國(guó)內(nèi)外鉆井液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

車健

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

作為鉆井工程重要的技術(shù)組成，隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鉆井液的要求也越來越高，已經(jīng)從簡(jiǎn)單的穩(wěn)定井壁、攜帶巖屑、保證井下安全鉆進(jìn)，發(fā)展到保護(hù)儲(chǔ)層、對(duì)環(huán)境友好等多個(gè)方面。經(jīng)過20世紀(jì)80年代的高速發(fā)展后，鉆井液體系及鉆井液處理劑的發(fā)展趨近成熟，有了大量的類型及產(chǎn)品可供選擇[1-2]。因此，目前的鉆井液技術(shù)開始往優(yōu)質(zhì)低價(jià)、一劑多能、保護(hù)儲(chǔ)層和環(huán)境友好等方向發(fā)展[3-4]。本文通過調(diào)研，對(duì)比較有代表性的鉆井液體系及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)鏈上加入特殊的耐溫基團(tuán)如：磺酸基團(tuán)、苯環(huán)等，提高其抗溫能力。Polydrill、Kem Seal等產(chǎn)品的抗溫已經(jīng)達(dá)到260℃。EXXON公司等研制的高溫水基鉆井液體系成功進(jìn)行了應(yīng)用，井底溫度最高達(dá)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(jìn)行了5口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在180℃～200℃的高溫條件下，鉆井液流變性好，施工順利，且儲(chǔ)層保護(hù)效果好，與鄰井相比，其產(chǎn)率提高150%～280%。國(guó)內(nèi)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(qiáng)抑制水基鉆井液體系

強(qiáng)抑制水基鉆井液體系的特點(diǎn)是同時(shí)使用了陽(yáng)離子基團(tuán)（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(tuán)和AMPS，從而使聚合物能與粘土顆粒充分橋連，對(duì)粘土充分保護(hù)。此外由于含有疏水基團(tuán)，使聚合物具有憎水性能，可以阻止水分子進(jìn)入，從而進(jìn)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(tǒng)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(shù)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(wěn)定、提高鉆速以及保護(hù)環(huán)境方面具有較好的效果和優(yōu)勢(shì)。

1.4 有機(jī)鹽鹽水鉆井液

該類鉆井液的特點(diǎn)是能達(dá)到較高密度的同時(shí)還具有類似于油基鉆井液的抑制性。有機(jī)鹽鉆井液由于其具有較高的鹽濃度，成有機(jī)相連續(xù)分布，可以有效抑制粘土和鉆屑的水化膨脹和分散。同時(shí)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(jìn)一步被抑，有利于保護(hù)儲(chǔ)層。同時(shí)含有的大量K＋、NH4＋等陽(yáng)離子可以通過化學(xué)鍵吸附于粘土表面，或者嵌入粘土晶格內(nèi)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(wěn)定井壁的機(jī)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(jié)構(gòu)，所以容易吸附在這些組分表面形成保護(hù)膜。②硅酸鹽進(jìn)入裂縫中后，由于化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，會(huì)形成凝膠網(wǎng)絡(luò)和沉淀從而迅速形成封堵，而且這種封堵具有較高的適應(yīng)性，對(duì)微裂縫性地層更為有效。但隨著硅酸鹽的消耗，需要隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。

1.6 微泡沫鉆井液

微泡沫鉆井液是用于開發(fā)低壓、低滲、稠油或易發(fā)生嚴(yán)重漏失油氣藏的新技術(shù)。其具有密度小、不易漏失和保護(hù)儲(chǔ)層等特點(diǎn)。通過使用乳化劑和聚合物來改善鉆井液的流變性和產(chǎn)生穩(wěn)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(dǎo)致完井時(shí)水泥和地層之間的膠結(jié)強(qiáng)度差、鉆屑表面含油污染環(huán)境等問題。國(guó)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(shí)在完井過程中通過改變pH值即可改變?nèi)橐盒再|(zhì)，使體系發(fā)生逆轉(zhuǎn)，從而具有水基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，減小了對(duì)環(huán)境的影響。

1.8 生物酶解堵鉆井液

該鉆井液在鉆開儲(chǔ)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(huì)在生物酶的作用下發(fā)生降解，從而破壞泥餅，恢復(fù)原有的地下流體通道，提高產(chǎn)層的滲透率。該技術(shù)可以有效解決井壁泥餅對(duì)低滲透率的要求和保護(hù)儲(chǔ)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(chǔ)上，可進(jìn)一步有效保護(hù)儲(chǔ)層。

2 鉆井液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 鉆井液處理劑發(fā)展趨勢(shì)

①低成本天然材料：通過對(duì)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(fā)，開發(fā)出抗溫抗鹽能力更強(qiáng)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(jìn)一步提高對(duì)微裂縫地層的封堵效果；④自適應(yīng)可變形堵漏劑：堵漏劑可適應(yīng)漏失通道的形狀，達(dá)到自行封堵的效果。

2.2 鉆井液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

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(jìn)需要；②可提高井壁承壓能力的穩(wěn)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(zhǎng)水平井鉆井液；⑤自適應(yīng)堵漏鉆井液；⑥深水海洋鉆井液；⑦環(huán)保型鉆井液；⑧可回收鉆井液；⑨鉆井液無(wú)害化處理技術(shù)。

[1]徐同臺(tái),等.國(guó)外鉆井液和完井液技術(shù)的新進(jìn)展[J].鉆井液與完井液,2004,21(2):1-10.

[2]王中華.我國(guó)油田化學(xué)品開發(fā)現(xiàn)狀及展望[J].中外能源，2009,16(6):36-47.

[3]王中華.鉆井液技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)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(guó)外高性能水基鉆井液介紹[J].鉆井液與完井液,2007,24(3):68-73.