深井超深井钻井液及固井技术

1、深井超深井钻井液及固井技术目录第一节 深井超深井钻井液技术 3一、我国深井超深井钻井液技术概述 4二、国外深井超深井钻井液技术概述 5三、油基钻井液在深井超深井中的应用情况 11四、水基钻井液在深井超深井中的应用情况 13五、新型耐高温水基钻井液 26六、抗高温处理剂 39第二节 国内外深井超深井固井完井技术 45一、国内固井根底理论研究 46二、国内常规固井技术 46三、国内深井固井技术 47四、国内深井固井实例 49五、国内深井完井技术 53六、深井固井完井问题原因探讨 56七、深井固井完井技术措施探讨 57八、国外深井超深井固井技术 59九、国外超深井完井技术 69第一节 深井超深井钻井

2、液技术由于普通泥浆高温高压下会发生降解而失效 , 因此,钻深井超深井必须使用专门的泥 浆，这种泥浆必须具有：高温稳定性、良好的润滑性和剪切稀释特性，固相含量低、高压 失水量低、抗各种可溶性盐类和酸性气体的污染 , 有利于处理、配置、维护和减轻地层污 染。现已研制出各种适合于钻深井超深井的泥浆，新的泥浆也在不断出现。深井超深井钻井液技术的特点 : 井愈深 , 井下温度压力愈高，钻井中泥浆在井下停留和循环的时间愈长，使深井超 深井泥浆的性能变化和稳定性成为一个突出的问题 ,而且井愈深 ,井下温度愈高 ,问题就愈 突出。 深井钻井裸眼长 , 地层压力系统复杂，泥浆密度的合理确定和控制那么更为困难，且

3、 使用重泥浆时，压差大因而经常出现井漏、 井喷、井塌、压差卡钻以及由此而带来的井下 复杂问题 ,从而成为深井超深井泥浆工艺技术的难点之一。 深井钻遇地层多而杂，地层中的油、气、水、盐、粘土等的污染可能性增大，且会因高温作用对泥浆体系的影响而加剧 , 从而增加了泥浆体系抗污染的技术难度。 泥浆对深部油层的损害，因高温而加剧，从而对翻开油层钻井完井液的技术要求更 加严格。 浅井已取得成效的各种先进钻井工艺技术及先进工具 , 在深井井段应用受到很大的 限制。因此 ,在深井井段 特别是在重泥浆的情况下 如何应用各种先进工具，在深井井段 特别是在重泥浆的情况下 如何应用各种先进的钻井技术以提高深井钻井速

4、度和保证井 下平安，提高钻井效益，至今仍是国内外钻井、泥浆技术界的一个攻关内容。 因井深，起下钻钻业时间长，各种与泥浆性能有关的井下事故更容易诱发和恶化。 因此，必须对泥浆性能有更高的要求。 泥浆对钻具的腐蚀因高温而加剧。深井超深井使用的泥浆分为水基和油基类。统计数据说明，超过8000r的超深井多采用 油基泥浆,而8000m以内者那么为水基泥浆。但世界最深的几口 9000m以上的超深井都是使用 水基泥浆钻成的。这两类泥浆自成体系 , 各有各的优缺点及使用规律。与水基泥浆相比， 油基泥浆性能受高温影响较小而受压力的影响较大， 高温性能较易 控制且抑制页岩水化能力很强。因此，是解决深井泥页岩、 盐

5、、膏泥岩层井段井壁不稳定 问题的最有效的方法。其次，地层中的盐、钙和粘土等对泥浆性能的污染小 , 泥浆的润滑 性及滤失性好 , 能有效地降低深井钻具扭矩 , 防止腐蚀，保护钻具以及有效地预防深井重泥 浆压差卡钻。因此， 在国外的深井中被广泛使用，特别是在超深井复杂井中应用更多。 但 与水基泥浆相比， 有以下缺点：其初始本钱高，条件苛刻；对环境污染严重， 消除费用高； 更易发生地层漏失；气溶性好易造成井涌且钻速较慢等 , 因而其使用受到了限制。 80年代 中后期国外深井水基泥浆处理剂及泥浆体系有明显的开展。相继出现了一批抗高温、钙、 盐，性能良好的水基泥浆处理剂和一批抗高温的水基泥浆体系。我国的

6、深井以水基泥浆为主。 自 1975年泥浆磺化处理剂及其体系获得成功以后， 在全 国被广泛使用并成为我国深井通用的泥浆体系。 80年代以来，它与聚合物泥浆相结合开展 成为现在国内广为使用的聚一磺泥浆体系， 根本上形成了能满足我国深井钻井要求的水基 泥浆的高温处理剂和体系系列。一、我国深井超深井钻井液技术概述我国深井超深井钻井液技术的开展可划分成三个阶段。1. 钙处理钻井液是六十年代到七十年代初使用的根本钻井液类型，主要利用无机钙盐CaOHd或钠 盐NaCl来提高“井眼稳定性,另外再加上铁铬木质素磺酸盐FCLS或煤碱剂NaC,羧 甲基纤维素CMC及一些外表活性剂等来维持钻井液的流变性能。如松基井钙

7、基、东风2井钙基、新港57井盐水基、王深2井饱和盐水基等均是用这一类钻井液钻成功的。2. 三磺钻井液是70年代以后大多数深井所使用的钻井液类型， 所谓“三磺即是磺化酚醛树脂 SMP、 磺化褐煤SMC和磺化栲胶SMK。这三种处理剂有效地降低了钻井液的高温高压滤失 量，进而提高了“井眼稳定性 ，四川石油管理局用这三种处理剂再配合 FCLS,CMC,CaOHz 以及重铬酸钾 K2Cr2O7, 外表活性剂等钻成了我国最深的关基井 7175米 , 女基井6011 米 。三磺钻井液的研制成功 ,是我国在深井钻井液技术上的一大进步 ,其主要标志是 :这三 种处理剂能有效地降低高温高压滤失量 , 特别是参加磺

