國外鉆井液技術研究綜述

馬生居

（川慶鉆探工程有限公司工程國際部，陜西 西安710021）

一、鉆井液的分類

鉆井液的發展歷史悠久，自人類有勘探活動以來就有鉆進液的存在。從最早的天然水、泥漿，再到高科技的化學、物理鉆井液出現并被廣泛使用，都是一個層層深入的過程。從物理介質上區分，鉆井液可分為液相鉆井液、固相鉆井液和化學處理劑。液相鉆井液主要包括水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體等。固相鉆井液主要分為膨潤土、加重材料和巖石。化學處理劑主要包括無機、有機及高分子化合物。

水基鉆井液是一種以水為分散介質，以粘土（膨潤土）、加重劑及化學處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其發展基本經歷了四到五個階段，即天然鉆井液、細分散鉆井液、粗分散鉆井液、不分散低固相鉆井液、無固相鉆井液、聚合物鉆井液階段等。

油基鉆井液是一種以油為分散介質，以加重劑、各種化學處理劑及水等為分散相的溶膠懸浮混合體系，其主要組成是原油、柴油、加重劑等。其基本經歷了原油鉆井液、油基鉆井液、油包水、鉆井液等三個階段。

氣體鉆井液是以空氣或天然氣作為鉆井循環流體的鉆井液。泡沫鉆井液是以泡沫作為鉆井循環流體的鉆井液。主要組成是液體、氣體及泡沫穩定劑等。

二、國外鉆井液技術的研發

（一）水平井鉆井液技術

1、"微泡"型鉆井液

美國技術人員研發的"微泡"型鉆井液。這種鉆井液在沒有充足的空氣或注入氣體的條件下.可產生由多層粘膜包裹的"微泡"，即一種非聚集、可循環使用的均勻剛性氣體核。使用這種鉆井液可以實現鉆井液密度的還原，還能阻止或延緩鉆井液濾液進人地層，建立起一個真正的非侵人的環境。這種微泡在鉆井作業中必須在鉆井液中要十分穩定，而生物聚合物黃脆膠是穩定鉆井液中微泡的最有效的添加劑。目前該鉆井液體系已在美國德州的一家油田推廣應用，表現出了良好的流變性能和保護儲層的效果。

2、聚合物鉆井液

為了適應水平井的鉆井需要，國外在對聚合物鉆井液的選擇上進行了大量研究。主要成果是，用丙烯酸類聚合物、淀粉的衍生物、生物聚合物以及聚環氧乙烷等處理劑可以配制出不同類型的聚合物鉆井液體系。后經過對配方的改進，目前已經研制出了具有很強堵塞能力和良好流變特性的聚合物鹽水鉆井液、低膨潤土的聚合物鉆井液和聚合物/分散劑鉆井液等體系。油田現場試驗結果表明：這兩種聚合物鉆井液體系均具有良好的流變性和降濾失性，有利于井壁穩定和井眼清潔，并可大大提高機械鉆速。

3、混合金屬層狀氯氧化物鉆井液

在混合金屬層狀氫氧化物鉆井液中的正電荷能與粘土相互作用形成正電膠/粘土膠粒復合體。這種復合體具有較強的束縛自由水的能力，可表現出快速凝腔的結構特征，但以水作為聯接紐帶，強度不高，稍經擾動即能解體。上世紀九十年代美國德士古公司首次使用該體系成功鉆成一口水平井，應用效果良好。

4、低含鹽量聚合醇水基鉆井液

這種鉆井液能有效穩定頁巖，是替代逆乳化和高電解質體系的經濟有效產品。聚合醇是聚丙二醇與丙氧基短鏈醇的均聚物，在低溫下能與水混溶。當溫度升高到濁點溫度時，聚合醇變為油溶性，從水相中析出，溫度下降到濁點溫度以下時又溶解于水中。當井底鉆井液的循環溫度高于聚合醇濁點時，聚合醇發生相分離，封堵泥頁巖的孔喉，阻止鉆井液濾液進人地層，將鉆井液與泥頁巖隔離，起保護井壁的作用。該鉆井液體系在南亞和東南亞等地投入了現場應用，該鉆井液體系能有效地穩定水平井段的頁巖，而且具有良好的潤滑性能。

二、大位移井鉆井液技術

大位移井鉆井作業的主要因素是井壁穩定、井眼清潔以及摩阻。目前國外主要采用油基鉆井液和合成基鉆井液鉆大位移井。近年來世界上大位移井鉆井基本上都是用油基鉆井液和合成基鉆井液完成的。

1、油基鉆井液

油基鉆井液具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩定、潤滑性好和對油氣層損害程度小等多種優點。上世紀80年代以來，國外研制開發了低毒(或無毒)油基鉆井液，使用的基礎油是精煉油。精煉油中芳香烴含量明顯低于柴油中的含量。目前，許多泥漿公司已開發出低毒油基鉆井液體系。

2、合成基鉆井液

合成基鉆井液是在上世紀90年代發展起來的。目前，合成基鉆井液的基液主要有酯基、醚基、線型a.烯烴等。其中以酯、醚和聚*烯烴為代表的稱為第一代產品。以線型a.烯烴(LAO)與異構烯烴等為代表的稱為第二代產品。合成基鉆井液具有良好的流變性、熱穩定性、潤滑性、抗污染能力和生物降解性，而且不含熒光物質，不影響測井和試油資料的解釋。在現場應用中它可大大提高機械鉆速、減小扭矩并增加井壁的穩定性。合成基鉆井液在常溫條件下屈服值和稠度系數更高，能更好地解決井眼清潔問題，泥餅摩擦系數更低，潤滑性能良好。

3、逆乳化鉆井液

這種新型油基鉆井液除所使用的乳化劑不同在組成和性能方面均與常規油基鉆井液十分相似之外。該鉆井液在堿性環境中形成穩定的油包水乳狀液，而在酸性環境中則形成穩定的水包油乳化鉆井液。通過控制體系的酸堿性，使用這種乳化荊(表面活性劑)的鉆井液可以很方便地在油包水和水包油乳化鉆井液之間進行互換。該鉆井液既保持了常規鉆井液和合成基鉆井液在性能上的各種優點，尤其是在海上鉆井中可簡化對鉆屑的處理程序，減少費用，保護環境。

目前，國外在小井眼鉆井中應用最成功的是甲酸鹽無固相鉆井液和聚合醇/K2COa水基鉆井液以及連續油管鉆井液技術和分支井鉆井液技術以及衡鉆井液技術和管鉆井液技術。這類鉆井液技術的應用，對石油勘探，尤其是海上石油勘探有著非常重要的作用。

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