高性能鉆井液技術進展研究

王明國

（大慶鉆探工程鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

鉆井液是鉆探工程的重要環節之一，鉆井液性能的好壞和成本的高低對勘探開發起著重要作用。近年來，國內外對深井、超深井、水平井和頁巖氣等非常規油氣資源開采力度的不斷加大，并對鉆井施工成本逐步進行壓縮。傳統的油基鉆井液雖然在抗溫性、潤滑性、井壁穩定性方面均是鉆井施工的最佳選擇，但其高昂的施工成本和對環境的影響，使其使用受到了大幅度限制。傳統的水基鉆井液則往往不能滿足特殊工藝井對抗溫性、潤滑性及井壁穩定性的要求。因此，研發一種成本相對較低、處理維護簡單，具有與油基鉆井液相類似性能的高性能水基鉆井液成為國內外相關科研機構和大型油服公司的重點。高性能水基鉆井液的研發對降低勘探開發成本、提高油氣田開發效益和促進復雜油氣藏的規模開發具有至關重要的作用[1-2]。

目前國外的M-I、貝克·休斯、白勞德等大型油服公司均已開發出了相應的適合不同施工環境需要的高性能水基鉆井液體系。并引入了“鉆井液定制”理念，針對不同施工區塊特點采用相應的鉆井液配方。

國內在高性能水基鉆井液的研發方面起步相對較晚，但經過近年來的不斷努力，技術差距也不斷縮小，開發了一系列適合國內油田的高性能鉆井液體系[3-4]。本文主要介紹了國外高性能水基鉆井液的相關研究進展，并論述了高性能鉆井液未來的發展趨勢。

2 高性能水性鉆井液研究進展

2.1 鉆井液體系研究進展

近年來，國外的各大油服公司對高性能水基鉆井液進行了一系列綜合研究，以期能在提高鉆井體系的耐溫性、潤滑性和抑制性等各項性能的同時，進一步降低成本和減少鉆井液的生物毒性，避免鉆井液對生態環境的影響和破壞。

M-I SWACO致力于優化水基鉆井液的配方，以實現油基仿制鉆井液的目標。M-I SWACO公司率先提出了“鉆井液定制”理念，開發出了針對不同施工區塊特性的ULTRADRILL高性能水基鉆井液體系和Hydra-Glyde高性能水基鉆井液體系。其中ULTRA?DRILL高性能水基鉆井液體系的組成主要以聚酰胺類化合物作為降濾失劑、以聚陰離子纖維素類作為增粘劑和輔助抑制劑、以聚胺類化合物作為主抑制劑、以生物聚合物作為流行調節劑、以植物基潤滑油作為潤滑劑以及一種專利技術的提速劑，該配方抗溫可達130℃以上。Hydra-Glyde高性能水基鉆井液體系則主要是以生物聚合物作為流行調節劑、以聚胺類化合物作為主抑制劑，并增加了一種專利成膜劑來提高井壁穩定能力。上述兩種體系在保持了水基鉆井低成本易維護特點的同時，具有良好的環保性能，在現場應用過程中，上述鉆井液體系均表現出與油基鉆井液相當的鉆井速度，同時降低了井下復雜，從而為復雜結構井的鉆井提供了“快速，安全，靈活”的鉆井液技術解決方案。此外，MI SWACO還開發了新型納米鉆井液封堵劑，它通過物理密封微孔來抑制流體滲透和濾液侵入，從而進一步提高了頁巖地層中鉆井液的井眼穩定性，而且這種納米封堵劑也具有良好的環保特性，可應用于環境敏感地區。

貝克·休斯（Baker Hughes）開發了一種商業名稱為PERFORMAX的高性能鉆井液體系。該體系的主要特點是使用了自主研發的聚氨基鋁封堵劑（MAXPLEX）、納米封堵劑（MAX-SHIELD）、高性能聚胺抑制劑（MAX-GUARD）和聚合物成膜劑（NEWDRILL），該體系具有良好的微孔隙封堵能力，尤其適合使用于頁巖氣地層。

