高温高密度盐水基钻井液性能分析

朱滨　王立安

摘要：在钻井过程中会遇到很多的问题，为了解决在钻井过程中，由于深度增加所产生的问题，利用高温高密度水基钻井液高温高密度条件下性能来解决问题，通过对钻井液的分析，以及处理剂的研究来分析其性能。利用系列流变性实验并结合粒度分布和Zeta电位分析等，研究老化温度、密度及黏土含量对钻井液性能的影响。最终实验表明，深井中的黏土含量对高密度盐水基钻井液黏土聚结有重要影响，黏土聚结程度随黏土含量增大而增大。同时，高密度钻井液的亚微米颗粒体积分数较低密度钻井液的高，高温作用将增加钻井液的亚微米颗粒体积分数。想要改变现状，需要尽量降低高温高密度钻井液中黏土含量，并配合使用耐温抗盐高效护胶剂是维护其性能稳定性的重要途径。

关键词：高温高密度;水基钻井液;性能

引言：随着石油工业的发展，我国对石油的需求增加，以至于油气勘探的地层深度不断增加，深井的钻探也逐渐增加。研究证明，随着深井的深度增加，对钻井的技术要求也逐渐增加，对钻进液的性能也提出了较高的要求。在钻井时，由于地温和压力随着深度的增加而增加，在高温条件下，钻井液处理剂会发生降解、交联、发酵、失效等变化，从而让钻井液的性能也发生变化，严重时可能导致钻井工作无法正常进行。针对这一现象，调节温度就变成了重要的工作，为了解决压力和温度问题，同时要以环保为基础对此类问题进行解决，目前最优的解决办法就是采用水基钻井液体系。

一 水基钻井液

水基钻井液是指油气钻井过程利用自身条件满足钻井的工作需要的循环流体的总称。钻井液以流体介质和体系的组成特点分类可被分为：水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井液和合成基钻井液。水基钻井液在实际操作中占据重要的作用，为钻井工作带来了帮助。钻井液中最主要的体系有分散钻井液、钙处理钻井液、盐水钻井液、聚合物钻井液、正电胶钻井液和抗高温深井水基钻井液。水基钻井液在深水和大陆架钻井所钻遇的温度范围内，具有稳定的屈服值和静切力，其部分原因是钻井液中没有粘土。控制流变性的聚合物为钻井液提供了剪切稀释性，并保证钻屑的悬浮和传送。井眼稳定和井径规则减少了对通井的需求。

二 处理剂的优选与评价

2.1高温保护剂GBH

此类高温保护剂抗温性能好，在蓬松的土壤里吸附力强，在高温下具有护胶作用。高温保护剂在钻井液中对其有协同增效功能，可以与其他功能剂形成一种络合物，有效提高处理的抗高温作用。在高温高密度的钻井液中，高温保护剂对钻井液有高温稀释作用，可以改好三钻井液的流变性能。同时高温保护剂有一定的页岩水化膨胀作用，可以稳定井眼。

2.2降滤失剂

在深井中，高压的环境下，单一的降滤失剂很难满足钻井工艺的要求，以至于需要采用两个以上的高温降滤失剂，两个相互促进，相互完善，最终得到设计的要求。但是这种处理剂对钻井液的增粘作用不大，以至于在井壁上能形成低渗透、韧性、薄而致密的泥饼。

2.3防塌封堵剂

GFD具有良好的一直页岩水化膨胀的作用，高温下能有效的一直井壁的断裂，有利于对井壁进行防护，同时有效的额填充钻井液，改善泥饼的质量，降低其渗透性。

三 水基钻井液和油基钻井液比较

油基钻井液是一个发展趋势，相对成本来说单井成本比较高，但是综合起来打一大片井的话成本较低，因为可以重复利用。水基钻井液单本成本低，但是不能重复利用，处理起来比较困难，由于国内对于环境保护不是很重视，所以水基钻井液废弃物基本不处理，就是填埋完事。与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。油基钻井液已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。