8、化酚醛树脂后 , 随着井深及压差的 增加 , 其滤失量增加很少 , 有时还降低 而这一特性是原钙处理钻井液体系达不到的 , 这样 就大大低改善了泥饼质量 ,减少了井下的坍塌卡钻等复杂情况 ,提高了深井钻探的成功率。 例如在自深1井四川钻进时，在4700- 5335m向含10%的膨润土浆参加：SMF4% SMC6% SP-80活性剂0.3%、AS 烷基磺酸钠0.15%、NqCrQ 2% 柴油5%后 在井底192C温度下，其滤失量从未加SM的23.7ml下降至9.6ml，摩擦系数Kf45min 0.07。经过五次断钻具、三次打水泥塞，一次顿钻事故，均未发生卡钻。为我国深井钻井液技术开创了新的局面。

9、3. 聚磺钻井液阶段所谓“聚磺钻井液是指在实践过程中将“聚合物钻井液与“三磺钻井液结合在 一起而形成的一类体系，目前仍广泛应用“聚合物钻井液，开始叫“不分散低因相聚合 物钻井液 ,是在70年代后期、 80年代初期 ,为了推广“喷射钻井技术和“优选参数钻井 技术利用丙烯酰胺类有机聚合物作为钻井液的抑制剂而逐渐开展形成的一种钻井液体 系。这类钻井液由于使用了长链的有机聚合物代替了原钙处理钻井液中使用的无机盐抑制 剂，因而有效地抑制了地层的造浆，大大地提高了“井眼稳定性，在提高钻井速度方面 见到了显著的效果。 这一类有机聚合物的产品许多研制成功了。 从最初的非水解、 局部水 解聚丙烯酰胺开始，开展到

10、大、中、小分子量的复配 ,不同官能团钙、钠、铵盐 的衍生 物或接枝共聚物以及扩大到乙烯基磺酸盐、乙烯基吡咯烷酮和带阳离子官能团的聚合物 等。虽然这类产品对控制蒙脱石含量较高的地层有着较突出的抑制效果， 但目前还不能适 应于深井的使用。 特别对付硬脆性的地层， 还必须参加一些磺化物来改善泥饼质量降低高 温高压滤失量。因之很自然低将这两种成分结合在一起而形成了 “聚磺钻井液。可以说 在三磺水基钻井液的根底上引入阴离子丙烯酰胺类做为抑制剂是我国在深井钻井液技术 上的第二个进步。进而 , 将阳离子型有机聚合物引入三磺钻井液中作为强抑制剂是我国深 井钻井液的第三个进步。二、国外深井超深井钻井液技术概述国

11、外深井超深井钻井液类型如下：1. 水基钻井液 1 阴离子型聚合物水基钻井液实质是“聚磺钻井液的一种类型。以 Magcobor、Baroid，Millpark、IDF四大家的 泥浆公司所提供的配方为例，其所使用的聚合物在其 C-C主链上都在侧基上含有磺酸根SOH，以提高其抗高温的能力。不管是其较新的产品，如磺化聚合物 Polydrill ，或 早已生产的产品如SSMA磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物均是如此。这是研制可抗高温聚 合物处理剂所必须的一个官能团。 2 阳离子型聚合物水基钻井液聚磺钻井液的另一类型随着钻井液技术的开展，国外研制成功了阳离子聚合物钻井液。这种抑制能力很强的新型钻井液与原阳离子聚

12、合物钻井液的本质区别就是在 “有机聚合物包被剂 这一主剂 上引入了阳离子基团。另外又添加了分子量较小的季胺盐类如羟丙基二甲基氯化铵。 其他配方中处理剂的组成根本上大同小异。现仅介绍美国Magcobo公司的配方如下：无机盐阳离子聚合物包被剂稳定剂KClMCAT-A阳离子聚丙烯酰胺淀粉( Pplysol )KOHMCAT季胺盐聚阴离子纤维素 PACDVA聚乙烯醇生物聚合物 XC其他公司如Baroid公司称“Cat-1 阳离子聚合物泥浆；公司称“VispLEX体 系；Aachor称“ AncoQUA阳离子聚合物泥浆；BJ公司称“ RCS-IU 阳离子聚合 物泥浆等。 3 合成基油包水钻井液 合成基钻

13、井液是以人工合成的有机物为连续相、盐水为分散相，再配合以乳化剂、 降滤失剂、流型改良剂等组成。 与油基钻井液相比拟其研制的主导思想是浆柴油或矿物油 换成可以生物降解又无毒性的改性植物油类。 目前已开发并在现场应用见到效果的有酯基 钻井液、醚基钻井液和聚a -烯烃基钻井液三大类，近期又开展出第二代合成基钻井液， 主要成分是LAO S 直链a -烯烃，LP' s 直链a -石蜡，LP' s 内a -烯烃。似 乎这种分法并没有什么本质的区别，只表现在性质如基液的粘度上有所差异。 酯基钻井液 酯是最早发现有可能成为连续相的物质。酯是有机脂肪酸在水存在的条件下与醇反应并以酸为催化剂的产物

