國(guó)內(nèi)鉆井液技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議

王中華

（1.中石化中原石油工程有限公司,河南濮陽(yáng) 457001；2.中石化石油工程鉆完井液技術(shù)中心，河南濮陽(yáng) 457001）

鉆井液技術(shù)的發(fā)展既與油氣勘探開(kāi)發(fā)、所適用的作業(yè)環(huán)境和安全高效鉆井工藝的要求有關(guān)，也與處理劑的合成技術(shù)發(fā)展有關(guān)。近年來(lái)，針對(duì)頁(yè)巖地層和強(qiáng)水敏性易塌地層，以及深井超深井、海洋深水鉆井的需要，鉆井液研究人員圍繞鉆井液體系的完善與性能提高，以及新型鉆井液體系的開(kāi)發(fā)開(kāi)展了大量研究與探索，尤其是隨著油基鉆井液體系逐漸成熟配套，基本能夠滿足不同條件下安全鉆井的需要。水基鉆井液方面，為適應(yīng)新的要求，主要是在傳統(tǒng)鉆井液體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造、完善與提高，如在聚合醇、胺基抑制、有機(jī)鹽和甲基葡萄糖苷等強(qiáng)抑制鉆井液體系的基礎(chǔ)上，形成了強(qiáng)抑制高性能水基鉆井液等[1–3]，從而奠定了水基鉆井液在強(qiáng)水敏性易塌或頁(yè)巖地層鉆井中推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，同時(shí)為保證深井超深井、低壓易漏地層安全鉆井，以及儲(chǔ)層保護(hù)、環(huán)境保護(hù)的需要，相繼研發(fā)了超高溫鉆井液、微泡鉆井液、強(qiáng)封堵鉆井液、環(huán)保鉆井液和無(wú)土/固相水基鉆井液等體系[4–7]，尤其是超高溫水基鉆井液取得了突破性進(jìn)展[8–9]，促進(jìn)了水基鉆井液技術(shù)水平的提高。油基鉆井液方面，隨著油基鉆井液在頁(yè)巖油氣水平井，以及深層、超深層及復(fù)雜水敏性地層鉆井中表現(xiàn)出良好的效果[10–11]，油基鉆井液的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，也激發(fā)了人們對(duì)油基鉆井液的研究興趣，尤其是在頁(yè)巖氣水平井鉆井中，油基鉆井液已成為主要應(yīng)用的鉆井液體系[12–14]。針對(duì)油基鉆井液使用中的安全、環(huán)保和健康風(fēng)險(xiǎn)，合成基鉆井液也有了一些應(yīng)用[15]，同時(shí)嘗試采用高性能水基鉆井液來(lái)替代油基鉆井液用于頁(yè)巖氣水平井鉆井，雖然在應(yīng)用中見(jiàn)到了初步效果，但也暴露出一些固有缺陷，限制了其推廣應(yīng)用[3]。

盡管鉆井液研究與應(yīng)用已取得了一些可喜的成果，積累了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，但在降低鉆井液費(fèi)用和缺少高質(zhì)量處理劑的大環(huán)境下，國(guó)內(nèi)鉆井液，尤其是水基鉆井液的使用水平還有待提高，特別在認(rèn)識(shí)上還缺少?gòu)呐浞絻?yōu)化、工藝參數(shù)、過(guò)程控制等方面進(jìn)行綜合考慮，使鉆井液技術(shù)發(fā)展前景堪憂。為此，筆者系統(tǒng)總結(jié)了近期國(guó)內(nèi)鉆井液研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要分析了目前存在的主要問(wèn)題，并對(duì)今后的發(fā)展提出了有益的建議。

1 水基鉆井液

在水基鉆井液方面，圍繞提高鉆井液的抑制性以適用于頁(yè)巖氣水平井和強(qiáng)水敏性易塌地層，以及深井超深井、海洋深水鉆井的需要，不僅優(yōu)化完善了一些在用鉆井液體系，同時(shí)開(kāi)展了新型鉆井液的研究和應(yīng)用探索，尤其是近油基鉆井液的成功應(yīng)用，為水基鉆井液部分替代油基鉆井液奠定了基礎(chǔ)，也為環(huán)境敏感地區(qū)復(fù)雜地層鉆井提供了技術(shù)支持。

1.1 抑制性鉆井液

抑制性鉆井液除了傳統(tǒng)抑制性鉆井液體系外，聚合醇、胺基、烷基糖苷和有機(jī)鹽鉆井液仍然是關(guān)注的重點(diǎn)，但大多是在傳統(tǒng)抑制性鉆井液基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，鮮見(jiàn)完全創(chuàng)新的鉆井液體系。

1.1.1 聚合醇鉆井液

聚合醇鉆井液是利用聚合醇的濁點(diǎn)效應(yīng)，通過(guò)優(yōu)化其加量和選擇濁點(diǎn)而得到，具有良好的抑制、潤(rùn)滑和封堵等性能。在聚合醇鉆井液的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入Ca2+、有機(jī)鹽和硅酸鹽等，可以得到強(qiáng)化型的聚合醇鉆井液體系，與聚合醇鉆井液相比，其熱穩(wěn)定性、封堵性能和抑制性得到提高，能解決鉆進(jìn)過(guò)程中強(qiáng)水敏性地層的水化、弱水敏性地層的掉塊與垮塌和鉆屑水化導(dǎo)致的鉆井液流變性不穩(wěn)定等問(wèn)題[16–17]。

