钻井液体系

国内外钻井液技术发展概述

(2012-05-2711:05:36)摘要：本文主要论述了国内外钻井液的发展状况及发展趋势，介绍了近年来国内外发展起来的16种新型钻井液技术，国内外钻井液技术仍以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，指出了钻井液处理剂的发展方向是高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染，并寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液体系及钻井液处理剂。对钻井液技术发展进行了展望，由于深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，所以抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。

关键词：钻井液技术发展

一、国内外钻井液技术新发展概述

钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。

1．抗高温聚合物水基钻井液

所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。不论是其较新的产品，如磺化聚合物P OLYDRILL，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施：

①利用表面活性剂的两亲作用来改善钻井液的抗温性；

②抗氧化剂可以大幅度提高磺化聚合物抗高温降滤失剂的高温稳定性能。

③膨润土一直是水基钻井液的基础。但随着温度的升高和污染，它是最难控制和预测其性能的粘土矿物。而皂石和海泡石最重要的特征是随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石，比膨润土能更好的控制流变性和滤失量。

2．强抑制聚合物水基钻井液

随着钻井液的发展，研制成功了阳离子聚合物钻井液。这种抑制能力很强的新型钻井液与原阴离子的聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团即（-N一）基基团（如阳离子聚丙烯酰胺），另外又添加了一种分子量较小的季胺盐类，（如羟丙基三甲基氯化胺）。

另外，在PAM分子链上引入阳离子基团、疏水基团和AMPS（2-丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸），从而使改性的PAM赋予了新的性能。通过改性，使聚合物分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力，使聚合物能在更多位置上与粘土发生桥链，对粘土能够起到很好的保护作用。由于分子链中含有疏水基团，使吸附在粘土表面的聚合物表现为憎水性质，故有利于阻止水分子的进入，从而能有效地抑制页岩的膨胀。

3．合成基油包水钻井液

合成基钻井完井液体系在组成上与传统的油基钻井液类似，主要由有机合成物基液、乳化剂、水相、加重剂和其它性能调节剂组成。其中有机合成物为连续相，水相为分散相，加重剂用于调节密度，乳化剂和其它调节剂用于分散体系的稳定及调节流变性。体系中常用的合成基液类型有酯类、醚类、聚-А-烯烃类和直链烷基苯类等，而尤以酯类用得最多，其次是聚-А-烯烃类。多元醇（P OLYOLS）类和甲基多糖（M ETHYL G LUCOSIDE）类是合成基钻井完井液中广为使用的两种多功能添加剂，它们具有

乳化、降滤失、润滑和增粘的功效，也可以单独作为多元醇钻井液和甲基多糖钻井液两种新体系的主要添加剂。合成基钻井液的乳化剂有专用的，如水生动物油乳化剂：但多数使用与普通油基钻井液相同的乳化剂，如脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷酸酯、山梨糖醇酐酯类（S PAN）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加类）等。

该钻井完井液体系已应用了上千口井，取得了井眼稳定、井下安全提高钻速、有利于保护环境和油气层等较好的效果和效益。

4．有机盐盐水钻井液

有机盐钻井液完井液的核心是高密度和强的抑制性它是基于低碳原子（C1—C6）碱金属（第一主族）有机酸盐、有机酸铵盐、有机酸季铵盐的钻井液完井液体系。优点为：

①配方简单：一种主处理剂有机盐构成一个钻井液体系；

②类油基特点：该钻井液是一种高浓度有机物连续相流体；

③抑制性强：能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀和水化分散，有利于井壁稳定、井眼规则，有效地保护油气层；

④低固相，高密度；

⑤有利于提高机械钻速；

⑥无毒、无害、易生物降解、无生物富集，有利于保护环境。

有机盐钻井液完井液技术机理分析：

有机盐钻井液完井液的五种作用机理都能有效地抑制泥岩水化膨胀、水化分散，有利于井壁稳定和油气层保护。

1）、类油基钻井液性质：

有机盐钻井液中较长链有机酸根浓度较高，呈有机物连续相性质，可达到趋近于油基钻井液的抑制能力，可有效抑制粘土、钻屑的分散和膨胀，同时有利于保护油气层。

2）、水的活度较低：

有机盐钻井液中有机盐含量较高，可束缚大量自由水，水活度低（例如：15%水溶液水的活度为0.85），粘土颗粒、钻屑在其中浸泡时水化应力较低，在其中的分散趋势被强烈抑制，同时能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀、水化分散，有利于保护油气层。

3）、阳离子吸附和阳离子嵌入机理：

有机盐钻井液中含大量的K＋、NH4＋、NR4＋可通过化学键吸附于带负电的粘土颗粒表面，也可嵌入粘土颗粒晶格内，增大粘土颗粒的水化阻力，起到抑制其分散、膨胀的作用，同时有利于保护油气层。

4）、有机酸根阴离子吸附机理：

有机盐钻井液中大量的有机酸根阴离子可吸附于带正电的粘土颗粒端面上，阻止水进入粘土颗粒，抑制其表面水化及渗透水化，同时有利于保护油气层。

5）、有机盐钻井液的滤失造壁性分析：

有机盐钻井液中大量的有一定链长的有机酸根阴离子，可与土结合形成薄而韧的泥饼，从而有效地保护井壁和降低滤失量，也有利于保护油气层。

钻井液的典型配方：

有机盐水溶液(1.00-2.30G/CM3)综合考虑抑制性、流变性、价格等因素，首先确定有机盐基液的密度：

烧碱N A OH0.1-0.2%+降滤失剂R EDU11-2%降失水+无萤光白沥青NFA-250.5-2%改善泥饼质量