14、。 植物脂肪酸来源很广，如菜籽油、 椰子油等。酯基钻井液是最 早由 Statoil 公司在北海、挪威区域的 Statfilord 气井应用，先后钻了 10口井，均获得良 好的效果，提高了钻井速度，节约了本钱。 醚基钻井液 醚类与酯类有相似的物理性能，可以由醇类与酸反响生成，一般来说醚类、酯类都属于非离子型外表活性剂， 在液体中不会电离。 由于分子结果中没有活泼的烃基， 性能较 稳定，因而有较好的抗盐、抗钙、抗碱能力。与酯基钻井液一样，这类钻井液是以醚来作 连续相，以盐水为分散相，再配合相应的乳化剂、降滤失剂、流型改良剂等配成。 聚a -烯烃基钻井液PAO这类物质是由a -烯烃聚合而成的，它的优

15、点之一是它不随温度、pH值而改变其特性。 而酯类钻井液在碱性条件下，那么可能分解。因而 PAO匕酯抗高温和石灰污染能力强。这类 钻井液同样在现场取得了好的效果。贝克一休斯INTEQ公司采用了 ISO-TEC的合成基配制成Syn-TEC合成基钻井液，用这种 合成基配成的合成基钻井液耐温高于226.7 °C,并且在高温下不水解、其密度可配至 2.16kg/l，钻井液配成后的毒性 LC50> 1000g/L。4 乙二醇类水基钻井液 Glycol 这类产品有丙烯乙二醇、二丙烯乙二醇、三丙烯乙二醇以及聚丙烯乙二醇、聚乙烯 乙二醇和聚甘油等。据称在一般水基钻井液中将上述化合物参加一定的量就

16、可以明显地提 高体系的页岩抑制性，润滑性，并且毒性低，可以生物降解，还可以增强钻屑的硬度，被 认为是可以代替油基钻井液的一种水基钻井液体系；也可参加磺乙基纤维素的碱金属盐、 铝盐等复配。乙醇类高聚物的平均分子量约在 20020000之间。分子量为 200600者，在 常温下是液体，分子量为 600以上者就逐渐变为半固体，即随着分子量的增加，可以从无 色、无臭粘稠液体增稠至半固体状。 小分子量的乙二醇类在室温下可溶于水， 而当温度升 高时，会发生“相别离现象，而形成乳状液，这种特性可填塞页岩孔隙，而起到封堵作 用。高分子量的乙二醇类在地面温度下不溶于水， 乳化后参加钻井液中， 能在钻具外表和 井

17、壁上形成一层憎水膜， 有利于防止压差卡钻， 增加润滑性， 这样就可以选择混合的乙二 醇类添加剂，根据井温、地层特性、钻井条件，使之充分发挥协同作用，来改善钻井液性 能，提高井眼稳定性，提高钻井速度。 5 甲基葡萄糖甙水基钻井液 是菌类植物病原真菌通过发酵而生成的一种生物聚合物，据介绍这类物质可以聚合 成二聚物、三聚物或更高分子量的物质如 B -甲基葡萄糖、B -甲基葡萄糖甙等形式。 它们的结构类似于多糖类， 但由于其分子结构里有一个甲基， 所以匕多糖类更稳定。 加量 可以从 5%70%，毒性低，可被迅速地生物降解，亦可以代替油基钻井液。 6甲酸盐类水基钻井液将甲酸与氢氧化钠或氢氧化钾在高温高压

18、下反响制成碱性金属盐如甲酸纳、甲酸钾 配制成甲酸盐类水基钻井液。 这类钻井液的最突出优点是可以降低所使用的各类添加剂在 高温条件下的水解和氧化降解的速度 ,甲酸钠和甲酸钾盐类的水溶液密度分别为 1.34kg/l 和1 .60kg/l, 水溶液呈中性 ,与增粘剂、 降滤夫剂、 加重剂等可配成无固相、 低固相或完井 液体系。法国石油研究院与壳牌公司研制成功此类钻井液名为SFX-1钻井液,它可抗170C 高温,pH值为9.910.1。该配方用黄原胶作增粘剂，用AMP聚合物作降滤失剂,用超细碳酸 钙V 10卩乍强化滤失剂,用NqCQ控制pH值。2. 油基钻井液80年代以来,国外为了更好地满足提高钻井速

19、度、 增强携岩能力及减轻环境污染等需 要 , 对油基钻井液进行了深入的研究 , 获得了一些新的进展 , 现介绍如下。1高油水比铁粉加重油包水泥浆EXXO公司近年来在较为复杂的深井中成功地使用了高油水比的油包水泥浆。他们将正规油包水泥浆的含水量从 15%30%降到8%10%即油水比降至 90/1092/8, 其实际含量 为6%7%。其结果是减少了该类泥浆中乳化水滴的浓度 , 降低了固相含量和悬浮颗粒的数 量, 并使高剪切速率下的剪切增稠作用减到最小。这样就大大地降低了油基泥浆的塑性粘 度和喷嘴处高剪切速率时的流动阻力 , 充分地发挥水力作用 , 大大地提高了钻井速度。 而在 环空低剪切速率或静止

20、时的油浆粘度和静切力控制在较为适宜的范围内 , 从而确保了井眼 清洗及加重材料的悬浮。此外 ,采用了氧化铁粉加重 ,降低了总固相含量 平均下降18%, 固相颗粒的数量及塑性粘度 相同密度条件下 ,采用氧化铁粉加重比用重晶石粉时的塑性 粘度可降低25%r40%,从而改善了钻头尤其是PDC占头性能,有利于提高钻速。为使PDC 钻头处于最正确状态，最好把油基泥浆的高温高压滤失量控制在 510ml,以减少渗透层的油 基泥浆侵入量,减少油基泥浆损耗，降低油基泥浆的费用。EXXO公司在美国南德克萨斯州 的3口深井中使用了上述的油包水泥浆及措施 ,平均每口井的钻速提高了 100%,无形费用节 约了 50%。