聚合醇鉆井液用于水平井鉆井，能夠保持較好的流變性、懸浮穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性，抑制能力強(qiáng)，攜巖、防漏和封堵效果較好，可以有效減少井下復(fù)雜，保證水平段施工順利[18]。近年來(lái)，嘗試將該類(lèi)鉆井液用于頁(yè)巖氣水平井鉆井，但與油基鉆井液相比還存在一些難以克服的問(wèn)題，故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少。聚合醇鉆井液用于海洋深水鉆井時(shí)，鉆井液不僅具有良好的流變性、濾失性、潤(rùn)滑性、抑制性和封堵性，還可以防止天然氣水合物的生成，是深水鉆井常用的一種鉆井液體系[19]。

1.1.2 胺基抑制鉆井液

以胺基抑制劑為主劑的胺基抑制鉆井液，因其具有良好的抑制性、潤(rùn)滑性和攜巖能力，能滿足儲(chǔ)層保護(hù)和環(huán)保要求而深受重視，并常用于鉆進(jìn)各種易坍塌地層[2，20]。由胺基抑制劑、鈣鹽、鉀鹽與其他處理劑配制鉆井液，可進(jìn)一步提高鉆井液的性能，尤其是鉆井液的抑制性。例如，低活度高鈣聚胺鉆井液和多元抑制防塌的高性能防塌水基鉆井液可以滿足水敏性易塌地層對(duì)抑制、封堵防塌及高溫穩(wěn)定性的要求，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液性能穩(wěn)定，無(wú)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，施工順利[21–22]。

實(shí)踐表明，氯化鉀聚合物鉆井液體系中引入胺基抑制劑，可以使氯化鉀聚合物鉆井液的抑制防塌能力更強(qiáng)[23]。氯化鉀聚合物鉆井液在柴達(dá)木盆地第一口超高溫超深井（昆2 加深井）的應(yīng)用表明，KCl 與有機(jī)鹽及聚胺的結(jié)合，極大地提高了鉆井液的抑制性能，泥巖巖心膨脹量降低率達(dá)93.33%[24]。

1.1.3 烷基糖苷鉆井液

甲基葡萄糖苷（MEG）鉆井液體系具有良好的抑制、潤(rùn)滑性能及突出的儲(chǔ)層保護(hù)和環(huán)境保護(hù)特性，特別適用于大位移井和大斜度井鉆井，能夠滿足油氣田開(kāi)發(fā)在儲(chǔ)層保護(hù)及環(huán)境保護(hù)等方面的要求。針對(duì)頁(yè)巖氣水平井鉆井需要，在MEG 鉆井液的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了改性烷基糖苷鉆井液體系。例如，以陽(yáng)離子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷為主劑的ZY-APD 高性能水基鉆井液在川南黃金壩和長(zhǎng)寧區(qū)塊3 口井的應(yīng)用表明，該鉆井液體系對(duì)川南龍馬溪組頁(yè)巖井壁穩(wěn)定周期較長(zhǎng)，潤(rùn)滑性與相同密度的油基鉆井液相當(dāng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性良好，便于維護(hù)與回收利用，環(huán)保性能優(yōu)異[3]；使用該鉆井液體系鉆進(jìn)武隆等常壓頁(yè)巖地層時(shí)井壁穩(wěn)定，潤(rùn)滑性好，定向無(wú)托壓，機(jī)械鉆速高，井眼清潔度高，起下鉆通暢，解決了小河壩組、龍馬溪組等頁(yè)巖地層的井壁穩(wěn)定難題，可滿足常壓頁(yè)巖氣鉆完井的施工要求[25]。在分析上述鉆井液體系存在的問(wèn)題和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上形成的近油基鉆井液在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中也見(jiàn)到明顯效果，有望完全替代油基鉆井液[26]。

1.1.4 有機(jī)鹽鉆井液

實(shí)踐證明，有機(jī)鹽鉆井液在生態(tài)保護(hù)、油層保護(hù)、抑制地層坍塌及抗高溫抗污染方面都有顯著優(yōu)勢(shì)，特別適用于鉆進(jìn)高溫高壓層、產(chǎn)層、易水化膨脹易坍塌泥頁(yè)巖層、巖鹽層和鹽膏層等地層，也適用于小井眼和環(huán)境保護(hù)要求高的地區(qū)。為解決高溫深層水平井鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)問(wèn)題，利用甲酸鹽與碳酸鈣復(fù)配形成的高溫高密度低固相鉆井液抗溫能力較好，抗氯化鈣、硫酸鈣、頁(yè)巖巖屑侵污能力強(qiáng)，儲(chǔ)層保護(hù)效果良好，能夠滿足不同溫度條件下的水平井鉆進(jìn)要求[27]。針對(duì)瑪東油田長(zhǎng)水平井面臨的三疊系泥頁(yè)巖地層失穩(wěn)和井眼凈化問(wèn)題，應(yīng)用了鉀鈣基聚胺有機(jī)鹽鉆井液，鉆井過(guò)程中鉆井液性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，井壁穩(wěn)定性好，井眼凈化能力強(qiáng)，同比機(jī)械鉆速提高45.6%，復(fù)雜時(shí)率降低79.0%[28]。實(shí)踐表明，高性能有機(jī)鹽鉆井液用于頁(yè)巖氣井鉆完井作業(yè)，不僅為頁(yè)巖氣順利鉆井施工提供了技術(shù)支持，也有利于安全鉆進(jìn)和環(huán)境保護(hù)[29]。

