高溫深井鉆完井液體系的研究進展

摘 要：【目的】勘探開發的深入、井深的增加常常伴隨著一定的鉆井事故的發生，針對高溫深井的不同工況選擇適用的鉆完井液體系，可以更好地實現安全鉆井，提高產量。【方法】通過查閱大量文獻，結合目前面臨的難題及其研究進展，綜述高溫深井鉆井過程所使用的鉆完井液體系類型。【結果】現場鉆遇高溫深井時，容易出現機械轉速低、鉆井周期長等情況，可以根據不同地質因素或井下環境，優選出能夠提高井壁穩定性，使鉆速達到一定要求且滿足儲層保護的鉆完井液體系，提高現場施工效率和質量。【結論】鉆完井技術的快速發展，加速了石油與天然氣的開采。高溫深井鉆完井液體系的研究具有重要意義。

關鍵詞：高溫深井；高密度；低密度；鉆完井液

中圖分類號：TE254" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2024）14-0084-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.14.017

Research Progress on Drilling and Completion Fluid Systems for High-Temperature Deep Wells

Abstract： [Purposes] The deepening of exploration and development and the increase of well depth are accompanied by the occurrence of certain drilling accidents， and the selection of suitable drilling and completion fluid system for different working conditions of high-temperature deep wells can better achieve safe drilling and improve production. [Methods] In this paper， a large number of literatures are reviewed， combined with the current problems and research progress， and the types of drilling and completion fluid systems used in the drilling process of high-temperature deep wells are reviewed. [Findings] According to different geological factors or downhole environment， the drilling and completion fluid system that can improve the stability of the borehole， make the drilling rate meet certain requirements and meet the reservoir protection， so as to improve the efficiency and quality of on-site construction. [Conclusions] The rapid development of drilling and completion technology has accelerated the exploitation of oil and gas， and the research on high-temperature deep well drilling and completion fluid system is of great significance in the future.

Keywords： high-temperature deep wells; high density; low density; drilling and completion fluids

0 引言

隨著鉆探技術的精進，鉆井深度越來越深，井下問題越來越復雜。關于深井、超深井的儲層特征損害機理仍不夠明確，油氣開采進程面臨著很大的阻礙。因此，鉆完井液體系的完善至關重要。鉆完井液體系不但要能以良好的性能保證鉆井速度，滿足儲層保護的要求，還需要具備良好的承壓能力與封堵能力，防止漏失、卡鉆等復雜情況的發生。

1 高溫高密度鉆完井液體系

1.1 甲酸鹽鉆完井液體系

甲酸鹽鉆完井液是由貝克休斯與Cobot兩大公司首次研究提出的。甲酸鹽鉆完井液具有多種優勢，相較于高密度飽和鹽水磺化鉆完井液而言，甲酸鹽鉆完井液在不影響泥漿體系流變性的情況下，能夠顯著降低體系固相含量，提高體系的穩定性含量，同時還解決了飽和鹽水磺化鉆完井液抗溫能力弱、維護周期頻繁、失水造壁性差等問題。葉艷等［1］針對超深井高溫高壓高礦化的“三高”井下環境，構建了高密度甲酸鉀飽和鹽水磺化鉆井液體系，從高溫穩定性、抑制性等方面進行了評價，得出該體系抗溫能力、抑制性能均遠強于常用無機鹽鉆井液，還可回收循環利用，具有良好的環保性能，可以適應深井、超深井、巨厚復合鹽層，以及鹽下儲層的鉆井。張偉等［2］針對環境條件嚴峻的塔里木油田現場，合理篩選出一系列處理劑保證其性能能達到現場應用的要求，研發了一套抗高溫高密度無土相甲酸鹽完井液，應用于高溫深井并保證現場作業的順利進行。林均賀［3］根據甲酸鹽的基本性質，通過室內實驗對降失水劑、油層保護劑和增黏劑進行篩選，最終確定一套甲酸鹽無固相鉆完井液體系配方并進行評價，其結果具有良好的流變性，能夠保護儲層不受傷害，并且濾失量低，可抗高溫。

現如今，國內外以甲酸鉀為基液的鉆井完井液在高溫高壓井中應用良好，既可以抑制地層黏土礦物的水化，防止鉆井完井液性能惡化，還能避免井塌、縮徑等井下復雜情況，保持井壁穩定，整個體系能夠對油氣層進行保護，大大地提高了固井的質量。