国内主要继承前苏联的技术，走水基比较多。有些地方的地层只能用油基钻井液，水基用不了，比如说在墨西哥的一段地層，遇水立马变硬，钻头根本打不动，必须采用油基。但是水基钻井液也不会消失，像打表层的话采用水基省成本，速度快，等到下部复杂地层改用油基钻井液，各尽其能才是最好的。钻井液其实就是泥浆，或者说泥浆其实就是水基钻井液。泥浆在井上是一门非常高深的学问，泥浆工也是需要长时间培养出来的技术人才。据我所知，通常来说泥浆都是水基的，油基钻井液一般是用在地质条件比较复杂的地方。水基钻井液成本低效果好，应用广泛，原料易得，而且工艺成熟。有时为了提高润滑性能会加入一定比例的油，但是这时泥浆的仍然表现为水性，仍然是水基钻井液。缺点是容易污染油气层，而且自身容易受到污染。

油基钻井液不会污染油气层，自身抗污染能力较强，易于形成大的岩屑，抗高温能力强，能应用在地质情况非常复杂的地方。油基钻井液也有纯油基的和油混水两种。纯油的钻井液里面含水量很少，油混水钻井液里面水是乳浊液的形态，应用起来差异比较大。油基钻井液的问题是会污染环境，成本较高，调配难度也比较大。现场绝大部分都是水基泥浆，因为成本低，但缺点就是水基泥浆在膏盐层和泥岩层易引起吸水膨胀，造成井壁垮塌。油基泥浆对井壁稳定性好，钻具对井壁摩擦阻力小，但成本太高，探井还由于录井也无法使用。这两个没有相互取代的问题，各有优缺点。油基钻井液可防止井塌，同时可以保护油气产层，在页岩气开采里进入产层的三开定向井和水平井一般使用油基钻井液。

关于发展趋势，从环保而言，因为新环保法的实施，水基钻井液和油基钻井液使用后现在都要求必须处理达到环保要求。更是将油基划入了危险废弃物的名录，水基处理中水的要求是达到国家污水排放标准，固体也必须达到固废填埋标准。发展趋势再有一点是页岩气的开采是热门，而这必然使用大量的油基钻井液，油基对环保的要求更高，目前对油基的环保处理就我了解并没有一家国内公司的技术能处理达到国家排放标准，要求含油率小于1%。现在从事的页岩气开发，页岩的矿物成分较复杂，除高岭石、蒙脱石、伊利石等常见黏土矿物以外，还混杂石英、长石、云母方解石、白云石、黄铁矿、磷灰石等矿物。黏土矿物极易遇水发生膨胀，而影响正常钻进，造成井壁垮塌等井下复杂，同时对后期投产造成钻井液污染而降低产能，这是使用油基泥浆的主要原因。但是对于其他成分的岩石，比如粘土矿物含量少，为了节约成本就可以使用水基泥浆，节约了资金，井壁稳定也解决了。

四 结论

经过实验表明，在高温，高矿化度低密度水基钻井液性能过关，于此同时应用上述中的理论基础，优化加重剂（如重晶石）粒子级配，在此条件下，及时不加入其它抗温降黏剂，降滤失剂也能建立起性能优良的高温、高密度钻井液体系。从而大大简化了钻井液体系的配方、减少了添加剂的加量，简化了应用工艺，为现场施工提供了方便、降低了成本。

参考文献：

[1]陈迎伟，李军安，刘洪刚.迪纳11 井超高密度钻井液技术[].钻井液与完井液，2002;19（4）：46～47

[2]王松，曾科，袁建强，等.抗盐抗高温水基钻井液体系研究与应用[J.江汉石油学院学报，2006;28（3）：105～108

[3]梁敏，苏中祥，杨青廷，等.低密度新体系钻井液在高温超深井中的运用[J].钻采工艺，2004;27（1）：6～7

[4]张斌，吴正良，曾勇，等.柯深101井钻井液技术[].钻井液与完井液，2001;18（5）：17～20