1.2 超高溫鉆井液

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)井底溫度高于200 ℃的深井、超深井普遍增加，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需要，在超高溫鉆井液方面開(kāi)展了一些新的探索，但多以滿足應(yīng)用為主，缺乏系統(tǒng)性研究。例如，針對(duì)堿探1 井鉆井需要（完鉆井深為6343 m，實(shí)測(cè)井底最高溫度達(dá)到235 ℃），在有機(jī)鹽鉆井液的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化降濾失劑、封堵防塌劑、潤(rùn)滑劑和熱穩(wěn)定劑等，形成的抗240 ℃超高溫有機(jī)鹽水基鉆井液，高溫老化72 h 后，高溫高壓濾失量小于10 mL，潤(rùn)滑系數(shù)小于0.10，砂床侵入深度小于12 cm，滿足了超高溫井堿探1 井的鉆探需求[30]；為解決長(zhǎng)探1 井（完鉆井深5400 m）三開(kāi)井段中存在的井底溫度高、設(shè)計(jì)鉆井液密度低、火成巖地層坍塌掉塊和CO2侵等技術(shù)難點(diǎn)，形成了一套抗溫200 ℃、流變性好、封堵性強(qiáng)的抗溫防塌水基鉆井液?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該鉆井液高溫穩(wěn)定性好，抗污染和抑制能力強(qiáng)，解決了火成巖地層坍塌及井底火成巖掉塊攜帶問(wèn)題[31]。翼探1 井設(shè)計(jì)完鉆井深6500 m，預(yù)測(cè)井底溫度235～266 ℃，應(yīng)用抗240 ℃高溫的高密度復(fù)合有機(jī)鹽鉆井液后，全井施工順利，鉆井液高溫流變性良好，高溫高壓濾失量小于12 mL，較好地解決了高溫流變性、沉降穩(wěn)定性、漏失、破碎性地層垮塌和酸性氣體污染等難題[32]。

此外，超高溫鉆井液用于干熱巖鉆井也引起關(guān)注，并在青海共和盆地高溫干熱巖鉆探GR1 井施工中見(jiàn)到初步效果，為下步應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)[33]。

1.3 微泡鉆井液

微泡鉆井液是針對(duì)枯竭地層開(kāi)發(fā)需要而開(kāi)發(fā)的，屬于泡沫鉆井液范疇。微泡鉆井液的特性使其能減輕鉆井液侵入滲透性地層或微裂縫性地層，維護(hù)處理容易方便，井眼清潔和攜巖效果好。文23 儲(chǔ)氣庫(kù)是以巨厚鹽層為蓋層的枯竭砂巖氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)，地層孔隙度高，滲透率變化大，壓力系數(shù)低，虧空嚴(yán)重，鉆井過(guò)程中井漏、地層污染等問(wèn)題突出，為此開(kāi)發(fā)了抗溫120 ℃微泡鉆井液?，F(xiàn)場(chǎng)66 口井應(yīng)用了該鉆井液，這66 口井的漏失發(fā)生率僅為13.6%，鉆井期間井壁穩(wěn)定，防漏效果良好，有效保護(hù)了儲(chǔ)層，為文23 儲(chǔ)氣庫(kù)安全建設(shè)提供了保障[34]?？垢邷貜?qiáng)封堵硬膠微泡沫鉆井液流變性良好，穩(wěn)泡效果優(yōu)異，密度在0.60～1.00 kg/L 之間可調(diào)，配制及維護(hù)處理不需要特殊設(shè)備，可用于高溫深井低壓易漏地層防漏堵漏[35]。

為解決煤層儲(chǔ)層段鉆井過(guò)程中出現(xiàn)的易傷害、易塌等技術(shù)難題，采用雙子型陰離子起泡劑LHPF-1、兩性離子起泡劑BS-12 和XC 增黏劑復(fù)配形成低傷害高性能微泡沫鉆井液。在滇東地區(qū)老廠勘探區(qū)應(yīng)用該鉆井液后，鉆井施工安全順利，井徑規(guī)則，濾失量低，該鉆井液表現(xiàn)出良好的流變性、攜巖性、抑制性、封堵性和儲(chǔ)層保護(hù)性能[36]。

1.4 其他鉆井液

除上述鉆井液體系外，近年來(lái)從強(qiáng)調(diào)封堵和環(huán)保的角度，針對(duì)性應(yīng)用了一些強(qiáng)封堵和環(huán)保鉆井液；從改善儲(chǔ)層保護(hù)效果和提速提效出發(fā)，應(yīng)用了無(wú)土/固相鉆井液體系。但這些鉆井液體系多是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)鉆井液體系的基礎(chǔ)上改良而得，缺少必要的理論支撐。

1.4.1 強(qiáng)封堵性鉆井液

鉆遇水敏性強(qiáng)、膠結(jié)性差，以及裂縫發(fā)育、裂縫走向雜亂、破碎等復(fù)雜地層時(shí)，為了保證鉆井過(guò)程中不出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、掉塊卡鉆和電測(cè)遇阻等復(fù)雜情況，常通過(guò)引入與地層特征相匹配的封堵劑形成具有良好封堵性能的鉆井液。實(shí)踐表明，強(qiáng)封堵性鉆井液可以改善濾餅質(zhì)量、阻止壓力傳遞、減小進(jìn)入地層的濾液量、保證井壁穩(wěn)定，減少井下復(fù)雜[37]。例如，通過(guò)優(yōu)選封堵劑、潤(rùn)滑劑等形成的BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale 強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵高性能水基鉆井液，能降低頁(yè)巖滲透率，阻止壓力傳遞，保證井壁穩(wěn)定，大港油田36 口頁(yè)巖油水平井應(yīng)用該鉆井液后，平均井徑擴(kuò)大率6.8%，未發(fā)生井下復(fù)雜[38]；具有較好封堵和防塌性能的非磺化低活度鉆井液在瑪湖油田MaHW1602 井三開(kāi)井段的應(yīng)用結(jié)果表明，疏松易塌井段井壁穩(wěn)定，井眼規(guī)則，平均井徑擴(kuò)大率6.5%，且鉆進(jìn)中無(wú)明顯托壓現(xiàn)象，電測(cè)、下套管順利[39]。為解決順北油氣田奧陶系碳酸鹽巖破碎性地層易發(fā)生井壁坍塌問(wèn)題，通過(guò)強(qiáng)化封堵、控制高溫高壓濾失量和優(yōu)化鉆井液動(dòng)塑比等形成了防塌鉆井液，其在順北X 井的試驗(yàn)表明，鉆進(jìn)中扭矩穩(wěn)定，機(jī)械鉆速較高，井徑擴(kuò)大率較小，防塌效果良好[40]。

