高性能水基鉆井液技術(shù)研究進(jìn)展

徐志勇

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶 163413）

泥頁(yè)巖地層井壁穩(wěn)定一直是鉆井液技術(shù)研究的重要課題。油基鉆井液的強(qiáng)抑制性和高潤(rùn)滑性是其他鉆井液無(wú)法比擬的，但高成本、高污染等問(wèn)題限制了應(yīng)用范圍。因此，國(guó)內(nèi)外許多公司都在研究一種能夠替代油基鉆井液的高性能水基鉆井液技術(shù)。最早從事高性能水基鉆井液研發(fā)和應(yīng)用的是貝克休斯和麥克巴等公司，分別研究出LATIDRILL 和ULTRADRILL 水基鉆井液體系，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中也取得了顯著效果。國(guó)外較早從事高性能水基鉆井液研究的是長(zhǎng)江大學(xué)、石油大學(xué)等機(jī)構(gòu)和單位，在合成聚胺抑制劑的基礎(chǔ)上，相繼開(kāi)發(fā)出一系列綜合性能優(yōu)異的水基鉆井液體系，井壁穩(wěn)定效果較好，為油氣資源高效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 國(guó)外高性能水基鉆井液技術(shù)

貝克休斯、麥克巴、哈里伯頓等國(guó)外專業(yè)泥漿公司均率先從事聚胺類抑制劑的合成研究，以此為基礎(chǔ)形成的高性能水基鉆井液技術(shù)領(lǐng)先于石油石化行業(yè)，在北美、墨西哥灣、亞洲東南部等地區(qū)進(jìn)行了成功應(yīng)用，取得良好效果。

1.1 LATIDRILL水基鉆井液技術(shù)

貝克休斯的LATIDRILL 高性能水基鉆井液技術(shù)，是以聚胺為頁(yè)巖抑制劑為核心處理劑，配套使用防泥包劑和聚合物包被劑，可有效穩(wěn)定泥頁(yè)巖地層，有利于保持巖屑整體性和提高機(jī)械鉆速，其對(duì)泥頁(yè)巖的抑制性與油基鉆井液相當(dāng)，抗溫100℃左右。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于陸上和海上深水鉆井，已在北美、墨西哥灣等區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。與其他鉆井液體系相比，LATIDRILL 鉆井液能大幅度減少泥巖井段的鉆進(jìn)時(shí)間，并且沒(méi)有鉆頭泥包、縮徑等復(fù)雜。同時(shí)，這種水基鉆井液具有較好的抗鹽性，可用海水配制，使鉆井成本顯著降低[1]。

1.2 ULTRADRILL高抑制性水基鉆井液技術(shù)

ULTRADRILL 高抑制性水基鉆井液技術(shù)，是麥克巴公司研究的又一種高性能水基鉆井液。該技術(shù)主處理劑是一種UltraHib（聚醚二胺）的泥頁(yè)巖抑制劑，除抑制劑外還研究了與之配伍性良好的PAC-LV(PAC-R)降濾失劑、UltraCap包被劑、MC-VIS增粘劑和防泥包劑UltraFree 等。其中PAC-LV(PAC-R)是一種中分子量的聚合物類降濾失劑，并能適當(dāng)提高鉆井液粘度和切力，能抗溫120℃，加量在2%～3%之間；UltraCap 是一種分子量較低的聚合物，對(duì)巖屑具有很好的包覆作用，避免巖屑水化引起的鉆井液性能惡化，加量在0.1%～0.3%之間；MC-VIS 是一種高分子量聚合物，能提高鉆井液粘度和切力，具有加量少的特點(diǎn)。室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，該體系抑制性和潤(rùn)滑性都與油基鉆井液接近，且生物毒性低能達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)。在美國(guó)西部?jī)煽诰膽?yīng)用中，有效解決了泥頁(yè)巖井段易水化分散和膨脹的難題，實(shí)現(xiàn)了井壁穩(wěn)定；在澳大利亞應(yīng)用了1 口深水探井，在應(yīng)用的2 個(gè)泥頁(yè)巖井段中，鉆井液性能穩(wěn)定，井徑規(guī)則，井壁穩(wěn)定效果突出，后期套管下入順利。該體系在國(guó)內(nèi)的大港油田等也進(jìn)行了應(yīng)用，對(duì)泥巖地層具有良好的抑制作用，沒(méi)有發(fā)生剝落、掉塊、井塌等事故，且鉆頭無(wú)泥包，機(jī)械鉆速比其他水基鉆井液明顯提高[2]。

1.3 HYDRO-GUADR水基鉆井液技術(shù)

哈里伯頓公司研制的強(qiáng)抑制型HYDRO-GUADR水基鉆井液技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外各大油田也進(jìn)行了成功應(yīng)用，井壁穩(wěn)定效果明顯。HYDRO-GUADR 鉆井液體系，不但有良好的井眼穩(wěn)定性、較高的機(jī)械鉆速，而且在60℃～120℃的溫度范圍內(nèi)都能保持良好的鉆井液流變性。HYDRO-GUADR 水基鉆井液技術(shù)，先后在墨西哥灣的大陸架和深水區(qū)域鉆井等作業(yè)地段都進(jìn)行了應(yīng)用，井壁穩(wěn)定效果突出，鉆速明顯提高。

