钻井液技术发展态势课件

钻井液技术发展态势

西南石油大学

石油工程学院

钻井液技术1一、钻井液技术的发展阶段1、1914～1916年，清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用“泥浆”。2、从20～60年代，以分散型水基钻井液为主要类型的阶段 在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。其中有代表性的技术措施包括：（1）1921～1922年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；（2）1926年，开始使用膨润土作为悬浮剂；一、钻井液技术的发展阶段1、1914～1916年，清水作为旋2（3）1930年，研制出最早的泥浆处理剂—丹宁酸钠；

（4）1931～1937年，研制出各种泥浆测量仪器，提出了对泥浆性能控制的要求；

（5）1944～1945年，Na-CMC（钠羧甲基纤维素）作为降滤失剂，开始应用于钻井液中；

（6）1955年，FCLS（铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，开始应用于钻井液中；

（7）从60年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛使用。

（3）1930年，研制出最早的泥浆处理剂—丹宁酸钠；

（33、70-80年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段

聚合物钻井液是国内外水基钻井液发展最迅速的一类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学发展阶段。聚合物钻井液大体上又分为以下几种类型：

（1）部分水解聚丙烯酰胺体系；

（2）氯化钾聚合物钻井液体系；

（3）羟乙基纤维素体系；

（4）聚丙烯与聚乙二醇共聚物（COP/PPG）体系；

3、70-80年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的4这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：

在50年代柴油为基油的油基钻井液基础上，

70年代—发展了低胶质油包水乳化钻井液，

80年代—低毒油包水乳化钻井液。

在抗高温深井钻井液方面：

研制出以Resinex为代表的抗高温处理剂，使深井钻井液技术取得了很大进展。

这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：

在50590年代以来，

（1）聚合物钻井液进一步发展

（2）MMH钻井液

（3）合成基钻井液

（4）聚合醇钻井液

（5）甲酸盐钻井液

（6）硅酸盐钻井液90年代以来，

（1）聚合物钻井液进一步发展

（2）6二、我国钻井液技术

发展概况

二、我国钻井液技术

发展概况

750-60年代分散钻井液钙处理钻井液（以石灰、石膏及氯化钙为絮凝剂）盐水钻井液50-60年代870年代-80年代中期70年代初，低固相铁铬盐混油（或盐水）钻井液褐煤氯化钙钻井液褐煤石膏钻井液低固相饱和盐水钻井液高分子有机处理剂已广泛应用于钻井液中。70年代-80年代中期70年代初，9

70年代末至80年代中期

我国钻井液技术有了很大的发展。主要表现在：三磺（磺化丹宁或烤胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂）钻井液在全国推广使用后，创下了钻超井7175m的纪录。低固相不分散聚合物钻井液技术在我国得到全面推广。开始时仅使用聚丙烯酰胺单一型聚合物絮凝剂，以后陆续研制成功不同基团、不同分子量的聚合物处理剂，形成了多种聚合物钻井液体系。聚合物钻井液主要应用于井深4000m以内的井，在当时曾有力地配合了高压喷射钻井，大大地提高了钻井速度。由于聚合物处理剂具有良好的护壁作用，所研制的钾基聚合物钻井液在很大程度上解决了泥、页岩地层的坍塌问题。80年代初期，研制成功了油包水乳化加重钻井液，并在华北、新疆和中原等油田得到成功应用，有效地解决了钻遇大段岩膏层和水敏性泥、页岩地层时所遇到的各种问题。钻井液处理剂、原材料品种迅速增加，质量不断提高。1978年，我国钻井液处理剂仅有40多种，1983年增至76种，1985年已达到16个门类，共129种。70年代末至80年代中期101986-1990年（“七五”期间）在新的起点上对聚合物钻井液进行了全面、系统的研究，研制出两性离子聚合物钻井液和阳离子聚合物钻井液等新体系，并在全国许多油田推广使用，取得良好效果。将聚合物处理剂的类型从阴离子扩展到阳离子、两性离子，并对大、中、低分子量聚合物处理剂及其复配作用在抑制性、降滤失、降粘作用机理方面进行了系统研究。在此基础上研制出以FA-367、XY-27和JT-888等处理剂组成的两性离子聚合物钻井液体系，和由阳离子包被剂、降滤失剂、降粘剂、防塌剂等组成的全阳离子聚合物钻井液体系；钻井液技术发展态势11为保护油气层，提高钻速，实现欠平衡压力钻井，发展了泡沫和充气钻井液技术。其中使用泡沫钻成的油井的井深达到3232m。为了有效地解决井壁失稳问题，系统地研究了各类钻井液及其处理剂与井壁稳定性的关系，研制出了各种具有强抑制性的防塌钻井液体系，并研制出可对付复杂盐膏层的过饱和盐水钻井液和油包水乳化钻井液等。钻井液技术发展态势12研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻井液和三磺钻井液的优点，既有很强的抑制性，又改善了高温高压条件下钻井液的性能。并大大地减少了井下复杂情况的发生，提高了机械钻速。研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻131991～1995年（“八五”期间）

