國內外鉆井液技術發展趨勢研究

車健

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

作為鉆井工程重要的技術組成，隨著鉆井技術的發展，對鉆井液的要求也越來越高，已經從簡單的穩定井壁、攜帶巖屑、保證井下安全鉆進，發展到保護儲層、對環境友好等多個方面。經過20世紀80年代的高速發展后，鉆井液體系及鉆井液處理劑的發展趨近成熟，有了大量的類型及產品可供選擇[1-2]。因此，目前的鉆井液技術開始往優質低價、一劑多能、保護儲層和環境友好等方向發展[3-4]。本文通過調研，對比較有代表性的鉆井液體系及相關技術進行簡要介紹。

1.1 抗高溫聚合物鉆井液體系

通過在聚合物處理劑的主鏈和側鏈上加入特殊的耐溫基團如：磺酸基團、苯環等，提高其抗溫能力。Polydrill、Kem Seal等產品的抗溫已經達到260℃。EXXON公司等研制的高溫水基鉆井液體系成功進行了應用，井底溫度最高達215℃。以Hostadrill 4706為主要成分的鉆井液體系在克羅地亞的Kalinovac和Molve氣田進行了5口井的現場試驗，在180℃～200℃的高溫條件下，鉆井液流變性好，施工順利，且儲層保護效果好，與鄰井相比，其產率提高150%～280%。國內在抗高溫聚合物鉆井液體系研究方面也取得了較大突破，完成了一系列高溫深井鉆探施工，如勝利油田的勝科1井，完鉆井深7026m，井底溫度235℃。

1.2 強抑制水基鉆井液體系

強抑制水基鉆井液體系的特點是同時使用了陽離子基團（如二甲基二烯丙基氯化銨）和小分子量季銨鹽（如羥丙基三甲基氯化胺），此外還在主鏈上引入疏水基團和AMPS，從而使聚合物能與粘土顆粒充分橋連，對粘土充分保護。此外由于含有疏水基團，使聚合物具有憎水性能，可以阻止水分子進入，從而進一步抑制粘土的水化分散。

1.3 合成基油包水鉆井液

合成基鉆井液體系的組成與傳統的油基鉆井液類似，但其油相從常用的白油或者柴油被替換成酯類、а-烯烴類和醚類等，其中酯類最為常見，其次是а-烯烴類。具有乳化、降濾失和增粘作用的多元醇類和甲基多糖類在合成基鉆井液使用也較多。大多數合成基鉆井液的乳化劑與普通油基鉆井液相同，主要有山梨糖醇酐酯類（Span）、咪唑啉衍生物等。該類鉆井液在井壁穩定、提高鉆速以及保護環境方面具有較好的效果和優勢。

1.4 有機鹽鹽水鉆井液

該類鉆井液的特點是能達到較高密度的同時還具有類似于油基鉆井液的抑制性。有機鹽鉆井液由于其具有較高的鹽濃度，成有機相連續分布，可以有效抑制粘土和鉆屑的水化膨脹和分散。同時由于鹽含量較高，自由水被大量束縛，使水的活度較低，粘土和鉆屑的分散進一步被抑，有利于保護儲層。同時含有的大量K＋、NH4＋等陽離子可以通過化學鍵吸附于粘土表面，或者嵌入粘土晶格內部，起到抑制粘土水化分散的作用。

1.5 硅酸鹽鉆井液

硅酸鹽鉆井液的抑制性也接近油基鉆井液。其穩定井壁的機理是：①由于硅酸鹽與泥巖中的高嶺石、伊利石等粘土組分有類似的結構，所以容易吸附在這些組分表面形成保護膜。②硅酸鹽進入裂縫中后，由于化學環境發生變化，會形成凝膠網絡和沉淀從而迅速形成封堵，而且這種封堵具有較高的適應性，對微裂縫性地層更為有效。但隨著硅酸鹽的消耗，需要隨時進行補充。

1.6 微泡沫鉆井液

微泡沫鉆井液是用于開發低壓、低滲、稠油或易發生嚴重漏失油氣藏的新技術。其具有密度小、不易漏失和保護儲層等特點。通過使用乳化劑和聚合物來改善鉆井液的流變性和產生穩定的微泡沫，該種鉆井液的密度可降低到0.50～0.95g/cm3。

1.7 可逆乳化鉆井液

由于油基鉆井液存在的濾餅清除困難導致完井時水泥和地層之間的膠結強度差、鉆屑表面含油污染環境等問題。國外研制了一種可逆乳化鉆井液，該種鉆井液具有油基鉆井液的性能，同時在完井過程中通過改變pH值即可改變乳液性質，使體系發生逆轉，從而具有水基鉆井液的優點，減小了對環境的影響。

1.8 生物酶解堵鉆井液

該鉆井液在鉆開儲層前加入特殊的生物酶制劑和配套的處理劑，在近井壁處形成低滲透率的屏蔽層。完鉆后，屏蔽層中的暫堵材料會在生物酶的作用下發生降解，從而破壞泥餅，恢復原有的地下流體通道，提高產層的滲透率。該技術可以有效解決井壁泥餅對低滲透率的要求和保護儲層要求高滲透率之間的矛盾，在不改變鉆井液原有配方的基礎上，可進一步有效保護儲層。

2 鉆井液技術發展趨勢

2.1 鉆井液處理劑發展趨勢

①低成本天然材料：通過對天然材料的深度改性，制備具有良好性能的低成本處理劑；②抗高溫、高鹽的處理劑：通過抗溫聚合物的研發，開發出抗溫抗鹽能力更強的聚合物處理劑；③納米封堵劑：研制納米粒徑的封堵材料，進一步提高對微裂縫地層的封堵效果；④自適應可變形堵漏劑：堵漏劑可適應漏失通道的形狀，達到自行封堵的效果。

2.2 鉆井液技術發展趨勢

①低密度鉆井液，滿足衰竭地層、低壓地層和易漏失地層的鉆進需要；②可提高井壁承壓能力的穩定井壁鉆井液；③抗高溫高密度鉆井液；④大位移水平井、超長水平井鉆井液；⑤自適應堵漏鉆井液；⑥深水海洋鉆井液；⑦環保型鉆井液；⑧可回收鉆井液；⑨鉆井液無害化處理技術。

[1]徐同臺,等.國外鉆井液和完井液技術的新進展[J].鉆井液與完井液,2004,21(2):1-10.

[2]王中華.我國油田化學品開發現狀及展望[J].中外能源，2009,16(6):36-47.

[3]王中華.鉆井液技術現狀及發展方向[J].斷塊油氣田,2004,11(5):59-62,93.

[4]張克勤,何綸,安淑芳,等.國外高性能水基鉆井液介紹[J].鉆井液與完井液,2007,24(3):68-73.