高性能水基鉆井液技術研究進展

徐志勇

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶 163413）

泥頁巖地層井壁穩定一直是鉆井液技術研究的重要課題。油基鉆井液的強抑制性和高潤滑性是其他鉆井液無法比擬的，但高成本、高污染等問題限制了應用范圍。因此，國內外許多公司都在研究一種能夠替代油基鉆井液的高性能水基鉆井液技術。最早從事高性能水基鉆井液研發和應用的是貝克休斯和麥克巴等公司，分別研究出LATIDRILL 和ULTRADRILL 水基鉆井液體系，在現場應用中也取得了顯著效果。國外較早從事高性能水基鉆井液研究的是長江大學、石油大學等機構和單位，在合成聚胺抑制劑的基礎上，相繼開發出一系列綜合性能優異的水基鉆井液體系，井壁穩定效果較好，為油氣資源高效開發提供了技術支撐。

1 國外高性能水基鉆井液技術

貝克休斯、麥克巴、哈里伯頓等國外專業泥漿公司均率先從事聚胺類抑制劑的合成研究，以此為基礎形成的高性能水基鉆井液技術領先于石油石化行業，在北美、墨西哥灣、亞洲東南部等地區進行了成功應用，取得良好效果。

1.1 LATIDRILL水基鉆井液技術

貝克休斯的LATIDRILL 高性能水基鉆井液技術，是以聚胺為頁巖抑制劑為核心處理劑，配套使用防泥包劑和聚合物包被劑，可有效穩定泥頁巖地層，有利于保持巖屑整體性和提高機械鉆速，其對泥頁巖的抑制性與油基鉆井液相當，抗溫100℃左右。該技術已經廣泛應用于陸上和海上深水鉆井，已在北美、墨西哥灣等區塊進行了現場試驗。與其他鉆井液體系相比，LATIDRILL 鉆井液能大幅度減少泥巖井段的鉆進時間，并且沒有鉆頭泥包、縮徑等復雜。同時，這種水基鉆井液具有較好的抗鹽性，可用海水配制，使鉆井成本顯著降低[1]。

1.2 ULTRADRILL高抑制性水基鉆井液技術

ULTRADRILL 高抑制性水基鉆井液技術，是麥克巴公司研究的又一種高性能水基鉆井液。該技術主處理劑是一種UltraHib（聚醚二胺）的泥頁巖抑制劑，除抑制劑外還研究了與之配伍性良好的PAC-LV(PAC-R)降濾失劑、UltraCap包被劑、MC-VIS增粘劑和防泥包劑UltraFree 等。其中PAC-LV(PAC-R)是一種中分子量的聚合物類降濾失劑，并能適當提高鉆井液粘度和切力，能抗溫120℃，加量在2%～3%之間；UltraCap 是一種分子量較低的聚合物，對巖屑具有很好的包覆作用，避免巖屑水化引起的鉆井液性能惡化，加量在0.1%～0.3%之間；MC-VIS 是一種高分子量聚合物，能提高鉆井液粘度和切力，具有加量少的特點。室內評價實驗中，該體系抑制性和潤滑性都與油基鉆井液接近，且生物毒性低能達到直接排放標準。在美國西部兩口井的應用中，有效解決了泥頁巖井段易水化分散和膨脹的難題，實現了井壁穩定；在澳大利亞應用了1 口深水探井，在應用的2 個泥頁巖井段中，鉆井液性能穩定，井徑規則，井壁穩定效果突出，后期套管下入順利。該體系在國內的大港油田等也進行了應用，對泥巖地層具有良好的抑制作用，沒有發生剝落、掉塊、井塌等事故，且鉆頭無泥包，機械鉆速比其他水基鉆井液明顯提高[2]。

1.3 HYDRO-GUADR水基鉆井液技術

哈里伯頓公司研制的強抑制型HYDRO-GUADR水基鉆井液技術，在國內外各大油田也進行了成功應用，井壁穩定效果明顯。HYDRO-GUADR 鉆井液體系，不但有良好的井眼穩定性、較高的機械鉆速，而且在60℃～120℃的溫度范圍內都能保持良好的鉆井液流變性。HYDRO-GUADR 水基鉆井液技術，先后在墨西哥灣的大陸架和深水區域鉆井等作業地段都進行了應用，井壁穩定效果突出，鉆速明顯提高。

