。