1.2 低固相鉆完井液體系

含固相體系實際有兩種：一種是曾經用于鉆井的液體，另一種是為了完井、修井而特別配制的液體，兩者有嚴格的區別。特制的完井、修井液含有地層固相（有些是超細的），同時加入鉆井完井控制所需的固相。使用鉆井液作為完井液雖有許多優點，如鉆井液就在現場，不需要重新配置，可以控制濾失量，成本低，但其中的固相容易造成地層堵塞。一般來說，把鉆井液作為完井液不是一個好的選擇。雖然控制濾失量是把鉆井液作為完井液的第一步，但選擇含固相的完井液的首要原則應該是易于溶解或通過水、酸、堿和碳氫化合物（油或凝析油）易于把固相溶解或者清除。這樣在油基或水基體系中應用黏土或不溶加重劑較少。因此，配制含固相液體合適的固相應該是在飽和鹽水體系中加水溶性鹽、碳酸鹽粉（碳酸鐵、碳酸鈣等）、金屬氧化物（氧化鎂、氧化鋅、和一些合成的氧化鐵）、溶解的或半溶解的天然聚合物（粒狀植物物料）。

20世紀80年代初，酸溶性完井液的密度可達2.16 g/cm3，用于從井壁除去濾餅或從儲層去除掉微粒，此設計中所有的固相成分均為水溶性或者油溶性的微粒。1994年，我國川東氣田采用了含酸溶性橋堵物的液體改造成的完井液進行完井施工。7口井的現場應用效果表明，改造后的完井液性能優質、穩定、維護處理少，酸化解堵后增產顯著。楊澤星等［4］經過大量的室內試驗研究，成功研制出抗高溫高密度水基鉆井完井液體系。該體系具有良好的潤滑性能，容易配制和維護，且高溫穩定性能夠滿足高溫深井井底220 ℃的要求，并且鉆井作業過程中可以保持鉆井液應用的連續性，不需要更換鉆井液體系，能夠節約工藝成本。盧淑芹等［5］針對冀東油田南堡油氣藏的汽油比大、微裂縫發育等儲層特征，優選出2種共聚物作為體系中的高溫增黏劑和降濾失劑，研究出抗220 ℃高溫低密度低固相鉆井液體系。現場應用結果顯示，該體系能夠滿足高溫深井的要求且具有良好的攜巖和清潔井眼的能力，以最大程度保護了油氣儲層。賀春明［6］根據奧陶系儲層特征，通過使用高礦化度的油田水配漿，研制出一套低固相鉆完井液體系，實現了“去土相、低固相、非磺化、不混油”，強化鉆井液的封堵防塌能力，現場應用時能減少鉆井液固相顆粒對儲層的傷害，同時降低成本。

1.3 超微重晶石鉆完井液體系

常規水基鉆井液在高溫井中應用時，易發生一系列物理化學反應，造成完井液性能的惡化，導致卡鉆等問題。針對深井測試與完井研制出了超微重晶石鉆完井液體系。普通重晶石作為加重劑在高密度完井液中使用時，在高溫情況下會發生高溫固化或產生硬質沉淀，影響作業管柱的下放。超微重晶石顆粒表面經過改性處理，其粒徑在0.1～10 μm之間，粒子表面形成雙電層，增加了超微粉體顆粒間的靜電斥力，能夠減弱固相顆粒的沉降趨勢。超微重晶石顆粒在溶液中形成膠體，在靜電斥力和布朗運動雙重作用下，形成一個動力學穩定體系。該體系中使用的處理劑抗溫性能好，組成成分簡單，不易在高溫井中產生固化或者分解、交聯等現象，極大程度保證了井下作業的安全［7］。

2 高溫低密度鉆完井液體系

2.1 氣基鉆井液體系

連續相為氣相的鉆井液被稱為氣基鉆井液，包括空氣、霧化、泡沫等鉆井液體系。該類鉆井液的使用能夠實現負壓鉆進，提高鉆速，易于發現油氣層，有效保護儲層不受傷害。陽君奇等［8］根據塔里木盆地庫車山前構造帶的現場狀況，采用連續循環空氣鉆井，提高機械鉆速，縮短鉆井周期，大大節約了鉆井成本。常見霧化鉆井井壁穩定時間短，蘇雪霞等［9］提出一套防塌霧化鉆井技術，以非離子型與陰離子型表面活性劑作為霧化劑，優選出其他添加劑，使得該體系具有強抑制、強吸附和強包被性能，能夠達到地層出水量增大、井壁長期穩定等要求，為現場應用提供了技術保障。明廣玉等［10］針對常規泡沫鉆井液鉆遇深井、超深井時高溫穩定性差、抗壓能力弱等問題，研制出關鍵處理劑并優選出最優加量，制備出抗高溫高壓、抗原油污染、強抑制性能的深井抗高溫泡沫鉆井液體系。通過現場應用，該體系綜合性能優良，高溫井中依舊能夠保持性能穩定并具有良好的攜巖能力。氣基鉆井液的使用能夠延長鉆井設備的使用壽命，減少儲層傷害，有效解決井漏問題，特別適合灰巖帶有縫洞的儲層，應用前景十分廣闊。