國外3 種主要的高性能水基鉆井液體系性能對比如表1所示。由表1可知，這幾種鉆井液體系的泥巖滾動回收率高，具有較好的抑制作用，且潤滑性良好，能夠滿足高泥巖地層鉆井施工需求[3]。

表1 國外高性能水基與油基鉆井液體系各項評價指標對比表

2 國內高性能水基鉆井液技術

在國外高性能水基鉆井液技術取得成功應用之后，國內中石油、中石化等研究機構開始重視聚胺類頁巖抑制劑的研究與合成，并以此為基礎形成一系列高性能水基鉆井液技術，在現場應用取得良好效果。

2.1 PF-PLUS聚胺聚合物鉆井液技術

中海油服股份有限公司開發了一種PF-PLUS 聚胺聚合物鉆井液，配方為：1%膨潤土+0.1%NaOH+0.1%Na2CO3+0.4%PF-PAC-LV+2%PF-TEMP+2%PF-PHIB+2%PF-JLX+1%PF-LUBE+2%PFDYFT-Ⅱ+2%PF-HJZ+5%KCl+0.4%PF-PLUS。該體系中PF-PAC-LV 是中分子量的降濾失劑，PFPHIB 是低分子量聚胺抑制劑，PF-JLX 是聚合醇，PF-LUBE 是高效液體潤滑劑，PF-HJZ 和PF-PLUS分別是減阻劑和高分子聚合物包被劑。這種鉆井液體系在蒙脫石、伊蒙混層含量較高的軟泥巖地層進行了應用，與同區塊鄰井相比，該鉆井液顯著降低了井壁復雜事故率，井徑擴大率大幅度降低，起下鉆未遇阻，后期下套管順利[4]。

2.2 GID水基鉆井液技術

在渤海油田渤中區塊進行鉆井作業時，常發生泵壓升高和卡鉆等事故，扭矩明顯增大，甚至會發生憋漏地層的情況，這主要是明化鎮組地層泥巖粘土礦物含量過高，水敏性極強。針對這種問題，通過開展低分子量聚胺抑制劑PF-UHIB 的研究，再利用PF-PLH 大分子包被劑的協同抑制作用，同時在體系中加入PFPSL非離子聚合物降濾失劑和PF-LPF低滲透成膜封堵劑，使鉆井液體系的抑制能力得到大幅度提高，在渤海油田渤中地區BZ2822S 油田取得了良好的應用效果。

2.3 聚胺高性能水基鉆井液技術

中國石油大學（華東）在合成強水化聚胺抑制劑SDPA 基礎上，通過輔劑優選最終形成了一套聚胺高性能水基鉆井液體系。在室內評價和對比試驗中得知，該體系能抗溫150℃，抑制性優良，在低溫環境下能保持良好的流變性，對泥頁巖的水化分散效果與油基鉆井液相當，抗鈣和抗劣土污染能力較好，沒有生物毒性，能應用在深水鉆井領域[5]。

2.4 新型強抑制胺基鉆井液體系

另外，渤海鉆探工程公司也研制出一套新型強抑制胺基鉆井液體系，采用自主合成的聚胺抑制劑JAI和陽離子聚丙烯酰胺型強包被劑PV，使鉆井液體系對粘土具有良好的抑制作用，提高了井壁穩定效果。在二連油田現場應用中，鉆井液性能穩定，漏斗粘度一直維持在48s左右，鉆井液的優良抑制能力保證了整個鉆進過程中沒有出現泥頁巖水化分散，而引起的造漿、縮徑等問題。

3 高性能水基鉆井液發展趨勢

近年來，高性能水基鉆井液取得了較大進展，但仍然存在著抗溫低、成本難控制、環保兼容性有待提高等技術難題。未來高性能水基鉆井液技術的發展應該從幾個方面進行攻關：

(1)創新使用材料科學領域新技術，從分子結構設計出發做好高性能水基鉆井液抑制劑、降濾失劑等主處理劑的合成與研究工作；

（2）合成或選用與主劑配伍性良好的包被劑、流型調節劑等輔劑，使高性能水基鉆井液保持良好的性能和流變性，便于現場性能維護和調整；

（3）選用來源廣、成本較低的環保原材料制備處理劑，滿足高性能水基鉆井液與環境的兼容性，降低對周圍環境和水資源的污染；

（4）大力發展水基鉆井液回收再利用技術和廢棄鉆井液處理技術，進一步降低鉆井液綜合成本和環境危害。