国外钻井液技术研究综述

马生居

（川庆钻探工程有限公司工程国际部，陕西 西安710021）

一、钻井液的分类

钻井液的发展历史悠久，自人类有勘探活动以来就有钻进液的存在。从最早的天然水、泥浆，再到高科技的化学、物理钻井液出现并被广泛使用，都是一个层层深入的过程。从物理介质上区分，钻井液可分为液相钻井液、固相钻井液和化学处理剂。液相钻井液主要包括水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体等。固相钻井液主要分为膨润土、加重材料和岩石。化学处理剂主要包括无机、有机及高分子化合物。

水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。其发展基本经历了四到五个阶段，即天然钻井液、细分散钻井液、粗分散钻井液、不分散低固相钻井液、无固相钻井液、聚合物钻井液阶段等。

油基钻井液是一种以油为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系，其主要组成是原油、柴油、加重剂等。其基本经历了原油钻井液、油基钻井液、油包水、钻井液等三个阶段。

气体钻井液是以空气或天然气作为钻井循环流体的钻井液。泡沫钻井液是以泡沫作为钻井循环流体的钻井液。主要组成是液体、气体及泡沫稳定剂等。

二、国外钻井液技术的研发

（一）水平井钻井液技术

1、"微泡"型钻井液

美国技术人员研发的"微泡"型钻井液。这种钻井液在没有充足的空气或注入气体的条件下.可产生由多层粘膜包裹的"微泡"，即一种非聚集、可循环使用的均匀刚性气体核。使用这种钻井液可以实现钻井液密度的还原，还能阻止或延缓钻井液滤液进人地层，建立起一个真正的非侵人的环境。这种微泡在钻井作业中必须在钻井液中要十分稳定，而生物聚合物黄脆胶是稳定钻井液中微泡的最有效的添加剂。目前该钻井液体系已在美国德州的一家油田推广应用，表现出了良好的流变性能和保护储层的效果。

2、聚合物钻井液

为了适应水平井的钻井需要，国外在对聚合物钻井液的选择上进行了大量研究。主要成果是，用丙烯酸类聚合物、淀粉的衍生物、生物聚合物以及聚环氧乙烷等处理剂可以配制出不同类型的聚合物钻井液体系。后经过对配方的改进，目前已经研制出了具有很强堵塞能力和良好流变特性的聚合物盐水钻井液、低膨润土的聚合物钻井液和聚合物/分散剂钻井液等体系。油田现场试验结果表明：这两种聚合物钻井液体系均具有良好的流变性和降滤失性，有利于井壁稳定和井眼清洁，并可大大提高机械钻速。

3、混合金属层状氯氧化物钻井液

在混合金属层状氢氧化物钻井液中的正电荷能与粘土相互作用形成正电胶/粘土胶粒复合体。这种复合体具有较强的束缚自由水的能力，可表现出快速凝腔的结构特征，但以水作为联接纽带，强度不高，稍经扰动即能解体。上世纪九十年代美国德士古公司首次使用该体系成功钻成一口水平井，应用效果良好。

4、低含盐量聚合醇水基钻井液

这种钻井液能有效稳定页岩，是替代逆乳化和高电解质体系的经济有效产品。聚合醇是聚丙二醇与丙氧基短链醇的均聚物，在低温下能与水混溶。当温度升高到浊点温度时，聚合醇变为油溶性，从水相中析出，温度下降到浊点温度以下时又溶解于水中。当井底钻井液的循环温度高于聚合醇浊点时，聚合醇发生相分离，封堵泥页岩的孔喉，阻止钻井液滤液进人地层，将钻井液与泥页岩隔离，起保护井壁的作用。该钻井液体系在南亚和东南亚等地投入了现场应用，该钻井液体系能有效地稳定水平井段的页岩，而且具有良好的润滑性能。

二、大位移井钻井液技术

大位移井钻井作业的主要因素是井壁稳定、井眼清洁以及摩阻。目前国外主要采用油基钻井液和合成基钻井液钻大位移井。近年来世界上大位移井钻井基本上都是用油基钻井液和合成基钻井液完成的。

1、油基钻井液

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小等多种优点。上世纪80年代以来，国外研制开发了低毒(或无毒)油基钻井液，使用的基础油是精炼油。精炼油中芳香烃含量明显低于柴油中的含量。目前，许多泥浆公司已开发出低毒油基钻井液体系。

2、合成基钻井液

合成基钻井液是在上世纪90年代发展起来的。目前，合成基钻井液的基液主要有酯基、醚基、线型a.烯烃等。其中以酯、醚和聚*烯烃为代表的称为第一代产品。以线型a.烯烃(LAO)与异构烯烃等为代表的称为第二代产品。合成基钻井液具有良好的流变性、热稳定性、润滑性、抗污染能力和生物降解性，而且不含荧光物质，不影响测井和试油资料的解释。在现场应用中它可大大提高机械钻速、减小扭矩并增加井壁的稳定性。合成基钻井液在常温条件下屈服值和稠度系数更高，能更好地解决井眼清洁问题，泥饼摩擦系数更低，润滑性能良好。

3、逆乳化钻井液

这种新型油基钻井液除所使用的乳化剂不同在组成和性能方面均与常规油基钻井液十分相似之外。该钻井液在碱性环境中形成稳定的油包水乳状液，而在酸性环境中则形成稳定的水包油乳化钻井液。通过控制体系的酸碱性，使用这种乳化荆(表面活性剂)的钻井液可以很方便地在油包水和水包油乳化钻井液之间进行互换。该钻井液既保持了常规钻井液和合成基钻井液在性能上的各种优点，尤其是在海上钻井中可简化对钻屑的处理程序，减少费用，保护环境。

目前，国外在小井眼钻井中应用最成功的是甲酸盐无固相钻井液和聚合醇/K2COa水基钻井液以及连续油管钻井液技术和分支井钻井液技术以及衡钻井液技术和管钻井液技术。这类钻井液技术的应用，对石油勘探，尤其是海上石油勘探有着非常重要的作用。

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