2.2 低密度水包油鉆井液體系

水包油鉆井液因其密度低、井壁穩定性強、能有效保護油氣層的優點而得到廣泛應用。渤海潛山油氣區塊高溫深井裂縫發育，易發生漏失。劉鵬等［11］為降低鉆井難度，研究出所需材料種類少、配制及維護簡單的可抗高溫的低密度水包油鉆井液體系。該體系的高溫穩定性、強抑制性與良好的油氣層保護能力保證了現場鉆井的安全。馬文英等［12］通過室內研究制備出一套具有良好乳化穩定性且防塌能力強的可抗180 ℃水包油鉆井液體系，能夠起到保護低壓儲層的作用，并且還具備抗CO2污染、提高鉆速等優點，滿足深井近平衡、欠平衡鉆井的要求。王薦等［13］將海水用作外相，用生物毒性低的5#白油用作內相，使用抗高溫乳化劑研究出一套抗高溫海水水包油鉆井液體系，通過一系列評價試驗得出結果：該體系具有乳化穩定性能強、抗溫穩定性能好等特點，并且與原油具有相容性，有良好的儲層保護能力，滿足海上高溫深井的作業要求。水包油鉆井液體系的連續相是水，分散相為油、乳化劑等處理劑，該類鉆井液配置成本較高，但相較于常規水基鉆井液，具有很強的抑制黏土水化的能力，潤滑性能也很強。

2.3 無固相低密度鉆井液體系

無固相低密度鉆井液中不添加膨潤土及其他任何固相，通過加入不同可溶性無機鹽調節其該體系的密度，加入不同聚合物調節該體系的基本性能參數和濾失量，并且還會加入一些緩蝕劑防止鉆具產生腐蝕現象。張海忠等［14］根據哈德油田區塊水平段的漏失情況分析，為能夠在低密度情況下保證井眼穩定、防止黏卡等，研制出哈德油田水平井低密度無固相鉆井液體系。該體系在現場應用中性能穩定，具有良好的儲層保護性能，潤滑防卡性能優異，提速明顯。為減輕鉆井泥漿對氣層造成的傷害，俞憲生［15］針對大牛地氣田的低壓低滲地層，提出了玻璃微珠低密度無固相鉆井液體系，通過現場應用調節玻璃微珠的型號，最終使該體系密度控制在設計范圍之內，能夠達到欠平衡的目的。無固相低密度鉆井液體系常利用聚胺、聚合醇等液體調節鉆井液密度，控制在1.0 g/cm3以內，該類處理劑類型多、來源廣、成本低，體系技術成熟、性能容易控制，有利于發現和保護油氣層。

2.4 低密度油基鉆井液體系

常規油基鉆井液含有乳化水，乳化水滴容易造成嚴重的水鎖現象，并且堵塞地層孔隙，而低密度油基鉆完井液能夠通過調整油水比等，控制其密度在1.0 g/cm3以下。范勝等［16］為在高溫深井中保護低壓油氣層，合成了一種新型有機土，配置了一套高溫低密度油基鉆井液體系，通過室內研究可發現該體系在220 ℃高溫下仍具有較強的切力且濾失量低于3 mL，其抗污染能力滿足深井復雜地層的鉆井液技術需求。肖怡等［17］以低密度礦物油為基礎制備出的低密度全油基鉆井液，在低壓儲層鉆井中應用結果表示，該體系密度可控、鉆速快、熱穩定好、維護簡易，并且具有良好的油氣層保護效果。低密度油基鉆完井液體系主要針對高溫深井、黏卡和井壁失穩等復雜地層，但由于其配置成本高，應用具有一定限制性。

3 結語

鉆完井液技術作為鉆井工程的關鍵技術之一，具有良好的發展前景。隨著高溫深井、超深井數量的增加，鉆井液體系的研究也愈加深入。針對不同類型的儲層特征、現場應用狀況應采用不同的鉆完井液體系。要保證安全地進行油氣田開發，其中最大限度地減少儲層損害是未來需要突破的一大重點。

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