1.4.2 環(huán)保鉆井液

廢棄鉆井液一直是鉆井工程的主要污染物之一，而研發(fā)環(huán)保型水基鉆井液體系，從源頭上控制廢棄鉆井液污染環(huán)境，已成為現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)綠色鉆井、清潔生產(chǎn)的重要途徑。易生物降解的環(huán)保型可循環(huán)利用BIODRILL A 水基鉆井液在渤海油田的應(yīng)用表明，可從淺層軟泥巖直接開(kāi)鉆，實(shí)現(xiàn)全程“零排放”、零置換；現(xiàn)場(chǎng)46 口井應(yīng)用后，鉆井井眼穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)鉆井液連續(xù)重復(fù)使用，平均單井鉆井液使用量減少約60%、減排60%，大大節(jié)省了環(huán)保處理費(fèi)用[41]。以天然高分子/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料環(huán)保降濾失劑EFR-1 等形成的抗溫170 ℃的高溫高壓高性能環(huán)保水基鉆井液，組分簡(jiǎn)單，流變性和濾失性能穩(wěn)定，高溫高壓濾失量為7.8 mL，生物毒性EC50為56800 mg/L，在勝利油田、新疆準(zhǔn)中區(qū)塊等現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用20 余口井，鉆井施工順利，應(yīng)用井段井徑擴(kuò)大率不大于5%[42]。用改性淀粉類(lèi)環(huán)保降濾失劑HBFR等形成的抗高溫（150 ℃）環(huán)保型水基鉆井液體系SLHB，不僅具有良好的流變性、濾失性、抑制性及抗污染性能，且EC50大于1×105mg/L，BOD5/CODCr為16.2%，可達(dá)到國(guó)家污水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)10 余口井應(yīng)用表明，其能夠滿足勝利油田環(huán)保鉆井液技術(shù)需求[43]。

1.4.3 無(wú)土/固相水基鉆井液

針對(duì)不同地質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用了一些無(wú)土/固相鉆井液，實(shí)踐表明，無(wú)土/固相鉆井液可以減少對(duì)儲(chǔ)層的污染，有利于提高機(jī)械鉆速。例如，具有解除水鎖、抑制水敏及儲(chǔ)層保護(hù)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)的無(wú)土相防水鎖低傷害鉆井液，適用于長(zhǎng)北區(qū)塊壓力衰減儲(chǔ)層，長(zhǎng)北區(qū)塊2 口氣井試驗(yàn)表明，鉆井過(guò)程中未發(fā)生井下復(fù)雜，起下鉆順暢，井眼凈化效果好，能夠滿足長(zhǎng)水平段水平井鉆井安全及儲(chǔ)層保護(hù)要求[44]。無(wú)黏土低固相水基鉆井液在陜北神木氣田米38 區(qū)塊致密砂巖氣藏3 口水平井的應(yīng)用表明，該鉆井液流變性良好、抑制性和封堵能力強(qiáng)，鉆進(jìn)中摩阻小、無(wú)明顯托壓，起下鉆順暢，未出現(xiàn)井下復(fù)雜，鉆井周期較設(shè)計(jì)平均縮短10.85 d，下套管一次成功，單井產(chǎn)氣量與鄰井相比顯著提高[45]。南海東部惠州區(qū)域使用儲(chǔ)層保護(hù)性能好的抗高溫150 ℃的無(wú)固相鉆井液體系，滿足了前古近系地層高溫和儲(chǔ)層保護(hù)要求，不僅確保了井下作業(yè)安全，也為測(cè)試作業(yè)順利進(jìn)行提供了保障[7]。盡管無(wú)土/固相鉆井液在應(yīng)用中見(jiàn)到了一定效果，也積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但構(gòu)建時(shí)還不夠規(guī)范，不同體系缺乏統(tǒng)一的構(gòu)建依據(jù)。

2 油基鉆井液

近年來(lái)，油基鉆井液的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，從頁(yè)巖油氣水平井、復(fù)雜水敏性地層到深層、鹽膏層等，有效解決了井壁穩(wěn)定、攜巖和潤(rùn)滑防卡等難題，應(yīng)用的鉆井液體系包括柴油基和白油基鉆井液。