21、2全油钻井液正规的油包水泥浆存在着缺乏之处 , 因而, 美国 Intl 公司研制成功了无水的全油泥浆。 该种泥浆具有类似聚合物泥浆的流变性， 剪切稀释特性较好， 较高的动塑比值和较高的低 剪切速率下的粘度， 因而提高了钻速， 减少了井漏，改善了井眼清洗状况及悬浮性。其密 度可低至0.89kg/l ,外表活性剂含量较低，减少了对储层的损害。此类泥浆已在60多口井 中使用。密度的调整范围在0.832.04kg/l ,深度已达6309m井底最高温度达213C。对配制此种油基泥浆的各种材料提出如下要求 : 根底油。芳香烃含量较低的柴油及无毒矿物油 即根本不含芳香烃,其含量在1% 内。 流变性及悬浮性控

22、制剂。必须采用在油中的低速剪切速率和低温条件下能够发挥 作用的亲油有机土和合成聚合物来提高动切力，而用反絮凝剂来减低动切力和静切力。 滤失量控制剂。可采用合成的亲油有机聚合物和可在胶体颗粒分布的根底上发挥较好作用的胶质剂类。 水污染控制剂。应加亲油外表活性剂以乳化外侵水，并使外来固相(如钻屑等)保持 亲油性，从而利于阻止钻屑对油基泥浆的破坏。 反絮凝剂。该类泥浆的典型配方及性能见表 37,在需要时可用来降低流变性。表37全油基泥浆的典型配方及性能方组分例I加量例n加量项目例I指标例n指标根底油，kg/m3密度，kg/l1.80填充剂，kg/m30.480.71塑性粘度，mPa.s1312外表活

23、性剂，kg/m1.141.11.4动切力，Pa8.55聚合物降滤失剂，kg/m32. 71.3静切力，Pa3/42.5/3胶质降滤失剂，kg/m314.25范氏6r/mi n读数4.53有机土，kg/m328.2522.8HTH滤失量，ml1210测HTH温度，C121149现场使用结果说明，该类泥浆取得良好的效果，大大提高了井眼的净化能力，提高了 流变性的控制能力，维护更为容易和简化，改善了后勤供给，降低了本钱。(3) 可生物降解的油包水钻井液此种泥浆是由美国Perish,Baroid和BP公司专家研制成的。在研究实验中,他们发现某些复 合的酯类化合物可以用来配制较为稳定的油包水型泥浆，而且

24、几乎在含氧或不含氧的空气 或环境条件下都可以产生生物降解。因而十分有利于解决环保的问题。这种新型酯类泥浆体系在Ula油田的应用获得较好的效果。与同地区同条件使用常规油包水泥浆和水基泥浆 进行比照，其常规的钻时节约了 13.2d，其毒性水平都在环保允许范围之内。这种可降解油脂酸类化合物为连续相而配成的脂基泥浆是常规油包水泥浆的换代类种。它具有和油基泥浆一样的稳定页岩能力及润滑性。此种泥浆采用水生动物油乳化剂以降低其毒性，用流变性调节剂以减少有机土的耗量,用乳化稀释剂以提高控制流变性及大幅度地改善对固相的敏感性。各种组分在此种泥 浆中的浓度及可到达的泥浆性能见表 38。表38酯类基泥浆的配方及性能

25、方性 能齐种加量kg/l工程指 标主要酯类,mi0.65密度，kg/l1.55水生动物油乳化剂，kg36.5酯类/水比值83/17HTH滤失控制剂，kg31.9HTHP滤失量，mL2.4有机土，kg6.3塑性粘度，s54 (49C)石灰，kg4.3动切力，Pa13淡水，kg0.13静切力，初/终，Pa9/13CaCl2 (纯度 82%，kg35.4水盐度，mg/L173000重晶石，kg796电稳定性，V990 (49C)降粘剂，kg5.9流变性调节剂，kg1.14可减少油基泥浆在钻屑上的沉留量的新型剂种一CCS使用油基泥浆的一个很大的难点是造成环境污染问题。美国M-1泥浆公司亦对此问题 进行

26、了深入的研究实验，取得了如下结果： 在其它所有性能相当时，油水比值是影响钻屑沉留量COR的主要因素。油含量愈 低即油水比低，其CO值也小。 粘度在CO值上也起着重要作用。然而有个最正确粘度范围,在此范围以下,那么CO值 降低很小或没有降低。 当其它性能相当时，基油可以忽略。 当在具有最正确粘度范围以上的泥浆中参加某种外表活性剂时，就存在着降低CO值的潜在可能性。 在钻井地区,固控在CO控制上起着主要作用。而且高含水的油包水泥浆存在着乳化稳定性较差的问题 破乳电压仅为200400V。 因而从新型剂种上下工夫,终于研制成功这种可有效降低CO值的CC新剂，该剂是一种复 合阳离子外表活性剂，在其分子结

27、构上含有一个亲油基团，可以溶于油相中，而另有一个亲 水基团邙日离子局部，可溶于水相中。与其它乳化剂的唯一不同之处在于它尚含有一对 固相活性很大的官能团。因此，该剂的特点是可以允许乳化液滴与钻屑外表更加紧密连接 在一起而无须任何不必要的水润湿剂。由于受到空间的限制，钻屑外表粘连在一起的油量就会减少,那么CO值就降低了。CCS寸泥浆性能和CO值的影响见表39。在北海某井中，使 用该剂CCS降低CO值的情况见表40。表39 CCS对油包水泥浆性能及CO值的影响泥浆样品泥浆I泥浆nCCS加量，kg/m305.711.422.805.711.422.810513311511597959792600r/m