我国钻井液技术又上了一个新的台阶。主要体现在：聚合物钻井液技术又有了新的进步。其中两性离子聚合物钻井液技术更加成熟，据统计，该体系已在我国15个油田的数千口井上推广使用，并成功研制出两性离子聚合物加重钻井液，最高密度可达2.03/cm3。阳离子聚合物钻井液技术亦更加配套、完善。钻井液技术发展态势14发展了混合金属层状氢氧化物（MMH）钻井液（又称为正电胶钻井液）技术。这类钻井液有其独特的流变特性，还具有强抑制性、防漏、减少油气层损害程度、有利于提高钻速等性能，目前已在全国多个油田上千口井上推广使用；发展了水平井钻井液配套技术，成功地解决了钻水平井时所遇到的携岩、井壁稳定、防漏堵漏、钻井液润滑性和保护油气层等技术难题，其成果在总体上达到90年代国际先进水平。钻井液处理剂继续以较快速度发展，并逐步形成系列。1993年，我国钻井液处理剂已有16个门类，共计246种。发展了混合金属层状氢氧化物（MMH）钻井液（又称为正电胶钻井15三、国内外钻井液技术

对比分析三、国内外钻井液技术

对比分析16 与国外相比，虽然我国钻井液技术起步相对较晚，但由于发展速度较快，特别是进入80年代以来，随着我国聚合物钻井液技术、深井钻井液技术和保护油气层技术等的不断发展，以及钻井液处理剂不断走向系列化、标准化，使我国的钻井液工艺技术与国际先进水平的差距不断地缩小。可以认为，目前我国的钻井液工艺技术在总体上已经基本上达到国际先进水平。在某些技术领域，我们已处于领先或者已后来居上，但在有些领域，与国外相比还有一定差距。钻井液技术发展态势17已达到国际先进水平的技术领域大致有以下方面：阳离子聚合物钻井液首先首先在国外研制出来，但目前我国对该类体系的研究和应用已走在前面。两性离子聚合物钻井液首先由我国研制出来，并已得到广泛应用。该类钻井液所使用的处理剂已经系列化，在机理研究方面亦处于先进水平。钻井液技术发展态势18混合金属层状氢氧化物（即正电胶）钻井液是国外80年代研制的一种新型钻井液，我国在该项技术的研究和应用方面，基本上与国际先进水平保持同步。这类钻井液在我国已广泛应用于水平井钻井作业中。特别是利用其独特的流变特性，保证了我国第一口短半径水平井的顺利钻成。自“七五”以来，我国在保护油气层的钻井液、完井液技术领域已有很大发展。目前在损害机理的评价、预测技术、油气层损害室内评价技术和暂堵技术等方面，均达到国际先进水平。其中屏蔽暂堵技术为我国首次提出，形成了自己的技术特色。混合金属层状氢氧化物（即正电胶）钻井液是国外80年代研制的一19在以下方面与国际先进水平相比仍存在着一定的差距：虽然钻井液、完井液处理剂在品种上发展较快，但质量方面问题较多。完井液原材料和处理剂尚未形成系列配套，品种也不齐全。另外，抗温、抗盐处理剂及缓蚀剂等也尚需完善。性能良好的固控设备，从数量上、质量上远远不能满足油田的需要。除砂器、除泥器效果仍然欠佳，离心机还没推广应用，细目振动筛还处于研究阶段，固控设备与固控工艺技术的优选仍停留在初级阶段。这项工作直接影响钻井速度和成本。在以下方面与国际先进水平相比仍存在着一定的差距：20基础理论研究薄弱，研究部门的仪器设备与国际先进水平相比差距较大，严重影响我国处理剂与钻井液技术进一步发展与创新。深井、超深井钻井液技术，复杂地层钻井液技术，水平井、丛式井钻井液和完井液技术，特别是短半径、超短半径钻井液技术，小井眼钻井液和完井液技术，都应进一步深入研究解决。基础理论研究薄弱，研究部门的仪器设备与国际先进水平相比差距较21保护油气层系统工程的研究亟待解决，从钻开油层、测试、生产、增产措施以及提高采收率系统地整装地保护储层，以及预测、诊断、评价、预防及处理全套技术的研究。环境保护方面的研究工作尚处于起步阶段，应积极进行无毒原材料处理剂和钻井液、完井液的研究，加速解决废弃钻井液固液分离问题，并发展固化等新技术。在钻井液技术领域，开发的软件还很少，建立实用的人工智能专家系统仍处于探索阶段。保护油气层系统工程的研究亟待解决，从钻开油层、测试、生产、增22四、钻井液工艺技术的关键内容深井高温、高密度钻井液技术；特殊工艺井钻井液技术；防塌钻井液技术；处理剂系列和钻井液体系的发展与应用；保护储层的钻井液、完井液技术；钻井液润滑性及防卡、解卡技术；钻井液防漏、堵漏技术；钻井液流变性及其与携岩的关系；钻井液固控技术；废弃钻井液处理技术。四、钻井液工艺技术的关键内容深井高温、高密度钻井液技术；23五、国内外钻井液技术

