高密度鉆井液技術的現狀與發展趨勢

（華東石油工程有限公司六普鉆井分公司，江蘇 鎮江 212009）

高密度鉆井液技術的現狀與發展趨勢

王啟文

（華東石油工程有限公司六普鉆井分公司，江蘇 鎮江 212009）

在當今地質鉆探項目中，高密度鉆井液的應用越來越多，隨著鉆井液密度的升高，所需要的技術難度也越來越大。本文就高密度鉆井液技術的研究現狀以及應用中遇到的難點進行了分析，為鉆井液技術的研究和使用提供了可以參考的依據。

高密度；流變性能；鉆井液

1 高密度鉆井液的技術的現狀

一般情況下我們將密度在1.50g/cm3以上的鉆井液成為高密度鉆井液，隨著鉆井液技術的不斷發展，目前將密度達到1.80g/cm3以上的成為高密度鉆井液。高密度水基鉆井液技術的發展經歷了鈣處理鉆井液、三磺鉆井液、聚磺鉆井液和兩性離子聚合物泥漿體系四個發展階段。

鈣處理鉆井液是20世紀60～70年代初使用的深井鉆井液，最初是石灰鉆井液,但其存在很多局限性。鈣處理鉆井液遇到高溫易于固化，pH較高，另外鉆井液中加入了大量的強分散劑，大大降低了鉆井液的抑制性。

三磺鉆井液是20世紀70年代到80年代中期研制成功的，該類型鉆井液的應用降低了對高溫高壓的濾失量，具有較好的熱穩定性。三磺鉆井液在高溫和高壓的情況下仍然能夠保持其良好的流動性和抗鹽侵能力，并且具有良好的防塌防卡性能，是鈣處理鉆井液無法比擬的優勢。

聚磺鉆井液是在三磺鉆井液的基礎上研制的，具有聚合物和三磺鉆井液的雙重優點。它具有較強的抑制性，并且改善了三磺鉆井液在高溫高壓環境下的性能，是高密度鉆井液中最常用的一種類型。

兩性離子聚磺泥漿鉆井液在20世紀90年代研制成功，其獨特的分子結構能夠有效抑制泥頁巖的水化分散，在穩定井壁方面變現除了良好的流變性。

隨著抗高溫處理劑技術的不斷進步，高密度鉆井液技術也得到了迅速發展。比較典型的有低固相不分散聚合物鉆井液體系、高固相解絮凝聚合物鉆井液體系、合成基鉆井液體系、聚合醇鉆井液體系、甲酸鹽鉆井液體系等。均不同程度地滿足了深井鉆探的需要。

2 高密度鉆井液存在的主要技術問題

高密度鉆井液技術是深井和超深井鉆井過程中的主要技術，也鉆井能否成功的保證。對于鉆井液來說其密度越高，維護起來就越困難。所以對于不同密度級別的鉆井液其應用的技術難度是不同的，不同密度級別的鉆井液技術問題不能一概而論。目前對于高密度鉆井液技術的難點可以從下述三個方面進行論述。

一是鉆井液自身性質的問題：鉆井液自身具有一定的流變性和沉降性，這是高密度鉆井液面臨的第一大難題。由于高密度鉆井液固相過高，解決了鉆井液的流變性就會增加其沉降性的不穩定性。二是不同材料對鉆井液自身的抑制和污染：一般情況下高密度鉆井液主要在較深的地層中應用，受地下高溫環境和自身固相含量較高的影響，膨潤土和潤滑劑的使用也存在著流變性和沉降性的矛盾。膨潤土量的過多或者過少都會影響鉆井液的粘稠度，而潤滑劑則影響著鉆井液的流變性。另外加重材料的使用對鉆井液的固相污染比較嚴重。三是鉆井液的維護：對于高密度鉆井液來說合理的密度，良好的流變性、抗污染能力和潤滑性，較強的抑制性是其技術的基本要求，我們必須嚴格控制加重材料和膨潤土的含量，從而實現提高鉆井液流變性和沉降穩定性。

3 高密度鉆井液未來的發展趨勢

高密度鉆井液技術在國外的研究和應用比較成熟，未來研究的重點是針對異常高溫高壓底層中應用的鉆井液技術。但是在國內鉆井液技術的研究與國外相比還有一定的差距，缺乏專用的轉敬業處理劑。另外國內主要進行了水基鉆井液的研究，在油基和合成基鉆井液方面的研究較少，技術水平比較落后，是未來高密度鉆井液的發展方向。

3.1 水基鉆井液

我國在水基鉆井液技術上已經接近了世界先進水平，可以把精力放在解決鉆井液流變性和濾矢量控制之間的矛盾上，通過對鉆井液技術的優化，提高其抗污染和抗高溫的能力。具體的研究方向如下。

（1）研究新單體的合成與轉化，如N-（甲基）丙烯酰氧乙基-N，N-二甲基磺丙基銨鹽，2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸等單體的合成工藝。

（2）研制相應的降濾失劑、降黏劑以及抑制劑和井壁穩定劑等。

（3）研制抗溫大于等于240°C、密度大于等于2.5 kg/L和飽和鹽水高密度鉆井液，解決其流變性和高溫高壓濾矢量控制的問題。

（4）研制超高溫無黏土相鉆井液和高密度有機鹽鉆井液，特別是抗高溫增稠劑和高溫高壓降濾失劑。

3.2 油基鉆井液

（1）研制高性能的鉆井液處理劑、乳化劑、增粘劑以及降濾失劑。

（2）選擇新的加重劑或者研制高性能提黏切劑或者高軟化點瀝青，以提高鉆井液的沉降穩定性。

（3）研制可逆乳化鉆井液，選擇合適的乳化劑以提高鉆井液的綜合性能。

（4）研究高密度油基鉆井液在高溫下的流變性和穩定性，并且建立起預測模型。

3.3 合成基鉆井液

目前國內外在合成基鉆井液方面的研究都很少，未來可以從以下一個方面進行研究：

（1）選擇或者研制新型合成基材料，降低合成基鉆井液的成本。

（2）研制相應的乳化劑、流型調節劑和增黏劑等。

（3）研究合成基鉆井液的回收和再利用技術。

結論

近年來隨著鉆井深度的不斷增加，在鉆井過程中經常會遇到高溫和高壓等復雜的底層環境，對鉆井液的要求也越來越高。在鉆井過程中鉆井液的性能直接影響著鉆井的安全性和快速性。本文主要對高密度鉆井液技術的研究現狀，遇到的技術問題以及未來的發展趨勢進行了探討，指出要盡力解決鉆井液流失性和沉降穩定性的矛盾，并且要向著油基和合成基方向發展，為鉆井液未來的發展指明了方向。

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