抗高溫水基鉆井液研究現狀及發展趨勢

李晨曦

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

隨著全球經濟的快速發展，對油氣資源的需求越來越多。國內石油天然氣的接替資源主要埋藏在大慶、塔里木、準格爾和四川盆地的深部地層。因此，深井和超深井的勘探開發成為趨勢。深部地層的鉆探對鉆井液的抗溫性提出了更高要求，國內外各大石油公司及相關科研機構在鉆井液抗溫性方面都進行了大量研究。通過文獻調研，對抗高溫水基鉆井液的研究現狀和發展趨勢進行了綜述[1-4]。

1 高溫對水基鉆井液的影響及要求

井底溫度隨著井深的增加而增加，對鉆井液體系產生了如下影響：①高溫會使鉆井液處理劑失效、粘土水化分散加劇，從而導致鉆井液性能變差影響勘探開發；②深井鉆遇的泥頁巖井段更長，裸眼井段更多，在高溫鉆井液的浸泡下更容易發生井壁剝落、井眼坍塌等問題；③深井的井底壓力高，要求鉆井液具有較高的密度，而大量使用加重材料會增加體系的固相含量，相應的粘度、切力和沉降穩定性控制問題變得更為復雜；③深井的井底壓力高，井壁的孔隙壓力和破裂壓力差值小，從而使鉆井液的安全密度窗口窄，易發生井噴或井漏等復雜情況；④井深的增加使遇到鹽膏層、高壓水層的幾率增大，地層中的鹽膏或流體會污染鉆井液，使其性能變差。

由于高溫深井的復雜性，所以鉆井液應具有如下性能：①高溫穩定性好，高溫條件下處理劑性能穩定，不易發生降解和高溫去水化等問題；②低固相，尤其是低膨潤土含量；③潤滑性好，由于深井井底壓差大，易形成厚泥餅，從而發生壓差卡鉆的幾率更高，所以良好的潤滑性對降低井下復雜有著重要的作用；④合適的粘度及切力，具有較好的攜帶巖屑能力，從而保證井底清潔；⑤抗污染能力強，尤其是抗鹽膏污染和抗酸性氣體污染（CO2、H2S等）；⑥密度調節范圍大，從而應對不同井段的密度要求。

2 國內外抗高溫水基鉆井液發展情況

2.1 處理劑發展情況

國外抗高溫水基鉆井液處理劑起步較早，發展較快，以高分子聚合物為主，已形成系列化產品。

2.1.1 增粘劑

高分子聚合物類的自身抗溫特點決定了其作為流行調節劑具有獨特的優勢。M-I公司開發的PVP（聚乙烯基吡咯烷酮），抗溫超過180℃，能和加重劑發生交聯反應，從而使鉆井液具有較好的動塑比；Hostadrill4706抗溫超過230℃，且抗鈣鎂離子能力強，可以顯著提高鉆井液的粘度。

2.1.2 降濾失劑

巴斯夫公司研制的Polydrill，抗溫可達260℃，是一種磺化聚合物，分子量為2×105，抗污染能力強，抗鹽至飽和。貝克休斯研發的Pyro-T rol和KemSeal也具有出色的抗溫能力，可用于高達260℃的井下環境。國內的武玉民以AMPS和IA為主要原料，合成了抗溫240℃的聚物降濾失劑。

2.1.3 降粘劑

由B.Steven和H.Larry研制的一種丙烯酸類聚合物，分子量在5000～10000之間，抗溫200℃。白勞德公司也開發了的一種商品名為Thermal-Thin的稀釋劑，抗溫240℃，抗鹽鈣能力強，適用于各種分散體系。國內的黃進軍等，以AA、AMPS和陽離子單體為原料，開發了一種商品名為THIN的降粘劑，在220℃滾動16h后降粘率高達96%。

2.1.4 高溫保護劑

澳大利亞的科研機構研發了一種可以阻止膨潤土在高溫下降解和鈍化的高溫保護劑GSP。該保護劑可以改善鉆井液中固相顆粒之間的相互作用，阻止鉆井液處理劑和膨潤土在高溫下的聚集，從而提高膨潤土的抗溫性，改善鉆井液在高溫下的流變性能。

2.2 抗高溫水基鉆井液體系發展情況

2.2.1 甲酸鹽無固相鉆井液

該體系使用甲酸鹽做加重劑，避免了膨潤土在高溫下由于鈍化和去水化對鉆井液性能的影響。而且泥餅薄而致密，對儲層有很好的保護作用。目前現場應用溫度最高的區塊為德國的Walsrode地區，抗溫162℃；最高密度達2.02g/cm3。

2.2.2 無膨潤土抗高溫鉆井液

M-I公司研發的一種以酰胺類和磺化乙烯類聚合物為主的鉆井液體系，抗溫達到220℃，在Kalinovac和M olve氣田的高溫高壓井進行了現場應用，現場施工順利且儲層損害低，使氣井產量大幅度提高

2.2.3 抗高溫聚合醇鉆井液

M-I公司研發的一種使用聚合醇作為抑制劑，配合磺化瀝青、高分子聚合物組成的水基鉆井液體系。在中國海南省的亞21-1-4井成功應用，現場施工順利，沒有鉆井液引起的復雜情況，最高井底溫度212℃，完鉆井深5250m。

2.2.4 國內的抗高溫水基鉆井液

國內的科研工作者目前也研究出了抗溫超過240℃的抗高溫高密度水基鉆井液體系，現場取得了較好的應用效果。如莫深1井，實鉆井深7380m，井底溫度204℃。勝利油田的勝科1井，完鉆井深7026m，井底溫度235℃。

3 抗高溫水基鉆井液發展趨勢

3.1 抗高溫水基鉆井液處理劑發展趨勢

處理劑是鉆井液體系的基礎，因此處理劑的研發決定了鉆井液體系的性能。目前抗高溫鉆井液處理劑的研究重點主要集中在：①抗高溫（＞200℃或更高）、抗飽和鹽及高價鹽的流型調節劑、降濾失劑、降粘劑；②適用于高溫地層的井壁穩定劑、防榻劑和堵漏劑；③可以保護低滲透儲層的儲層保護劑；④環保、低成本的處理劑。

3.2 抗高溫水基鉆井液體系的發展方向

鉆井液體系的研究重點主要集中在：①抗高溫（＞200℃）高密度鉆井液；②使用抗高溫高分子聚合物為增粘劑的，對儲層傷害小、可提高鉆速的低固相（無固相）鉆井液；③以甲酸鹽或其他有機鹽作為加重劑（而非傳統的重晶石），從而減少體系固相，提高鉆速，解決因高溫條件下重晶石沉降帶來的流變性控制問題；④低成本、環保型鉆井液。

4 結論

隨著深層油氣藏勘探開發的逐步深入，深井超深數量會逐年增多，但隨之而來的對儲層保護的要求和對環境的影響也會成為研究的重點。未來抗高溫水基鉆井液會向著抗溫能力強、流型可控性好、儲層保護能力突出、低成本和環保方向發展。

[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]徐同臺.井壁不穩定地層的分類及泥漿技術對策[J].鉆井液與完井液,1996,13(4)：42-45.