发展动态五、国内外钻井液技术

发展动态24（一）水基钻井液1、聚合物钻井液

国外传统的聚合物钻井液主要有部分水解聚丙烯酰胺（PHPA）钻井液、XC生物聚合物钻井液、羟乙基纤维素（HEC）钻井液等。 近年来，国外发展较快的是M-I公司研制的阳离子聚合物钻井液体系，主要用作防塌钻井液使用。该体系所使用的处理剂主要包括高分子阳离子聚合物（MCAT）和低分子阳离子聚合物（ACAT-A）。

俄罗斯也研制出多种聚合物处理剂，主要是各种类型的丙烯酸脂和甲基丙烯酸脂的聚合物。（一）水基钻井液1、聚合物钻井液252、MMH钻井液

混合金属层状氢氧化物（MMH）最初是DOW化学试剂公司产品。它属于无机处理剂，从分子中Li、Mg、Al元素的氢氧化物结构中取得正电荷，是一种很强的絮凝剂，可与易水化的粘土矿物发生作用，从而抑制其分散。其水溶液具有很高屈服值和较弱的凝胶强度，因而表现出“动即流，静即凝”的特性。国内称之为正电胶，因此MMH钻井液被称为正电胶钻井液。用MMH处理低膨润土含量的水基泥浆可获得较高的粘切、较低的塑性粘度和特优的剪切稀释特性。但其降滤失性能较差，必须配合使用非离子型的降滤失剂才能满足钻井要求。这类钻井液主要用于解决复杂地层的携岩与防塌问题，同时它对油气层的损害程度较小。2、MMH钻井液263、水基防塌钻井液

国外学者对K+、NH4+和聚合物抑制页岩水化的机理进行了研究。进入90年代以来，对井壁稳定性的机理问题开展了更深入的研究，指出井内流体和井壁页岩中水的总势能大小决定了水的流向。若井眼内水的总势能大于页岩中水的总势能，则泥浆中的水就会向地层中的页岩渗入，造成水化和井塌。并指出井壁失稳过程可分为四个不同的阶段，即原始页岩状态、页岩膨胀、井壁坍塌以及页岩在泥浆中分散。3、水基防塌钻井液27常用防塌剂类型：（1）阴离子高分子聚合物类，主要指聚丙烯酰胺盐类

品种有聚丙烯酰胺钾盐（K-HPAM)、聚丙烯酰胺钙盐（Ca-HPAM）和聚丙烯酰胺铵盐(NH4-HPAM）。PAC-141和80A-51亦属此类。该类防塌剂均以丙烯酰胺和丙烯酸盐为基本原料共聚而成，其水解度多在30～60%之间，分子量一般在200～500万之间，均具有较强的“包被”作用，是防塌泥浆中的主处理剂。常用防塌剂类型：28（2）沥青类产品主要品种为磺化沥青（SAS）。该类产品主要从抑制水化和降滤失两方面起防塌作用。特别是通过填堵页岩的微裂缝，阻止水的侵入。（3）阳离子聚合物为了增强聚合物处理剂的包被、抑制特性，将有机阳离子基团（如季胺盐）引入聚合物分子链中而制成该类产品。其主要品种有聚胺甲基丙烯酰胺（CPAM，俗称“大阳离子聚合物”），其中阳离子基团所占比例（即阳离子度）一般在30%以上。该处理剂在页岩上有较强的吸附性能，与PHPA相比，抑制分散的能力大大增强;此外还有小分子量的有机化合物 （俗称“小阳离子”）,如双三甲基乙基氯化胺（NW-1）等，主要用作粘土稳定剂，其抑制分散的能力与十倍加量的KCl大致相当；（2）沥青类产品29（4）聚合醇类 既是十分有效的页岩抑制剂，又是润滑剂。生物毒性低，可满足环保要求。例如：