此外，PERFORMAX高性能鉆井液體系抗溫可達150℃，具有良好的儲層保護能力和環保特性，可滿足美國和歐盟的海上排放標準。

EXXON公司開發了一種商品名為EHT的高性能水基鉆井液，該鉆井液具有良好的抗鹽性，可用于陸地和海上鉆探。其主要處理劑是纖維素類增粘劑和抗高溫聚合物降濾失劑。現場應用的井底最高溫度達到215℃，密度最高達1.86g/cm3。

2.2 高性能鉆井液處理劑研究進展

為了達到鉆井液的施工性能滿足現場作業的需求，鉆井液在配制過程中需要使用大量的處理劑，而處理劑的使用不可避免地會帶來污染，尤其會對一些生態環境較為脆弱的地區造成較大的環境破壞。近年來，鉆井液環保處理劑和環保處理手段得到了持續發展，油基泥漿的廢棄巖屑和廢棄鉆井液的環保處理和回收利用技術得到了進一步的發展，但是相應的加工技術復雜，設備投資大，處理成本高。因此，國外更重視環境友好型鉆井液處理劑的研究和開發，以便從源頭控制鉆井液的污染，從“終端控制”轉變為“源頭控制”。

研發低毒或無毒，可生物降解的環保型鉆井液處理劑是研發高性能鉆井液的必要環節。近年來國外油服公司相繼研發了新型的鉆井液處理劑，如抗高溫耐鹽處理劑和環保潤滑劑等。其中美國NALCO公司研發了AMPS/MBA/AM共聚物。該共聚物在高溫和高鹽環境下仍具有很好的降濾失效果和流型穩定能力。德國巴斯夫公司研發的Polydrill，室內實驗證明其抗溫可達220℃以上，可在飽和鹽水中使用，且具有良好的抗鈣鎂離子能力。

在淀粉和纖維素等可降解材料的深加工改性優化方面，國外公司也相繼開發了配套產品。MI-SWACO公司研發了系列化的改性淀粉化合物Poly-Sal、Flo-Trol，該類化合物抗溫100℃~120℃，可生物降解，具有優異的環保特性。

貝克休斯公司使用植物油脂肪酸和乙烯多胺合成了環保性潤滑劑，該潤滑劑可以緊密地吸附在鉆具和井壁表面，形成非常穩定的油膜，可以大幅度增加鉆井液潤滑性并提高井壁穩定能力。美國Eco Global So?lutions公司研發了一種EGSTM-DFL環保潤滑劑，其優異的潤滑性可以大幅度降低鉆具組合在井下的扭矩和摩擦，從而提高鉆速。

2.3 鉆井液的相關環保評價標準

雖然國內外均對高性能鉆井液開展了大量研究，但在建立統一的鉆井液環境性能標準和評價方法方面仍然有很多工作有待完成。鉆井液的相關廢棄物通常被歸類于工業廢物，不同國家在處理相關廢棄物的標準也各不相同，相應的標準較為復雜。而實際上目前的有關對土壤污染、水資源污染的法律法規并不能完全適用于鉆井液的實際情況，不能準確反映鉆井液的環保性能，因為即使是原始處理劑都無毒無污染，也不能證明所有材料混合后不會產生生物毒性。因此，相關的鉆井液環保標志仍需要進一步完善。

3 結論和建議

（1）隨著鉆井液技術的不斷發展，國內外均開展了可部分替代油基鉆井液的高性能鉆井液體系研發，但在抗溫性和井壁穩定能力方面仍有待于進一步探索和改進。

（2）以淀粉、纖維素等價格低環保性好的天然產物作為原料進一步開發鉆井液處理劑，是降低鉆井液成本、提高鉆井液環保特性的主要方向之一。

（3）在研發新型高性能水基鉆井過程中，應該著重提高鉆井液體系的井壁穩定能力和儲層保護能力，從而為高性能鉆井液替代油基鉆井提供基礎。

（4）應進一步完善鉆井液體系的環保評價標準，建立更為專業的評價依據，從而為鉆井液的應用提供更為科學的依據。