钻井泥浆

钻井泥浆主要内容•摘要•前言•钻井液研究现状•结论抗高温钻井液体系成膜水基钻井液欠平衡钻井液环保钻井液摘要•近年来，钻井液在保障钻井井下安全、稳定井壁、提高钻速、保护储层等方面的作用日益突出，但随着当前复杂地层深井、超深井及特殊工艺井越来越多，人们对钻井液技术提出了更高的要求。通过阅读大量文献，本文主要介绍了抗高温钻井液体系、水基成膜钻井液、欠平衡钻井液体系、环保钻井液的研究进展，并根据我国钻井技术的现状对钻井液提出的要求进行分析。前言•近年来，钻井液在保障钻井井下安全、稳定井壁、提高钻速、保护储层等方面的作用日益突出，但随着当前复杂地层深井、超深井及特殊工艺井越来越多，人们对钻井液技术提出了更高的要求。“安全、健康、高效”的钻井液技术，标志着钻井液技术研究和应用进入了一个全新的发展阶段。围绕钻井液工程技术和“安全、健康、高效”这一发展主题，国内外一些公司相继投入大量的人力和财力，以满足复杂条件的钻探技术、油气层保护、油气测录井与评价、环保要求以及提高油气勘探开发综合效益等为目标，开展了大量基础理论和应用技术研究，取得了一系列的研究成果和应用技术如研制并推广了抗高温水基钻井液、充气钻井液、硅酸盐钻井液和烷基葡萄糖苷钻井液等具有国际先进水平的新体系。这些研究在很大程度上体现出21世纪钻井液技术发展的方向抗高温钻井液体系•钻井液一般由配浆土、处理剂、钻屑和水组成，其性能的好坏与组成钻井液的各种处理剂性能密切相关。对于超深井抗高温钻井液体系来说，其关键技术是如何维持和控制钻井液高温高压条件下的滤失性和流变性。就其技术路线而言，可以概括为以下三种：解决高温破坏钻井液性能为主攻方向而研制处理剂和建立钻井液体系研制出钻井液体系抗高温保护剂降低钻井液中的粘土含量，或者是研究出一种高温稳定性好的新粘土。钻井液抗高温作用机理1.高温对钻井液中粘土的作用粘土的高温分散作用粘土的高温聚结作用粘土的高温钝化作用2.高温对处理剂及其作用效能影响处理剂的高温降解处理剂的高温交联3.高温影响处理剂与粘土之间的相互作用在高温条件下，处理剂在粘土表面的吸附作用会明显减弱，其原因主要是分子热运动加剧所造成的。在高温条件下，粘土颗粒表面和处理剂分子中亲水基团的水化能力会有所降低，使水化膜变薄，从而导致处理剂的护胶能力减弱。抗高温水基钻井液•国外一些公司根据抗高温水基钻井液需要研制出以COP-1、COP-2等为代表的胺基聚合物独具特色的抗高温处理剂产品成功地应用于实践取得了较好的效果最高使用到井底温度272℃。•国内在超高温钻井液处理剂及钻井液体系研究方面也取得了比较的进步,特别是水基钻井液处理剂，开发出以PAMS为代表的磺酸盐聚合物以及适用于高温钻井液的专用处理剂，如LP527、MP488等，其性能接近国际先进水平，并成功应用于大庆油田，井底温度达213℃。选取丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯磺酸钠(SSS)三元共聚物作为合成钻井液抗高温保护剂的单体，采用水溶液聚合法成功合成出了钻井液抗高温保护剂(GBH),筛选出合适的抗高温降滤失剂、抑制剂、防塌封堵剂、润滑剂及流型调节剂，研制出了一套适合于超深井的超高温（抗温达240℃）水基钻井液体系，该技术在新疆、塔里木等应用了5余口超深井，取得了良好的应用效果。合成基聚合物钻井液新型环保抗高温水基钻井液是M-I钻井液公司研制成的一种耐高温(232℃)高压水基钻井液该这种新型合成基聚合物是一种新型交联聚合物,用丙烯酰胺(单体A)、一种磺酸盐单体(单体S)和一种交联单体(单体X)配制的新的交联共聚物。与非交联直链聚合物相比,它在含水溶液中保留了较为致密的球形结构。