Dow化学试剂公司研制生产的W-80是具有代表性的甘油基材料，其组成如下：10～13%甘油，16～23%二聚甘油，5～7%三聚甘油，4～6%四聚甘油，3～4%五聚甘油，少量高聚甘油，以及2～4%NaCl和22～28%水。这种甘油基在泥浆中的加量范围为6～40%。由它配制的泥浆具有与油基泥浆相似的特性而又不存在环境污染问题。通常称之为“仿油基泥浆”，用于钻易塌地层时可取得良好效果，尤其适于海洋钻井。只是成本要高于水基泥浆。（4）聚合醇类30（5）无机防塌处理剂硅酸盐类硅酸钠、硅酸钾等。试验表明（见丁锐博士论文，1999年）：硅酸盐能有效阻止粘土水化分散，并能封堵岩石孔隙，具有固结井壁的作用。无机盐类

KCl等。尽管目前普遍认为有机聚合物防塌剂的效果高于无机盐，但无机盐的防塌作用仍不可忽视。金属层状氢氧化物（MMH）钻井液技术发展态势31（二）油基钻井液80年代以来，我国先后在华北、新疆、中原、大庆等油田使用过油基泥浆。但由于考虑其成本问题，油基泥浆在我国应用十分有限，但国外一直将使用油基泥浆当作钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段，同时也当作保护油气层的一个重要手段。

（二）油基钻井液32

国外油基钻井液技术的发展50-60年代全油钻井液 以柴油为基油的油包水乳化钻井液70年代活度平衡的油包水乳化钻井液 低胶质油包水乳化钻井液80年代 以矿物油为基油的低毒油包水乳化 钻井液 90年代以来，为了进一步提高油基钻井液的携岩能力、提高机械钻速及减轻对环境造成的损害，又推出了一些新的体系，使油基泥浆技术取得了新的进展。 国外油基钻井液技术的发展33（1）高油水比铁矿粉加重油包水乳化钻井液

近年来，Exxon公司在复杂深井中成功地使用了这种油基钻井液，其特点是将油基钻井液的含水量从15～30%降至8～10%，并选用氧化铁粉加重以降低体系中固相的体积百分含量。其结果可使钻井液中乳化水滴的浓度、固相含量和悬浮颗粒数目大大减少，从而可明显降低塑性粘度和喷嘴处高剪速率下的流动阻力，使机械钻速得以提高。试验表明，选用氧化铁粉加重可比用重晶石加重时的塑性粘度降低25～40%。（1）高油水比铁矿粉加重油包水乳化钻井液34（2）全油钻井液 由于油包水乳化钻井液存在着剪切稀释性能较差、需备用大量乳化剂、易产生润湿反转和乳化堵塞对油气层造成损害等问题，近年来美国Intl泥浆公司研制出无水的全油钻井液。该体系具有类似于水基聚合物钻井液的流变性，有较高的动塑比，剪切稀释性好，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。配制全油钻井液时应注意以下几点：（a）基油应选用芳香烃含量较低的柴油，最好是无毒矿物油；（b）需选用亲油的有机聚合物或胶质类处理剂作为降滤失剂；（c）使用有机土提高动切力，必要时添加亲油的反絮凝剂降低粘切。该公司已使用这类钻井液钻井60多口，密度调整范围为0.83～2.04g/cm3,钻进深度已达6309m，井底最高温度已达213C，井斜达到69

，尤其在大斜度定向井中应用十分成功。（2）全油钻井液35（3）研制出可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的新型处理剂—CCS

使用油基钻井液时，钻屑上滞留的油量一般不得超过150g/kg，否则这些岩屑将不允许排放（尤其海洋钻探作业时）。美国M-I泥浆公司近来研制出一种复合阳离子表面活性剂，添加至油基钻井液后不仅可有效地减少钻屑表面所吸附的油量，同时还具有改善流变性和降滤失的作用。（3）研制出可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的新型处理剂—CC36（4）高温高密度油基钻井液