28、in读数6077737061626259300 r/min读数200 r/min读数4058565346494946100 r/min读数24363735313434326 r/min读数581110121413133 r/min读数469811131212塑性粘度，mPa s4556424536333533动切力,Pa7.1810.0514.8411.9711.9713.8812.9212.54静切力，初终，Pa2.39/5.263.35/6.704.31/5.743.83/5.267.18/11.976.70/9.576.22/8.625.74/7.66破乳电压，V573792800744

29、450656749924COR g/kg10310599751151119790表40 北海某井使用CCS勺效果井深2773.683062.323144.933196.743251.303318.09ccSrn入与否未加未加未加参加参加参加COR102107106838784三、油基钻井液在深井超深井中的应用情况油基钻井液有真油基钻井液和逆乳化钻井液两种。这两种钻井液具有稳定井眼性能 好、热稳定性好的特点。在一般情况下，油基钻井液的热稳定性可达260°C。在国外，当遇 到盐层、易坍塌层、高温层等复杂情况时往往首先考虑使用油基钻井液来克服这些问题。近年来人们对配置油基钻井液的基油进行了

30、研究，推出了一些新型基油。这对油基钻 井液的开展以及提高油基钻井液的性能起到了很大的推动作用。 下面介绍几种不同类型的 油基钻井液及其在深井中的应用情况。1. LVT油基钻井液Bechtel公司在加利福尼亚打的943-29R井是一口深7327渤勺超深井。这口井所钻遇的 泥岩段是易坍塌井段而且井底温度超过 260C。据该公司透露，这口井顺利钻达设计深度的 诀窍就是使用了 LVT低粘低毒矿物油钻井液。从2687m到7445m持续用LVT钻井液钻进了335d。从6858米到7445m钻井液在井眼中静止了 69d。起钻后没有发生坍塌。在这口井的 钻井过程中，钻井液工程师进行了 24小时效劳，密切监测油

31、、水和固相的含量，并随时调整 乳化剂的用量。在钻井过程中还不断地测量钻井液中水相的含盐量，并将钻井液的含盐量与地层的含盐量进行比照，以便调整钻井液水相的含盐量，以减少水蒸气侵入地层而造成 井眼不稳定和页岩坍塌。钻井液的油水比要保持为85:15。钻井液的主要乳化剂已用温度稳定剂处理过。钻井液中还加了石灰以便使钻井液中有钙源，钙在油水的界面上形成钙皂使整个钻井液体系保 持为一种胶体悬浮液。这样能减少钻井液蒸发,克服水蒸气进入地层的危险。934-29R井的 配方：低粘无毒矿物油，94L；主要乳化剂MUL 7.9kg ;次要乳化剂MUL，4.3 kg；石灰， 3.6 kg ;氯化钙盐水，2.9 kg

32、;有机粘土，3.6 kg ;褐煤，83 kg ;重晶石，80kg。2. 全油钻井液国际钻井液公司研制成功的全油钻井液己通过了60多口井的实验。从这60多口井取得的数据证明，全油钻井液具有良好的特性。这种钻井液主要用有机膨润士造浆。为了提 高造浆量要加少量合成聚合物增充剂。基油可以使用柴油和矿物油。全油钻井液的配方和 特性如表42所示。在密西西比海上，用国际钻井液公司提供的全油钻井液在一口深井中打© 157.5mn井眼层段。该层段为产层,深度6309.4m。钻井液的基油为柴油,钻井液的密度为2.0246kg/l, 塑性粘度为32mPa s,屈服值为4.72Pa,电稳定性为1380V,H

33、TH滤失量为10.8ml。用这种钻 井液顺利钻完预定井段。由于把 HTH滤失量从23ml降低到13ml,成功地控制了胶体溶液的 漏失。为控制钻井液的流变性加了大量的有机粘士。钻井液的最终密度到达了 2.0370kg/l,在测井期间钻井液在井下静置了 16do当时的井下温度为213C。假设使用反乳化钻井液，因 钻井液在井下凝聚，停泵后难以再开泵循环，而用全油钻井液再次开泵很顺利。在南美的陆地上用这种全油钻井液进行了 19次取心,取心收获率很高。而且对所取的 岩心的分析证明钻井液对岩心损害很小。表42 全油钻井液的配方和特性材料用 量基油柴油矿物油油基泥浆2923.2填充剂0.490.72外表活性

34、剂1.1011.6聚合物降滤失剂-7.25胶体降滤失剂14.5-石灰5.2211.0特性塑性粘度，mP2 s8.111.5屈服值，Pa8.1胶凝强度，Pa2.87 3.822.37 2.87高温高压滤失，ml/30mi n12103.矿物油钻井液矿物油钻井液是用烷烃基矿物油作逆乳化钻井液的连续相。其主要成份是烷烃基油、乳化剂、分散剂、有机土、氯化钙或氢氧化钙、高温稳定剂和水。矿物油钻井液的配方： 矿物油，0.500.70bbl ;主乳化剂，8.7kg/m3;第二乳化剂，20.3 kg/m3;油润湿剂，5.8 kg/m3；有机土，8.7 kg/m3；高温稳定剂，14.5 kg/m3；高温分散剂，

35、1 kg/m3；水，0.05 0.3bbl ； 重晶石，0272kg。这种矿物油钻井液是用天然化石树脂和硬沥青来控制高温高压滤失性。碱与乳化剂、分散剂的官能团发生反响生成相应的钙皂，水是反响的介质。同时,水对于提粘、悬浮和滤 失性控制也起辅助作用。淡水、微碱水、海水以及氯化钠或氯化钙的水溶液都可用来配制 矿物油钻井液。这种钻井液的热稳定性高达288E ,因此在其他钻井液难以对付的深井中，可采用这 种钻井液。另外，这种钻井液不受碳酸盐、硫化氢、硬石膏、盐和水泥的影响。这种钻井 液还可以作为取心和解卡液使用。因为这种钻井液的滤失量低，所以用其取心对岩心的损害很小。这种钻井液作为解卡液的解卡成功率达