分子重量相同时,交联聚合物在水溶液中的水动力体积比相同分子质量的直链分子小得多。交联聚合物的独特结构使其在空间上受到限制,从而增大了其内在水解稳定性。同时,交联使其对固体不大敏感,抗剪切能力强,从而改进了水基钻井液的流动特性和降滤失特性。抗高温油基钻井液美国人发明了含有一种非磺化的聚合物的抗高温处理剂和一种非亲有机物质的黏土的油基钻井液，该体系在高温下能够保持所需的流变性，且悬浮稳定性好，在310℃和203MPa下具有很好的稳定性。在国内也有人通过合成抗高温油包水乳化剂EMUL-1，再优选出有机土、降滤失剂、润湿反转剂，最终研制出抗高温油基钻井液体系。该体系能抗220℃高温，具有很好的抗水侵性和抗盐性能。现场试验应用表明，研制的抗高温油包水钻井液在抗高温、稳定井壁、油气层保护方面具有明显优势，同时也能较好地解决在复杂地层钻进过程中的缩径、井眼扩大、井塌、卡钻等井下复杂问题，现场应用取得了良好的效果。成膜水基钻井液•水基成膜钻井液的理论与控制技术是近年来国内外研究较多和发展较快的一类新型钻井液技术和理论。该理论与技术的提出基于解决两方面问题：一是非酸化屏蔽暂堵保护储层；二是成膜护壁维持井壁稳定。这种技术在理论上认为，在水基钻井液中，通过加入一到几种成膜剂，可以使钻井液体系在泥页岩等类地层井壁表面形成较高质量的膜，这样可阻止钻井液滤液进入地层，从而在保护储层和稳定井壁方面发挥类似油基钻井液的作用。(1)水基钻井液成膜（I型膜）（2）封堵材料成膜(Ⅱ型膜)（3）合成基和逆乳化钻井液成膜(Ⅲ型膜)成膜机理•目前主要用的成膜材料有：•1）：聚合物类材料，高分子聚合物溶于钻井液中后，利用其亲水基团吸附钻井液中大量的自由水，从而使得钻井液的失水量下降，此外憎水基团一般可以吸附在岩石表面，形成网状结构，也就是可以在岩石表面形成了高分子膜，减弱或阻止滤液向地层渗透，达到维护井壁稳定的作用如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯硬脂酸、聚丙烯酸、聚丙稀酰胺、聚丁酸乙烯酯等等。•2）硅酸盐类材料，硅酸盐可在泥页岩内沉积，形成一层屏障或膜来阻止离子或者液体的运移，实现了对孔壁和岩心的保护•3）PVA材料；•4）PAM/PVA复合材料；•5）植物胶类。欠平衡钻井液•欠平衡压力钻井是指在钻井过程中钻井液的循环压力（包括液柱压力和循环回压），低于地层的孔隙压力，允许产层流体流入井眼，并可将其循环到地面，地面可有效控制，这一技术称为欠平衡压力钻井技术。•根据不同的工艺，欠平衡钻井液的分类：•（1）气体类：天然气、氮气、空气，密度：0-0.02g/cm3•（2）雾化液：空气、氮气、天然气雾化液，密度：0.02-0.07g/cm3•（3）泡沫体系：空气、氮气泡沫，密度：0.07-0.6g/cm3•（4）充气钻井液体系：包括通过立管注气和井下注气两种方式，密•度：0.7～O.9g/cm3•（5）无固相钻井液体系：淡水、盐水等，密度：1-1.3g/cm3•泵入泥浆常规钻井欠平衡钻井泵入泥浆油气层油气层气体钻井流体气流体是指空气、天然气、氮气、二氧化碳、防腐剂及干燥剂等组成的循环流体。气流体钻井的优点是可大幅度降低压差，大大提高机械钻速，延长钻头使用寿命，减少对敏感地层的损害，保护低压油气层，可安全钻穿易漏层。其缺点是钻遇天然气层时易引起井下着火与爆炸，造成井下钻具破坏，所以气流体钻井选择气体类型很重要。泡沫钻井液•泡沫钻井液是气体介质分散在液体中，并配以发泡剂、稳泡剂或黏土形成的分散体系，常用于低压产层钻井。常用泡沫钻井液一般为硬胶泡沫和稳定泡沫。硬胶泡沫是气体、黏土、稳定剂和发泡剂配成的稳定性比较强的分散体系。