國(guó)外3 種主要的高性能水基鉆井液體系性能對(duì)比如表1所示。由表1可知，這幾種鉆井液體系的泥巖滾動(dòng)回收率高，具有較好的抑制作用，且潤(rùn)滑性良好，能夠滿足高泥巖地層鉆井施工需求[3]。

表1 國(guó)外高性能水基與油基鉆井液體系各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比表

2 國(guó)內(nèi)高性能水基鉆井液技術(shù)

在國(guó)外高性能水基鉆井液技術(shù)取得成功應(yīng)用之后，國(guó)內(nèi)中石油、中石化等研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始重視聚胺類頁(yè)巖抑制劑的研究與合成，并以此為基礎(chǔ)形成一系列高性能水基鉆井液技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得良好效果。

2.1 PF-PLUS聚胺聚合物鉆井液技術(shù)

中海油服股份有限公司開(kāi)發(fā)了一種PF-PLUS 聚胺聚合物鉆井液，配方為：1%膨潤(rùn)土+0.1%NaOH+0.1%Na2CO3+0.4%PF-PAC-LV+2%PF-TEMP+2%PF-PHIB+2%PF-JLX+1%PF-LUBE+2%PFDYFT-Ⅱ+2%PF-HJZ+5%KCl+0.4%PF-PLUS。該體系中PF-PAC-LV 是中分子量的降濾失劑，PFPHIB 是低分子量聚胺抑制劑，PF-JLX 是聚合醇，PF-LUBE 是高效液體潤(rùn)滑劑，PF-HJZ 和PF-PLUS分別是減阻劑和高分子聚合物包被劑。這種鉆井液體系在蒙脫石、伊蒙混層含量較高的軟泥巖地層進(jìn)行了應(yīng)用，與同區(qū)塊鄰井相比，該鉆井液顯著降低了井壁復(fù)雜事故率，井徑擴(kuò)大率大幅度降低，起下鉆未遇阻，后期下套管順利[4]。

2.2 GID水基鉆井液技術(shù)

在渤海油田渤中區(qū)塊進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，常發(fā)生泵壓升高和卡鉆等事故，扭矩明顯增大，甚至?xí)l(fā)生憋漏地層的情況，這主要是明化鎮(zhèn)組地層泥巖粘土礦物含量過(guò)高，水敏性極強(qiáng)。針對(duì)這種問(wèn)題，通過(guò)開(kāi)展低分子量聚胺抑制劑PF-UHIB 的研究，再利用PF-PLH 大分子包被劑的協(xié)同抑制作用，同時(shí)在體系中加入PFPSL非離子聚合物降濾失劑和PF-LPF低滲透成膜封堵劑，使鉆井液體系的抑制能力得到大幅度提高，在渤海油田渤中地區(qū)BZ2822S 油田取得了良好的應(yīng)用效果。

2.3 聚胺高性能水基鉆井液技術(shù)

中國(guó)石油大學(xué)（華東）在合成強(qiáng)水化聚胺抑制劑SDPA 基礎(chǔ)上，通過(guò)輔劑優(yōu)選最終形成了一套聚胺高性能水基鉆井液體系。在室內(nèi)評(píng)價(jià)和對(duì)比試驗(yàn)中得知，該體系能抗溫150℃，抑制性優(yōu)良，在低溫環(huán)境下能保持良好的流變性，對(duì)泥頁(yè)巖的水化分散效果與油基鉆井液相當(dāng)，抗鈣和抗劣土污染能力較好，沒(méi)有生物毒性，能應(yīng)用在深水鉆井領(lǐng)域[5]。

2.4 新型強(qiáng)抑制胺基鉆井液體系

另外，渤海鉆探工程公司也研制出一套新型強(qiáng)抑制胺基鉆井液體系，采用自主合成的聚胺抑制劑JAI和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺型強(qiáng)包被劑PV，使鉆井液體系對(duì)粘土具有良好的抑制作用，提高了井壁穩(wěn)定效果。在二連油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，鉆井液性能穩(wěn)定，漏斗粘度一直維持在48s左右，鉆井液的優(yōu)良抑制能力保證了整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)泥頁(yè)巖水化分散，而引起的造漿、縮徑等問(wèn)題。

3 高性能水基鉆井液發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，高性能水基鉆井液取得了較大進(jìn)展，但仍然存在著抗溫低、成本難控制、環(huán)保兼容性有待提高等技術(shù)難題。未來(lái)高性能水基鉆井液技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該從幾個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)：

(1)創(chuàng)新使用材料科學(xué)領(lǐng)域新技術(shù)，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)做好高性能水基鉆井液抑制劑、降濾失劑等主處理劑的合成與研究工作；

（2）合成或選用與主劑配伍性良好的包被劑、流型調(diào)節(jié)劑等輔劑，使高性能水基鉆井液保持良好的性能和流變性，便于現(xiàn)場(chǎng)性能維護(hù)和調(diào)整；

（3）選用來(lái)源廣、成本較低的環(huán)保原材料制備處理劑，滿足高性能水基鉆井液與環(huán)境的兼容性，降低對(duì)周?chē)h(huán)境和水資源的污染；

（4）大力發(fā)展水基鉆井液回收再利用技術(shù)和廢棄鉆井液處理技術(shù)，進(jìn)一步降低鉆井液綜合成本和環(huán)境危害。