36、85%以上。四、水基钻井液在深井超深井中的应用情况1.SIV钻井液SIV钻井液是一种独特的钻井液体系。这种体系的主要成分S1V是 一种由钠、锂、镁和氧组成的合成多层硅。SIV是一种白色细粉末，其结构类似于天然的膨胀性微晶高岭石粘 土。SIV的热稳定性高达370Eo SIV具有杂质含量低、在水基钻井液体系中透明度高、剪 切后粘度恢复快和具有较高的包被能力等特点。由于SIV是一种纯的无机产品，所以很容易用地球化学和地球物理手段加以区别。SIV的水溶液具有很好的悬浮和包被能力，抗剪切稀释性能强而且透明度较高。SIV 的一价阳离子交换能力达120130mg/mol,与膨润士、海泡石和锂蒙脱石等天然粘土

37、相3 比,SIV的外表积较大,所以加少量SIV的溶液就具有较高的粘度。在淡水中,含17kg/m SIV 溶液的屈服值,相当于68.4kg/m3,膨润土或37.1kg/m3海泡石所产生的当量效果。SIV钻井液具有很好的剪切稀释性，这对结晶岩石的取心作业是高度理想的。在配制SIV钻井液的过程中，首先把SIV作为添加剂加到淡水中。SIV的分散是产生抗 高温剪切的条件。加热能降低SIV的分散时间。为了到达最正确流变性能，使用前应将SIV溶液静置16h，在淡水中SIV的理想含量为总重量的1%2%假设含量较高，可采用稀释或加 少量电解质的方法来降低和稳定钻井液的粘度。用聚合物抗絮凝剂，如聚丙烯酸酯对将粘

38、也有作用。SIV钻井液的配方：淡水，150L; SIV，1.35kg ;聚合物抗絮凝剂，1.35 kg ； 氯化钾，9.45 kg ;纯碱，0.45 kg ;亚硫酸钠除氧剂，0.95 kg ;重晶石，281 kg ； 碳酸钙细粒，4.5 kg ;三元共聚物降失水剂，3.6 kg ;削泡剂，0.045 kg ;粘土混合 物，4.5 kg 。2、海泡石钻井液海泡石是一种富含纤维质和镁的粘土矿物，其结构与坡缕石相似。海泡石的特点是 其颗粒为条状，而且在晶格间很少有相同的结构。当海泡石浆体受到剪切作用时，长条被 分割成较大的纤维团。海泡石粘土基浆能抗电解质，有较高的温度稳定性，高的胶凝强度 和优良的抗

39、剪切能力。在高温静置情况下，海泡石基浆保持可逆的胶体结构，在剪切条件 下粘度不降低。另外海泡石是通过增加基浆的屈服值来增粘的，与基浆的塑性粘度无关。 而且可用常规降失水剂把滤失量控制到10ml左右。表45两种海泡石钻井液体系的高温实验结果配方3体系1，kg/m3体系2，kg/m海泡石4444NaOH2929改性褐煤14.50磺化褐煤014.5丙烯酸钠5.85.8钻屑7.37.3特性表观粘度，mPi2 s6625塑性粘度，mPi2 s46屈服值，Pa19.116.2胶凝强度，Pa3.8 12.02.8 10.5滤失量，ml1020API高温高压滤失量，ml1920海泡石钻井液的增稠温度极高，对两

40、种海泡石钻井液体系在238C下进行了实验室试 验。试验证明，这两种海泡石钻井液体系都具有很好的热稳定性，其具体情况见表45。加利福尼亚南部10口井的现场使用数据也证明,在238E的情况下,海泡石的热稳定 性要优于其它粘土。另外,海泡石在15%勺盐酸中的溶解度为40%因此可作为一种无损害作 用的增粘剂。在密西西比的两口井中用海泡石盐水体系作完井液 ，这种体系表现出了良好 的增粘能力和降滤失作用，在177C高温下成功地完成了两口井。90年代初,美国和加拿大在90多口井中使用了海泡石钻井液。现场实践说明，海泡石 钻井液具有较高的热稳定性。增粘作用好、酸溶性好等特点，海泡石钻井液是一种良好的高温深井钻

41、井液。3. 石灰钻井液早在40年代到50年代,石灰钻井液就已广泛应用。石灰钻井液的优点是抗盐、水泥和 石膏污染的能力强。原因是钠膨润土可与氢氧化钙反响生成钙膨润土。另外，石灰钻井液在固相含量较高的情况下能保持良好的流变性。但是普通石灰钻井液只限于温度低于149C的环境下使用，否那么就会发生胶凝。为了克服石灰钻井液的高温胶凝的问题，很多公司在 石灰钻井液的根底上进行了研究和开展。如飞马石油公司研究出用于克服石灰钻井液高温 胶凝的钙外表活性剂。通过非离子外表活性剂的吸附作用把粘土的膨胀和分散控制到最低 程度。通过石膏补充外表活性剂的含钙量来使粘士聚集。 又如用氧化褐煤处理石灰钻井液， 可使石灰钻井

42、液提高絮凝温度,同时在石灰钻井液的根底上又研制出低石灰 TSPD-LP钻井 液、钾石灰钻井液和抗高温石灰钻井液等一系列新型深井石灰钻井液。适用于深井的石灰钻井液有以下几种： 低石灰TSPD-LP钻井液低石灰TSPD-LP钻井液是由NL白劳德-NL工业公司研制成功的。TSP是热稳定聚合物 解絮凝剂的缩写，而LPC是褐煤和聚合物复合物的缩写。配制这种钻井液的主要材料是基 浆、LPC曷煤、TSPD DMS石灰。这种钻井液可抗232E的高温。 钾石灰钻井液钾石灰钻井液主要有三类：KLM钻井液、氢氧化钾低石灰接枝共聚木质素磺酸盐钻井 液、氯化钾石灰钻井液。这三种钻井液都具有优良的稳定井眼功能。特别是在页