稳定泡沫是指空气（气体）、液体发泡剂和稳定剂配成的分散体系。它具有密度低、携岩能力强、对油层伤害小的特点。国内外均成功使用，并取得较好效果。如中原油田在元坝地区大井眼钻井中采用可循环泡沫钻井液，并通过采用自己研制的消泡器，有效地提高了钻井速度，解决了大井眼携砂问题。环保钻井液聚合醇钻井液有机盐钻井液硅酸盐钻井液甲基葡萄糖苷钻井液聚合醇钻井液•聚合醇包括聚乙二醇、聚丙烯乙二醇、聚丙二醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚丙三醇或聚乙烯乙二醇等。浊点：聚合醇溶于水，但其溶解度随温度升高而下降，到达某个温度后聚合醇溶液就会形成浊状的微乳液（聚合醇部分析出），当温度降低时聚合醇又完全溶解。利用聚合醇浊点效应，当钻井液的井底循环温度高于聚合醇浊点时，聚合醇发生相分离，不溶解的聚合醇封堵泥页岩的孔喉，阻止钻井液滤液进入地层，从而使钻井液与泥页岩隔离，起到稳定井壁的作用。聚合醇通过在泥页岩表面产生强烈吸附（吸附量随温度升高而增加）形成一层类似油的憎水膜，不仅可阻止泥页岩水化、膨胀与分散，还能提高钻井液的润滑性。聚合醇钻井液毒性很低，有利于环保，国外已广泛用于海洋钻井，效果良好。作用机理：有机盐钻井液有机盐钻井液是近年发展起来的一种新型无固相水基钻井液体系，是基于低碳原子（C1-C6）碱金属有机酸盐（乙酸钾、柠檬酸钾、酒石酸钾）有机酸铵盐（乙酸铵、柠檬酸铵、酒石酸铵）有机酸季铵盐的钻井液完井液体系。有机盐钻井液具有防塌抑制性能好、保护油气层、腐蚀性低、环保及可回收再利用的特点。加之具有低固相高密度的特性，有利于提高机械钻速。目前，有机盐钻井液体系的优越性已得到世界石油工业界的认可和重视，在欧洲和美国已得到广泛应用，均取得很好的效果。在国内，有机盐钻井液先后在海上油田及塔里木油田进行了现场试验!使用效果明显。硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液具有无毒、无荧光、低成本的特性，另外，硅酸盐钻井液通过多方面的协同作用来稳定井壁。硅酸盐钻井液抑制性强，抗污染能力强，具有良好的环境相容性。（1）硅酸盐进入地层孔隙形成三维凝胶结构和不溶沉淀物,快速在近井壁处堵塞页岩孔隙和微裂缝,阻止滤液进入地层,同时减少了压力穿透。（2）硅酸盐能抑制页岩中粘土矿物水化膨胀和分散。（3）硅酸盐可能与页岩中粘土矿物发生反应生成利于井壁稳定的新矿物。（4）氯化钠或氯化钾的协同稳定作用。作用机理烷基葡萄糖苷钻井液体系烷基葡萄糖苷(AGP)钻井液体系，是近几年国外提出的一种替代油基钻井液的新型水基钻井液体系。烷基葡萄糖苷(AGP)作为一种绿色非离子表面活性剂，因其无毒、对皮肤无刺激性、生物降解迅速彻底、配伍性能好等特点，其中甲基葡萄糖苷(MEG)具有如下特性：良好的热稳定性，较低的粘度，在一定浓度下可抵抗细菌。用其配制成的钻井液具有与油基钻井液相似的性能，可以有效抑制页岩水化，成功地维持井眼稳定，还具有良好的润滑性、抗污染能力及高温稳定性，并且无毒、易生物降解，因而对环境造成的污染很小。在国外和国内都有应用，但可能由于成本太高，目前尚未广泛使用。结论•基于国内外钻井液技术现状就国内外对钻井液以及有关问题的认识进行了比较分析，结合国内实际情况从技术的角度提出了一些认识。随着钻遇地层越来越复杂,钻井液技术在稳定井壁方面的要求也越来越高,主要呈现出以下发展趋势:1)提高机械钻速的钻井液技术、快钻剂的研发以及快速钻井液技术;2)提高薄弱地层的承压能力,扩大安全密度窗口的钻井液技术;3)裂缝性地层的堵漏技术;4)泥页岩井壁稳定技术。应该着重于开发实用性好，成本较低的钻井液。