2.1 純油基鉆井液

純油基鉆井液也稱(chēng)全油基鉆井液，與油包水乳化鉆井液相比，更有利于提高機(jī)械鉆速、穩(wěn)定井壁和保護(hù)儲(chǔ)層。由于純油基鉆井液在高溫下的懸浮穩(wěn)定性和流變性控制難度大，且對(duì)增黏劑和提切劑性能要求高，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，一般只在特別復(fù)雜的地質(zhì)條件下使用。例如，針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷長(zhǎng)裸眼段鉆井過(guò)程中極易因泥巖吸水膨脹引發(fā)井壁垮塌、阻卡等問(wèn)題，采用具有良好的流變性、抑制性、抗污染和抗溫能力的全白油基鉆井液，解決了泥巖地層井壁易失穩(wěn)的問(wèn)題，J1 井二開(kāi)3300 m 長(zhǎng)裸眼段鉆進(jìn)過(guò)程中井壁穩(wěn)定，二開(kāi)井段平均機(jī)械鉆速大幅度提高，鉆井周期顯著縮短，鉆井成本大幅降低[46]；針對(duì)北部灣盆地潿洲組斷層多、易垮塌、易井漏、易卡鉆和儲(chǔ)層保護(hù)難度大等難題，通過(guò)優(yōu)化配方形成的全油基鉆井液不僅比常規(guī)油基鉆井液具有更強(qiáng)的封堵和抑制能力，且潤(rùn)滑性好、抗污染能力強(qiáng)、井眼清潔和儲(chǔ)層保護(hù)效果好，能有效提高機(jī)械鉆速[47]。

2.2 油包水乳化鉆井液

油包水乳化鉆井液對(duì)乳化劑、潤(rùn)濕劑的性能要求比純油基鉆井液要高，由于水的存在，處理劑在高溫下的穩(wěn)定性比純油基鉆井液差，無(wú)形中會(huì)增大處理劑的消耗。多數(shù)人認(rèn)為，由于水的引入，油包水乳化鉆井液的安全性和環(huán)保性能比純油基鉆井液有所改善，故油包水乳化鉆井液的應(yīng)用更多，尤其在頁(yè)巖氣水平井鉆井施工。例如，油水比80∶20、密度2.20 kg/L 的高密度柴油基鉆井液不僅乳化穩(wěn)定性、流變性好，且抗污染能力強(qiáng)、高溫高壓濾失量低，陽(yáng)101H3-6 井長(zhǎng)水平段應(yīng)用表明，其能夠滿足頁(yè)巖氣水平井鉆井施工需求[48]。長(zhǎng)寧區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)10 余口井應(yīng)用強(qiáng)封堵油基鉆井液后，龍馬溪組和五峰組水平段均未出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的問(wèn)題，與同區(qū)塊采用常規(guī)鉆井液鉆井相比，井徑擴(kuò)大率大幅降低，建井周期平均縮短4.5 d，解決了長(zhǎng)寧區(qū)塊頁(yè)巖氣水平井龍馬溪組和五峰組水平段井壁失穩(wěn)的問(wèn)題[49]。

除頁(yè)巖氣水平井鉆井外，在鉆進(jìn)鹽層、高溫高壓地層和強(qiáng)水敏性地層時(shí)，為了滿足安全順利鉆井的需要，也逐步采用油基鉆井液[50–51]，尤其在鉆進(jìn)鹽層時(shí)應(yīng)用油基鉆井液，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液性能穩(wěn)定，未出現(xiàn)卡鉆或其他井下復(fù)雜，解決了深井鉆遇巨厚鹽膏層或高壓鹽水層污染的問(wèn)題。盡管油基鉆井液在鉆進(jìn)復(fù)雜地層時(shí)取得了較好的效果，但使用過(guò)程中還存在高溫下穩(wěn)定性變差、井壁失穩(wěn)和起下鉆遇阻、卡鉆等問(wèn)題，需要針對(duì)存在的問(wèn)題不斷完善提高。

2.3 無(wú)土相油基鉆井液

無(wú)黏土相油基鉆井液是在傳統(tǒng)的油基鉆井液組成中去掉有機(jī)土組分，并對(duì)各種組分進(jìn)行優(yōu)化形成的不含有機(jī)土的油基鉆井液體系。它克服了傳統(tǒng)的油基鉆井液高溫易降解失效和高密度下流變性差的缺點(diǎn)，特別是在鉆遇油氣層時(shí)能夠有效地控制濾失量，并盡可能在不用或少用強(qiáng)親油性處理劑的情況下使鉆井液保持良好的流變性、懸浮穩(wěn)定性和濾失性，降低循環(huán)壓耗，不僅有利于提高機(jī)械鉆速，還能降低儲(chǔ)層損害程度。例如，在傳統(tǒng)油基鉆井液的基礎(chǔ)上用聚合物增黏提切劑代替有機(jī)土，通過(guò)優(yōu)選乳化劑、潤(rùn)濕劑和降濾失劑等，形成了柴油基無(wú)土相油包水乳化鉆井液，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得良好效果[52]。但由于可選的處理劑較少，目前無(wú)土相油基鉆井液還沒(méi)有規(guī)?；瘧?yīng)用。

為了降低油基鉆井液對(duì)環(huán)境可能造成的污染，不斷探索應(yīng)用低毒油基鉆井液[53]，但由于成本和配套處理劑的限制，目前成熟的低毒油基鉆井液還很少，從而限制了其廣泛應(yīng)用，今后應(yīng)在這方面開(kāi)展研究，以盡可能降低油基鉆井液對(duì)環(huán)境的影響。

