高性能钻井液技术进展研究

马涛

中国石油渤海钻探工程有限公司泥浆技术服务分公司 天津市滨海新区 300280

摘要：随着国内油气资源需求的快速增长及中浅层油气资源的日趋枯竭，致密油、致密气等非常规油气资源勘探开发已成为油气资源可持续发展的重要发展方向。油田致密油储量丰富，分布范围广，主要储层为松辽盆地北部致密油源内高台子油层和扶余油层，主要分布在长垣、三肇和齐家—古龙地区，是油田规模增储上产的重要战略接替资源。针对致密油成藏特征，其开发方式多以长水平段、丛式水平井为主，但水平井具有高难度、高投入、高风险的特点，施工时钻井液非常重要，它不但要稳定井壁、清洁井眼，还需对井筒和钻柱起到高效的润滑作用，以减少扭转阻力和轴向阻力，且对储层应起到良好的保护作用。然而，致密油藏地质条件复杂，岩性多变，主要以致密砂岩、泥岩为主，粘土矿物含量高，裂缝发育，施工过程中易发生坍塌、剥落及卡钻等井下复杂情况，且摩阻及携岩问题也非常突出。因此，以往在致密油水平井钻井中多采用油基钻井液解决井壁稳定、润滑防卡和井眼净化等问题，但油基钻井液存在成本高、环保压力大、后期处理困难等难题。与油基钻井液相比，水基钻井液具有成本低、环保等特点，本文通过对国内外高性能水基钻井液的研究与应用情况进行调研，以期为油田自主研发性能更为优异的高性能水基钻井液提供参考。

关键词：高性能；钻井液；技术进展

1、钻井液技术发展近况

据调查显示，我国在钻井液的深入研究方面与国外相比存在较大差距。泥浆工程师在钻井液技术中担任着重要角色，我国部分企业的泥浆工程师缺乏对突发事件的处理能力，部分企业注重理论知识而忽略了实践的重要性。另外，在工作过程中往往存在商家为提高盈利而减少对处理剂的使用，此种现象的发生会为地层以及油田的开采带来较大影响。我国没有对钻井液技术的创新工作进行落实，导致我国钻井液技术在近几年中并未有新的突破，因此工作人员必须要意识到创新的重要性，研发出自主钻井液处理剂，推动我国钻井液技术的快速发展。国外的钻井液技术较国内相比发展较快，国外对泥浆工程师的要求较高，不但对钻井技术有较深的见解，还要有较高的实操能力以及应急能力。另外，国外有关部门对创新能力较为注重，通过对钻井液技术的不断创新，开发出了工作效率较高并且无污染的钻井液技术。国外非常注重能源在开采中的环境问题。基于此，国外采用了污染较小甚至是无污染的物质作为钻井液的原材料，并对生产过程进行监控，解决了环保问题。国外与国内钻井液技术的发展现状进行对比，说明了创新在钻井液技术的发展中较为重要，因此我国应当注重对产品的创新，研发出无污染且效率高的钻井液，促进我国钻井液技术的不断发展。

2、高性能钻井液技术进展研究

2.1高性能钻井液处理剂研究进展

为了达到钻井液的施工性能满足现场作业的需求，钻井液在配制过程中需要使用大量的处理剂，而处理剂的使用不可避免地会带来污染，尤其会对一些生态环境较为脆弱的地区造成较大的环境破坏。近年来，钻井液环保处理剂和环保处理手段得到了持续发展，油基泥浆的废弃岩屑和废弃钻井液的环保处理和回收利用技术得到了进一步的发展，但是相应的加工技术复杂，设备投资大，处理成本高。因此，国外更重视环境友好型钻井液处理剂的研究和开发，以便从源头控制钻井液的污染，从“终端控制”转变为“源头控制”。研发低毒或无毒，可生物降解的环保型钻井液处理剂是研发高性能钻井液的必要环节。近年来国外油服公司相继研发了新型的钻井液处理剂，如抗高温耐盐处理剂和环保润滑剂等。其中美国NALCO公司研发了AMPS/MBA/AM共聚物。该共聚物在高温和高盐环境下仍具有很好的降滤失效果和流型稳定能力。德国巴斯夫公司研发的Polydrill，室内实验证明其抗温可达220℃以上，可在饱和盐水中使用，且具有良好的抗钙镁离子能力。在淀粉和纤维素等可降解材料的深加工改性优化方面，国外公司也相继开发了配套产品。MI-SWACO公司研发了系列化的改性淀粉化合物Poly-Sal、Flo-Trol，该类化合物抗温100℃~120℃，可生物降解，具有优异的环保特性。贝克休斯公司使用植物油脂肪酸和乙烯多胺合成了环保性润滑剂，该润滑剂可以紧密地吸附在钻具和井壁表面，形成非常稳定的油膜，可以大幅度增加钻井液润滑性并提高井壁稳定能力。美国EcoGlobalSo?lutions公司研发了一种EGSTM-DFL环保润滑剂，其优异的润滑性可以大幅度降低钻具组合在井下的扭矩和摩擦，从而提高钻速。

2.2在页岩气水平井的应用

中国的主要页岩气开采区块长宁、威远、涪陵的页岩地层裂缝、微裂缝发育，钻井过程中井壁坍塌、缩径等情况时常发生。中石化的龙大清等人在借鉴国外经验的基础上，研发了适合于国内地层情况的GOF高性能水基钻井液和高润强抑制高性能水基钻井液，并在长宁和邵通区块分别进行了现场试验，通过事故分析和经验总结最终均取得了良好的实验效果。研发了一套具有高润滑性、强封堵和强抑制性的高性能水基钻井液体系，在黄金坝YS108H4-2井三开水平段进行了现场应用，钻井施工顺利，未发生剥落掉块等复杂事故，下套管及电测均一次成功，机械钻速及固井质量均与油基钻井液相近，取得了良好的应用效果。

3、高性能环保钻井液技术发展趋势

随着高性能环保钻井液技术的不断发展，国内外陆续研发了一批仿油基钻井液性能的高性能环保水基钻井液体系，并取得了较好的现场应用效果，但在抗高温性能、综合环保性能等方面仍需要进一步深入研究完善。高性能环保水基钻井液技术发展趋势概括如下：1)深入研究提高天然高分子材料抗高温性的作用机制，并在此基础上，借鉴先进的化学、生物和纳米技术，利用来源丰富、价格低廉的天然原料，如淀粉、纤维素、木质素、栲胶和植物胶等，进行复合或深度改性，有针对性地研发低成本高效环保型水基钻井液处理剂，为构建高性能环保水基钻井液体系提供物质保障。2)选用钻井液配伍性、抗温稳定性、储层保护、环境友好等性能指标，综合评价新型钻井液处理剂与环保钻井液体系的现场应用效果，最终形成环保型水基钻井液关键处理剂系列，构建仿油基钻井液性能的高性能环保水基钻井液体系，以获得最佳的综合效益。3)尽快从生物毒性、生物降解性、重金属元素含量等方面规范建立钻井液环保性能评价标准体系，提高钻井液处理剂与体系环保性能评价的准确性和科学性。

结语：（1）高性能水基钻井液具有良好的抑制性、润滑性和防榻能力，可满足泥页岩地层和枯竭地层的钻探需求，且成本低、环保性好，可有效替代油基钻井液。（2）虽然国内在胺基抑制剂及相应的高性能钻井液体系方面开展了广泛研究，但形成的钻井液体系在抑制性、润滑性和环保性方面与国外尚有差距。（3）高性能水基钻井的安全环保特性使其更适宜应用于海上钻井，具有良好的应用前景。

参考文献：

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