43、岩井段 , 钾石灰钻井液稳定井眼性能尤为突出。 其原理是 ,页岩主要由蒙脱石 ,伊利石、高岭石和绿 泥石等组成。 蒙脱石主要以钙和钠作为补偿阳离子 , 离子交换能力强 , 易水化膨胀。而伊利 石以钾离子作为补偿阳离子 , 盐基交换能力较弱 , 但在发生盐基交换时 ,对钾离子显示出高 度的选择性 ,水化膨胀程度较低。石灰钻井液有大量的钙离子 , 钙离子有较大的水化半径 , 能充分与粘土中的钠离子交换 ,使蒙脱石晶格内无水化空间。 钙离子为两价离子 ,有较强的 静电作用 , 能与粘士较紧密地连接在一起。钙离子还可以与页岩中的二氧化硅和铝起作用 使井壁上的粘士转变为非膨胀性的钙铝硅酸盐 , 使井眼稳

44、定。此外, 钙离子优先于钾离子在 水化粘土颗粒上发生盐基交换。所以钾石灰钻井液的石灰能减少钾离子的耗量 , 使更多的 钾离子进入页岩而有利于稳定井眼。KLh钻井液的配方kg/m3:膨润土，5872.5 ;石灰，11.617.4 ； KOH 2.98.7 ;多糖反絮凝剂，5.811.6 ;改性甲基淀粉，5.811.6 ； CMC 1.452.9；乙烯基磺酸盐和乙烯酰胺共聚物， 01.45；磺化苯乙烯和马来酸酐共聚物， 01.45。KLM占井液分别在路易斯安那海上，得克萨斯海上和加利福尼亚海上的上百口井中应 用过,都取得良好效果，特别是在深的高温井中，当井温高达177C时,钻井液能保持良好的 流变

45、性能。这种钻井液的另一突出特点是本钱低。氢氧化钾低石灰接枝共聚物木质素磺酸盐钻井液的配方是在预水化膨润土中加石灰 以提供钙离子 , 加氢氧化钾提供钾离子 , 用接枝共聚物木质素磺酸盐作为解絮凝剂 , 用褐煤 控制滤失 , 天然沥青作为页岩稳定剂。在美国墨西哥湾地区用这种钻井液打井取得良好的 效果。在易扩径的井段，井径扩大率仅为010%氯化钾石灰钻井液的配方kg/m3:膨 润土， 14.529；褐煤， 29101；石灰， 1217； KCl， 3058； KOH， 3.714.5；聚合物悬 浮剂、高温稳定剂、单宁酸与木质素磺酸盐，少量。苏联在斯姆什科夫隆起用钾石灰钻井液打了一口深4810渤勺深井

46、。在井深2588n处开始使用钾石灰钻井液。 钻井液在加盐、 粉末状的稳定剂 缩合的亚硫酸酒精废液 2%和石灰 后,钻井液的密度为1.310kg/l,粘度为8085s,失水量为6ml。用钾石灰钻井液钻井后单位 进尺所耗的时间约减少了一半。在相邻的1号井中,从2554n3520n用氯化钙钻井液钻进， 约用了 361h。而该井的2554n3530m井段仅用了 56.6h。 抗高温的石灰钻井液最近阿莫科生产研究公司和白劳德石油效劳公司等联合研制成二种抗高温的石灰钻 井液.这种钻井液主要使用抗高温添加剂来提高钻井液的高温稳定性, 934-29R 井的油基钻井液配方：低粘无毒矿物油，94L;主要乳化剂MU

47、L 7.9kg ;次要乳化剂M 4.3 kg；石 灰，3.6 kg ;氯化钙盐水，2.9 kg ;有机粘土，3.6 kg ;褐煤，83 kg ;重晶石，80 kg。 这种钻井液是为打 Mustang Island A-110 井而设计的。在现场对这种钻井液进行了试验。试验结果说明，这种钻井液在井下温度高达163C 时能保持良好的流变性能。 Masta ng Isola nd A一 110井的© 269.8mm和© 215.9mn井眼保持 规那么, 在钻井过程中虽然发生过次漏失但没加任何堵漏材料就克服了漏失。这几口井的钻 井液费用比邻井节省了 18%更重要的是,这种钻井液不但

48、能抗高温而且能抗 CQ的污染。 这种钻井液的研制成功为用石灰钻井液钻高温和有 CQ污染的的井眼开辟了一条成功之 路。4. 低胶体钻井液麦克巴公司研制成的低胶体水基钻井液的热稳定性达 260E。当温度达204E时，钻 井液的稠度不会增加。这种钻井液在高温高压下与油基钻井液的流变性一样。这种钻井液的一个突出特点是 , 在配制过程中 , 膨润土的用量要随井温和钻井液密度 的增加而逐渐减少。例如当密度达2.37g/cm3时,膨润土用量要降低到2.9kg/m3。这种钻井 液要加木质素铬、 褐煤和树脂、 高温滤失控制剂和液体稳定剂以控制滤失和流变性能。 加 入一种聚合物作钻井液的增粘剂。在循环时 , 聚合