3 合成基鉆井液

與油基鉆井液相比，合成鉆井液的使用范圍相對(duì)較窄，合成基鉆井液作為油基鉆井液的替代或補(bǔ)充，其成本相對(duì)較高，因此，應(yīng)用沒(méi)有油基鉆井液廣泛。通常應(yīng)用的合成基鉆井液以烴類(lèi)合成基為主，如準(zhǔn)噶爾盆地南緣的永進(jìn)油田鉆進(jìn)清水河組和西山窯組時(shí)井壁失穩(wěn)問(wèn)題突出，數(shù)口井的鉆井實(shí)踐表明，采用全合成基鉆井液體系，解決了井壁失穩(wěn)、懸浮攜巖和潤(rùn)滑防卡等難題[54]。合成基鉆井液具有良好的環(huán)保性能和易于達(dá)到恒流變的特點(diǎn)，在海洋深水鉆井中比較受重視，是深水、超深水鉆井常用的鉆井液體系。例如，南海東部超深水井荔灣22-1-1井作業(yè)水深達(dá)2619.35 m，實(shí)測(cè)海底溫度為1.9 ℃，為滿足窄安全密度窗口作業(yè)的要求，使用了黏度、切力受溫度和壓力影響小，尤其是動(dòng)切力、靜切力和低剪切速率黏度等在4.0～65.5 ℃溫度下變化平穩(wěn)的FLAT-PRO 合成基鉆井液體系，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)其恒流變性能穩(wěn)定、攜巖能力強(qiáng)、井眼清潔效果好和ECD 較低，起下鉆及測(cè)井順利[55]。

實(shí)踐證明，酯類(lèi)和生物質(zhì)合成基比烴類(lèi)合成基環(huán)保性能更好。四川長(zhǎng)寧區(qū)塊HA 平臺(tái)3 口頁(yè)巖氣井在水平段試用了改性植物油酯基油包水乳化鉆井液，發(fā)現(xiàn)其抑制性、封堵性和潤(rùn)滑性好，鉆進(jìn)、電測(cè)和下套管等施工順利，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)和廢棄物處理成本低，能滿足安全環(huán)保要求[56]。利用天然生物油脂，通過(guò)催化加氫、分子異構(gòu)等合成了生物合成基礎(chǔ)油，形成的生物合成基鉆井液乳液穩(wěn)定，抗污染性能、潤(rùn)滑性、抑制性、儲(chǔ)層保護(hù)性能和安全環(huán)保性能良好，濾失量低，96 h 半致死濃度大于1.0×106mg/L，能滿足鉆井及環(huán)保要求[57]。

生物酯基鉆井液在長(zhǎng)期高溫和堿性條件下會(huì)發(fā)生水解，使鉆井液性能變差，維護(hù)處理難度增大，且無(wú)法重復(fù)使用，為此，研制了基于生物質(zhì)合成基液LAE-12 的抗溫150 ℃的生物質(zhì)合成基鉆井液[58]，密度1.20～2.50 kg/L 可調(diào)。該鉆井液不僅具有良好的流變性、濾失量控制能力、乳液穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性和抑制性，且鉆井液在鉆屑上吸附量小，無(wú)毒、易降解，可滿足安全和環(huán)保要求，在中江204H 井首次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的效果，具有推廣前景。

4 存在的問(wèn)題與發(fā)展建議

4.1 存在的問(wèn)題

1）鉆井液體系命名不規(guī)范。構(gòu)建鉆井液體系時(shí)，沒(méi)有從關(guān)鍵材料所起的主體作用出發(fā)，多數(shù)情況下鉆井液體系命名存在隨意性，很少針對(duì)鉆井液組成、性能與特征命名，名稱(chēng)與實(shí)際存在偏差，從名稱(chēng)難以看出鉆井液的實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容。鉆井液體系（名稱(chēng)）、組成與鉆井液應(yīng)具有的性能缺乏內(nèi)在聯(lián)系，命名時(shí)缺少對(duì)其綜合或基本性能的準(zhǔn)確理解，很少考慮不同處理劑之間的協(xié)同增效作用和處理劑的性能變化等因素，常以某一種材料或處理劑或處理劑作用作為命名依據(jù)，而很少考慮其是否決定鉆井液體系的性質(zhì)。

2）鉆井液體系配方設(shè)計(jì)不明確。很少考慮某一材料的標(biāo)志作用或產(chǎn)生的突出效果，配方設(shè)計(jì)缺乏理論和實(shí)踐依據(jù)（沒(méi)有明確為什么采用該材料和該配方），未針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)需要和處理劑本質(zhì)特性，常常是將幾種處理劑列出就是所謂鉆井液體系的配方，對(duì)為什么要用某一處理劑、處理劑的主要和輔助作用，以及如何確定主要材料和輔助材料等往往論述不清楚。對(duì)材料的基本要求或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、選擇依據(jù)等也很少體現(xiàn)。支撐構(gòu)建鉆井液體系的基礎(chǔ)研究還存在大的差距。

3）水基鉆井液體系不僅缺少高質(zhì)量、高效的處理劑，還缺少科學(xué)的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)。正是由于缺乏高效處理劑，使井下高溫條件下具有良好懸浮穩(wěn)定性的鉆井液、海洋深水恒流變鉆井液、適用于環(huán)境敏感地區(qū)的綠色鉆井液等仍不完善，適用于頁(yè)巖油氣水平井的水基鉆井液依然不成熟；由于標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法的限制，對(duì)于一些從名稱(chēng)看具有儲(chǔ)層保護(hù)和環(huán)境保護(hù)性能的鉆井液，由于缺少其應(yīng)用時(shí)儲(chǔ)層保護(hù)和環(huán)保性能的評(píng)價(jià)結(jié)果，體現(xiàn)不出儲(chǔ)層和環(huán)境保護(hù)效果。

4）油基和合成基鉆井液體系還沒(méi)有完善配套，整體水平與國(guó)外存在差距。在油基鉆井液的井壁穩(wěn)定、攜巖清砂能力，有效的防漏、堵漏、回收利用，以及含油鉆井廢液等廢棄物高效處理方面，仍然還存在一些不足，需要在將來(lái)的研究和實(shí)踐中繼續(xù)努力、不斷攻關(guān)。

