一种高抑制性水基钻井液体系

熊爱江

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.035

摘 要：对一种针对活性泥页岩的高抑制性水基钻井液体系（ULTRADRIL）组成和钻井液性能进行了分析，对钻井液体系配制流程、添加量和时间进行了介绍。该钻井液体系在满足对活性泥页岩有效抑制的技术要求基础上，具有良好的井眼清洁和防钻头泥包效果，有利于提高机械钻速，作业维护简单，对环境友好。

关键词：泥页岩 抑制 水基钻井液 配方

中图分类号：TE254.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0035-02

海洋油气勘探的力度逐年加大，海洋环境保护对钻屑排放和污染问题提出了越来越高的要求，限制了油基钻井液在海洋钻井中的使用。针对活性泥页岩的高抑制性水基钻井液体系在泥页岩抑制性、钻速和维护等方面都有出色的表现，并在全球海上和陆上钻井中得到了成功应用。

1 体系组成

体系中泥页岩主抑制剂是ULTRAHIB聚胺，提供水化抑制作用，聚合物ULTRACAP是一种分子量适度的阳离子聚丙稀酰胺，提供第二种泥页岩抑制和钻屑稳定作用。通过阻止粘土吸附水达到泥页岩抑制，获得完整的钻屑。第二种抑制作用可以通过配方中K+和Ca+置换地层中的阳离子获得。该体系还包括ULTRAFREE防粘结和钻速增强剂。

1.1 活性泥页岩抑制剂

该钻井液体系活性泥页岩抑制剂由主抑制剂ULTRAHIB和第二抑制剂ULTRACAP提供的多种抑制机制的体系。

ULTRAHIB抑制剂是一种液体处理剂，它通过嵌入粘土片，减小粘土片间的空间，阻止水分子渗入，而降低粘土膨胀的水合作用达到抑制效果。推荐浓度为2%～4%，但具体加量取决于泥页岩的活性。ULTRAHIB为碱性材料，恰当的ULTRAHIB浓度可确保pH在9.0～9.5，避免添加NaOH或KOH。

聚合物ULTRACAP是一种分子量适度的阳离子聚丙稀酰胺，提供钻屑包被和泥页岩稳定作用。使用浓度在5.7～8.56 kg/m3，ULTRACAP在泥页岩和钻屑表面形成一个保护外套，从而获得完整的钻屑，避免了钻屑粘糊振动筛和钻屑相互粘结。

1.2 失水处理剂

POLYPAC UL和POLYPAC ELV是该钻井液体系首选失水处理剂，它不但能有效控制失水，而且对流变性的影响极小。POLYPAC UL/ELV的使用浓度在5.7～11.4 kg/m3，并确保失水小于6.0 mL/30min。

1.3 增粘剂

ULTRADRIL体系的最佳增粘剂是黄原胶类生物聚合物DUO-VIS和XCD，加量范围在1.42～4.28 kg/m3，取决于井径和井况。

1.4 防粘结和润滑剂

ULTRAFREE钻速增效剂是一种表面活性剂混合物，它可以使泥页岩钻屑在金属表面，如井底总成和钻头粘结最少。ULTRAFREE也提供一个附加的润滑作用。为获得好的和均匀的混合效果，添加该处理剂应做到按规程足量加入。最佳浓度是1%～3%，这取决于钻井液比重和固相含量。

1.5 钻井液配方

ULTRADRIL体系可以用各种基础盐配制，从海水到高浓度NaCl和KCl盐的很广泛围。在海洋作业中，常常需要高浓度盐（如：20% NaCl）提供一个附加的气体水合物抑制或增加泥页岩的稳定性。表1列出了处理剂的典型浓度。

2 体系配制

该钻井液体系的优点之一是配制简单，可以较快地加入，节约了大量的时间。

剪切和振动筛试验证明，恰当的聚合物水化和最大限度地发挥聚合物的作用，剪切装置如Poly Shear 140或Halco是必要的，建议使用涡流Venture Lobestar漏斗。用Lobestar漏斗将初配的ULTRACAP处理剂至少剪切一个完整的循环周，以获得最大的过筛能力和最佳的流变性。

表2和表3是一个现场试验的1 000桶比重1.20 kg/L的ULTRADRIL和1 000桶3%的ULTRAHIB抑制剂和7.12 kg/m3 ULTRACAP包被剂的稀释液的实际例子。处理剂的加入顺序被证实是很有效的。在加增粘剂DUO-VIS前加入ULTRAFREE导致泡沫，建议在稀释液中不加ULTRAFREE（稀释液中不含DUO-VIS）。

Lobestar漏斗可缩短混合时间。如果没有，至少需要加聚合物时的2倍时间进行循环。

3 现场应用情况

ULTRADRIL体系在我國南海荔湾、流花等深水区块钻井作业中得到了广泛应用，作业过程中抑制了活性泥页岩的水化膨胀、井径规则，提供了良好的井壁稳定性，并且能够包被钻屑，有利于井眼清洁，有效提高了钻井机械钻速。

4 结语

针对活性泥页岩的高抑制性水基钻井液体系具有优异、稳定和易维护的作业性能，能提供良好的活性泥页岩抑制性和井壁稳定性，能包被钻屑，很大程度地降低软泥岩对钻柱和钻头的粘附，对海洋环境影响小。通过作业实践证明，该钻井液体系该体系具有许多非水基钻井液的优良性能，在深水钻井作用中具有良好的适应性。

参考文献

[1] 罗俊丰，刘科.海洋深水钻井常用钻井液体系浅析[J].长江大学学报：自然科学版，2010，7（1）：180-182.

[2] Pat Watson，Bob Meize，Catalin Aldea. Eastern Gulf of Mexico：Inhibitive Water-Based Drilling Fluid Sets Ultra-Deepwater Records[A].Proceedings of the Drilling Conference[C].2004：329-340.