49、物根本不降解。当钻井液在井下处于静 止状态时 , 其流变性变化很小或者根本无变化。钻井液中不含膨润土可以防止化学污染 , 其原因是钻井液中没有与钙、盐和二氧化碳等产生作用的材料 ,因此不会明显地影响钻井 液的流变性。在配制这种钻井液时,要十分注意添加剂的参加顺序。用淡水配浆,并用NaO将pH值 调至10.511.5。先加膨润土 ,再加聚合物 , 最后，加热稳定剂和降滤失剂。当井温达 177 C时，停加木质素磺酸盐，以防止热降解，并用磺化单宁作为稀释剂。钻井液对固相含量要 求严格 , 因此要严格控制固相含量。这种钻井液的另一种特点是 , 当钻遇较深的易坍塌层时 , 可通过往钻井液中加 3%的氯

50、化钾, 将钻井液转化为钾抑制的抗高温钻井液 (Duratterm) 。例如在 Plaquemine Parish LA 地区一口井中,当钻至5570m寸,遇到易拥塌层,在钻井液中参加3%R化钾,钻井液性能变化不大，但抑制了页岩坍塌，顺利钻达6286m5. 聚合物钻井液近些年来聚合物钻井液开展很快，随着用于控制高温高压失水的聚合物的不断出现 和使用范围的不断扩大，聚合物钻井液在深井中的应用也不断扩大，下面介绍各种聚合物 钻井液。(1) 抗钙聚合物泥浆西德制造商新推出一种降滤失添加剂一一磺化聚合物，这种磺化聚合物与淀粉合用 会发生一种协同效应,使淀粉的热稳定性达145C。把这种新型聚合物加到PA(

51、钻井液中能 使PAC勺热稳定性提高25C。西德Zechistein地层深度为30006000m地层温度为177C。地层水中钙、镁离子高 达140g/l。在这种地质情况下，钻井液除要有较高的温度稳定性外，并要有极高的抗钙和镁 离子污染的能力。最常用的CM或PA(添加剂虽然具有设计简便、监测容易等优点，但假设发生钙离子侵入 必须在钻井液中参加大量碳酸氢盐,以便钙析出保持CM或PAC勺适宜性能。CM在一般情 况下不受镁离子的影响。但当钙离子超过1g/l时，就发生变质，即使用大量的碳酸氢钠加以 处理也难以到达令人满意的效果。西德用这种新型体系钻了一口总深度达4875渤勺井。在有含钙量较高的水侵入钻井液

52、 时，这种磺化聚合物稳定了钻井液的滤失速度和流变性。特别是当温度超过177C时，采用这种磺化聚合物比采用淀粉或CMC-PA的效果要好得多。应该注意的是在Ca/Mg盐类污染之 前就应该将磺化物加到钻井液中去，这样做可节省磺化聚合物的用量。其推荐用量见表49。在西德Hannover地区的一口探井中在21953290n井段使用了磺化聚合物。钻井液的API滤失量为25.5ml,钙离子含量为3.5g/l。在这种情况下参加了 27.5kg/m3的淀粉和 2.6kg/m3的新型聚合物这时钻井液的API滤失降到2ml。接着又在一口井底静温为133C的 井中进行了实验，成功地钻达4500m在停止循环的静止期间钻

53、井液的滤失量为 8ml,恢复 循环后立即测量,钻井液的滤失量为5ml。当钻井液中钙离子含量为0.82.0g/l时，钻井液 的流变性能正常。在这口井中的淀粉用量介于11.6 21.8kg/m3之间,新型聚合物的用量是在 2.65.8kg/m3 之间。表49淀粉与新型聚合物的用量准那么井底静温淀粉/磺化聚合物推荐用量C含量比kg/m3淀粉淀粉磺化聚合物011020.311012710.0 :120.32.031271325.0 :123.24.351321432.5 :123.28.70另外还在井底静止温度为137C、井深为4800m勺井中作了实验,其性能是良好的。由 于参加磺化聚合物后保持了钻井

54、液的良好性能，而节约了其他添加剂的费用，因此使用这 种添加剂的费用较低。高固相抗絮凝聚合物钻井液HSDP高固相抗絮凝聚合物钻井液是Aramco公司研制成功的。这种钻井液主要是由聚合物 增粘剂、聚合物抗絮凝剂、聚合物降滤失剂组成，其主要组分kg/cm3：黄原胶， 0.7251.45 ;聚阴离子聚合物，11.623.2 ;丙烯酸盐共聚物，5.88.7 ;重晶石和氢氧 化钠适量，控制pH值为10.511.5。这种钻井液的密度可超过2.396kg/l,在温度高达176C时能保持良好的流变性。如果 需要,其10min静切力可维持4.8Pa。API滤失量可控制为4ml。这种钻井液能抗和 Cf离子的污染，也

55、能抗碳酸盐、水、油和各种气体的污染。而且这种钻井液对钻屑含量的 要求不严格。TSD和TSF聚合物钻井液TS丙TSF是美国NL白劳德公司研制成功的两种聚合物。TS刑TSF分别是抗高温反絮 凝聚、控制高温滤失聚合物的缩写。TSD是一种低分子合成聚合物,溶解度为50%对这种 聚合物做过室内稳定性实验，并将其热稳定性与有机磷酸盐和焦磷酸钠等作了比照。实验 证明TSD温度为232E时可有效地控制钻井液的流变性。据 NL白劳德公司报道，这种聚合 物具有良好的抗钙性能。在淡水中这种聚合物的效果要比木质素磺酸盐高1020咅。TSF是一种中分子聚合物。实验室实验证明,这种添加剂的热稳定性为232C。用TS刑TSF聚合物配制的钻井液除具有较高的热稳定性外还具有很高的抑制性能， 已在很多油田使用。在路易斯安那海上和莫比尔湾曾把TSD与改性褐煤一起使用。这两地的井下温度都约为204C。在印度尼西亚的一口井