5）對(duì)固相控制技術(shù)，尤其是固相控制對(duì)鉆井液性能維護(hù)和復(fù)雜預(yù)防的重要性認(rèn)識(shí)不足，缺少?gòu)南到y(tǒng)工程的角度去制定鉆井液性能維護(hù)與處理措施或方案。在水基鉆井液固相及顆粒分布優(yōu)化、通過(guò)控制固相改善鉆井液性能、減少處理劑消耗、降低鉆井液維護(hù)處理次數(shù)和減少處理費(fèi)用等方面沒(méi)有引起足夠重視，甚至缺少基本的認(rèn)識(shí)，還未形成系統(tǒng)、有效的清除和利用固相的方法。

6）鉆井作業(yè)時(shí)，對(duì)鉆井液配制、維護(hù)處理、工藝參數(shù)設(shè)置，以及復(fù)雜預(yù)防與處理等，經(jīng)驗(yàn)仍然占主導(dǎo)作用，缺乏科學(xué)的實(shí)驗(yàn)、分析和規(guī)范。鉆井液性能參數(shù)優(yōu)化不夠，不能視具體情況靈活掌握，常常由于為滿足某一性能指標(biāo)而過(guò)度處理，甚至犧牲其他性能，這不僅不利于鉆井液作用的有效發(fā)揮，也不利于降低處理費(fèi)用和鉆井液總費(fèi)用。

7）鉆井液配方或組分復(fù)雜，處理劑類(lèi)型多、數(shù)量多，用量大。如目前有相當(dāng)多的鉆井液體系中處理劑種類(lèi)超過(guò)10 種，而處理劑總用量在20%以上，維護(hù)處理時(shí)難以確定哪一種處理劑是關(guān)鍵處理劑，降低了維護(hù)處理的針對(duì)性。盡管處理劑種類(lèi)或數(shù)量很多，但適用于復(fù)雜地層，尤其是高溫超高溫、高密度，以及長(zhǎng)水平段水平井水基鉆井液的處理劑依然較少。

4.2 發(fā)展建議

為了更好地開(kāi)展鉆井液體系研究，規(guī)范鉆井液體系，降低鉆井液成本，以及合理地選用、優(yōu)化鉆井液體系，提高鉆井液維護(hù)處理效果，滿足安全鉆井的需要，結(jié)合存在的問(wèn)題和不足，對(duì)未來(lái)鉆井液的發(fā)展提出如下建議。

1）深入開(kāi)展機(jī)理或基礎(chǔ)研究。隨著固相控制水平及鉆井液清潔性能的提高，水基鉆井液膨潤(rùn)土含量越來(lái)越低，傳統(tǒng)的基于高膨潤(rùn)土含量鉆井液的一些機(jī)理或規(guī)律會(huì)隨之改變，需要進(jìn)一步研究證實(shí)膨潤(rùn)土含量下降時(shí)濾失、降黏和井壁穩(wěn)定機(jī)理等是否有所改變，并根據(jù)研究結(jié)果對(duì)原有機(jī)理或規(guī)律進(jìn)行完善或修正。同時(shí)，需要完善有效的儲(chǔ)層保護(hù)和環(huán)境保護(hù)性能評(píng)價(jià)方法。

2）重視低成本鉆井液開(kāi)發(fā)及尋找降本途徑。石油工程降本增效之路會(huì)持續(xù)不斷，因此，如何實(shí)現(xiàn)鉆井液的高性能、低成本就顯得非常重要。為此，必須考慮尋找實(shí)現(xiàn)低成本高性能鉆井液的途徑。鉆井液材料中膨潤(rùn)土最廉價(jià)，在一定條件下能更有效地降濾失、增黏，保證鉆井液具有良好的流變性、造壁性和潤(rùn)滑性等綜合性能，因此，要用好膨潤(rùn)土，使其在不同鉆井液體系中保證最適宜的加量，從而有效地發(fā)揮作用。在目前處理劑種類(lèi)比較混亂的情況下，直接使用一些天然材料（如褐煤、栲膠、淀粉等）或農(nóng)副、工業(yè)下腳料，既有利于降本，又有利于環(huán)保。重視老漿的有效利用，關(guān)鍵是充分發(fā)揮老漿中有效成分的作用，老漿作為可用固相和處理劑的載體用于配漿成分，不僅有利于減少?gòu)U漿排放，也有利于降低作業(yè)成本，可見(jiàn)，開(kāi)展基于老漿的鉆井液體系改造方法研究非常有意義。

3）規(guī)范鉆井液體系命名。由于長(zhǎng)期以來(lái)鉆井液體系命名缺乏規(guī)范，隨機(jī)性強(qiáng)，導(dǎo)致使用混亂，不僅影響了鉆井液體系的有效選擇和維護(hù)處理的針對(duì)性，也影響了鉆井技術(shù)的進(jìn)步，因此，今后應(yīng)建立規(guī)范的鉆井液體系命名方法，保證體系名稱(chēng)與內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，有利于促進(jìn)鉆井液體系健康發(fā)展。

4）優(yōu)化鉆井液性能參數(shù)，簡(jiǎn)化鉆井液配方。合理確定、優(yōu)化鉆井液性能指標(biāo)，在滿足井壁穩(wěn)定和安全鉆井施工要求的前提下，設(shè)計(jì)鉆井液性能指標(biāo)時(shí)不要一概而論，要視具體情況而定，以盡可能減少處理劑的用量。在準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)處理劑作用及優(yōu)化鉆井液性能參數(shù)的前提下，盡可能簡(jiǎn)化鉆井液配方；構(gòu)建鉆井液配方時(shí)，利用處理劑之間的協(xié)同增效作用或開(kāi)發(fā)多功能長(zhǎng)效處理劑，從有利于鉆井液性能穩(wěn)定和維護(hù)處理的角度出發(fā)，減少構(gòu)成鉆井液處理劑的品種和用量，不僅有利于鉆井液性能控制，也可以減少由于鉆井液液相黏度升高而帶來(lái)的循環(huán)壓耗增加、剪切稀釋能力變差和鉆具泥包等現(xiàn)象，減少井下復(fù)雜。

5）針對(duì)性地選擇和合理使用鉆井液體系。選擇鉆井液體系時(shí)，要視具體情況而定，要準(zhǔn)確把握油基和水基鉆井液的特征和二者的異同，尤其是作用機(jī)理和穩(wěn)定機(jī)理。要認(rèn)識(shí)到油基鉆井液和水基鉆井液不存在取代或替代關(guān)系，只是適用環(huán)境不同，能使用水基鉆井液，就盡可能不用油基鉆井液，以減少油基鉆井液帶來(lái)的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)；從安全作業(yè)角度考慮，在不適用水基鉆井液的情況下，應(yīng)毫不猶豫地選用油基或合成基鉆井液。對(duì)于油基鉆井液而言，使用全油基鉆井液更有利于鉆井液性能維護(hù)與穩(wěn)定，以及其綜合性能的發(fā)揮。

6）優(yōu)化固相控制參數(shù)，完善鉆井液固相控制技術(shù)，充分利用好固相。要認(rèn)識(shí)到固相控制不僅僅是清除固相，還要合理利用固相，合理設(shè)計(jì)或優(yōu)化固相控制參數(shù)，確保鉆井液性能良好，充分利用鉆井液中不同粒徑的固相顆粒來(lái)防漏堵漏，提高封堵能力；維護(hù)鉆井液性能時(shí)盡可能減少外加固相，不僅能減少?gòu)U棄物排放，也有利于減少封堵材料的用量，從而降低處理費(fèi)用。提高對(duì)鉆井液中低密度固相控制的認(rèn)識(shí)，通過(guò)控制低密度固相、減少抑制劑或其他處理劑在鉆井液中固相顆粒表面的吸附與消耗，以提高鉆井液井壁穩(wěn)定能力。圍繞提高鉆井液性能和有利于鉆井液重復(fù)利用，開(kāi)展鉆井液固相控制技術(shù)優(yōu)化和有關(guān)基礎(chǔ)研究等，為進(jìn)一步優(yōu)化鉆井液配方和性能提供支撐。

7）形成真正意義上的環(huán)保鉆井液。在建立有效環(huán)保性能評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，研發(fā)能夠滿足環(huán)境保護(hù)要求的鉆井液，尤其是鉆進(jìn)非儲(chǔ)層時(shí)，若能有針對(duì)性地使用環(huán)保鉆井液，可有效減少處理費(fèi)用，降低綜合成本。建議采用有肥田作用的材料，以及能滿足環(huán)保要求的可生物降解的抑制性材料，避免無(wú)機(jī)鈉鹽的使用。從環(huán)保的角度講，當(dāng)前所謂的去“磺化”雖不科學(xué)，也不現(xiàn)實(shí)，但仍有必要尋找能降低鉆井液高溫高壓濾失量的新材料。

8）不斷完善適用于特殊地質(zhì)條件的鉆井液體系。研究解決超高溫鉆井液，尤其是超高溫高密鉆井液在井底高溫靜止?fàn)顟B(tài)下長(zhǎng)期穩(wěn)定的問(wèn)題。通過(guò)開(kāi)發(fā)樹(shù)形聚合物和無(wú)機(jī)聚合物處理劑，進(jìn)一步完善適用于井底溫度大于200 ℃的具有長(zhǎng)期老化懸浮穩(wěn)定性的高溫高密度鉆井液體系。進(jìn)一步尋找提高水基鉆井液綜合性能的途徑，強(qiáng)化鉆井液的抑制性和封堵能力，尤其是研發(fā)生物質(zhì)合成基及與油基鉆井液性能相近的近油基鉆井液體系，以盡可能減少油基鉆井液在頁(yè)巖氣水平井鉆井中的使用，減輕安全與環(huán)保壓力。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，盡管?chē)@深井超深井、強(qiáng)水敏性復(fù)雜地層，以及頁(yè)巖油氣水平井安全鉆井的需要，改造或開(kāi)發(fā)應(yīng)用了一系列鉆井液體系，取得了一定的成果，基本解決了鉆井過(guò)程中易發(fā)生“漏、塌、卡、慢”等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鉆井提質(zhì)提效的目標(biāo)，但鉆井過(guò)程中與鉆井液有關(guān)的井下復(fù)雜仍時(shí)有發(fā)生，高溫下鉆井液性能不穩(wěn)定問(wèn)題仍然突出，鉆井液規(guī)范、高效和綠色化，以及固相控制等方面仍然存在一些問(wèn)題和不足。為此，需要針對(duì)存在的問(wèn)題，開(kāi)展適合不同地層的高性能鉆井液體系研究，并完善評(píng)價(jià)方法，優(yōu)化鉆井液性能和固相控制參數(shù)，簡(jiǎn)化鉆井液配方，降低鉆井液成本，降低鉆井液對(duì)環(huán)境安全和健康的影響，以促進(jìn)鉆井液技術(shù)進(jìn)步。