中国海洋石油南海西部公司与石油大学等单位共同承担的国家863项目。主要技术指标： 密度>2.30g/cm3

抗温220C以上

HTHP滤失量（200C）<10ml

HTHP滤失量（220C）<20ml

破乳电压：7501500v （4）高温高密度油基钻井液中国海洋石油37（三）合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，以及乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成的体系。与油基钻井液相比较，其区别在于，将油基泥浆中的基油——柴油或矿物油替换成可生物降解又无毒性的改性植物油类。最初提出的要求是：（1）合成有机物的物理性质应与矿物油的物理性质相似；（2）其毒性必须很低；（3）无论在好氧或厌氧的的条件下都是可以生物降解的。目前，在墨西哥湾和北海油田等地区，使用合成基钻井液已非常普遍。据不完全统计，在世界范围内已有500多口井使用了合成基钻井液。（三）合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为连续38第一代合成基钻井液酯类醚类聚-烯烃（PAO）类第二代合成基钻井液线性-烯烃（LAO）类内烯烃（IO）类线性烷烃（LP）类线性烷基苯类第一代合成基钻井液391、酯基钻井液 酯类(Esters)最早用作钻井液的基液（1990年3月，挪威）。它是植物脂肪酸与醇类反应的生成物。生物降解的测试结果表明，在有氧的条件下，35天后有82.5%被细菌降解，而矿物油在同样条件下只有3.5%被降解。由于酯基钻井液毒性很低，允许将钻屑直接排放到海里。

Statoil公司在北海Statfijord气田使用该类钻井液已成功钻成10口定向井，井斜角>80的有6口，其中一口井水平位移达7290m，80以上井斜段为5470m。钻井液技术发展态势402、醚基钻井液

R-O-R’型有机物，可由醇类与酸反应生成。醚类（Ethers）与酯类的物理性质相似，抗温可达240C。由于其分子结构中没有活泼的基团，因而性能较稳定，有较强的抗盐、抗钙能力。钻井液技术发展态势41（3）聚-烯烃钻井液

（Polyalphaolefin,缩写PAO）

聚-烯烃是由-烯烃聚合而成的。由于-烯烃在分子链的端部带有双键，经聚合后双键仍保留在生成物的分子中，因而易于降解。聚-烯烃的另一优点是，它不随温度和pH值的变化而改变其特性。酯基钻井液在碱性条件下则可能发生分解。因此，该类钻井液比酯基钻井液更能抗高温和石灰污染。钻井液技术发展态势42聚合方式举例：

生成二聚物、三聚物、四聚物等。C8H16

C16H32+C24H48+C32H64辛烯-116烯24烯

32烯

C10H20

C20H40+C30H60+C40H80癸烯-120烯30烯

40烯

钻井液技术发展态势43第二代合成基钻井液

与第一代合成基钻井液相比，第二代合成基钻井液的粘度较低，配制成本也较低，而且有更强的生物降解能力。总的来看，第二代合成基钻井液更适于在高温深井中使用。钻井液技术发展态势44钻井液技术发展态势45（四）深井钻井液技术定义深井：井深>4570m（15000英尺）超深井：井深>6100m（20000英尺）特深井：井深>9144m（30000英尺）（四）深井钻井液技术定义46美国1938年 第一口深井（4572m）1949年 第一口超深井（6250m）1974年 第一口特深井（9583m）中国1966年 第一口深井——大庆松基六井（4719m）70年代 东风2井（5006m）、新港57井（5127m）、

王深2井（5163m）1976年 第一口超深井——女基井（6011m）1978年 最深超深井——关基井（7175m）美国47对深井钻井液的特殊要求高温稳定性

耐高温主处理剂的优选较强的抑制性良好的润滑性良好的流变性

钻井液密度>2.0时，膨润土含量应<17.1g/l；使用MMH或XC生物聚合物提高携屑能力；加入解絮凝剂控制静切力等。对深井钻井液的特殊要求高温稳定性48国外抗高温聚合物处理剂SSMA磺化苯乙烯—马来酸酐共聚物

M=1000~5000，抗温230C，美国产品。CDP/TDS丙烯酸钠—乙烯磺酸盐共聚物

M=100~5000，抗温260C，美国产品。Resinex褐煤树脂 降滤失剂，抗温220C，美国产品。Polydrill新型磺化聚合物

M=20万，抗温260C，德国产品。国外抗高温聚合物处理剂SSMA磺化苯乙烯—马来酸酐共聚物49各公司深井钻井液组成情况

具有相似的组成，即无机盐抗高温聚合物包被剂高温稳定剂各公司深井钻井液组成情况具有相似的组成，即50M-I

DurathemSystem

聚合物包被剂：PHPA EMI-164

高温稳定剂：Desco（磺化单宁）

Resinex（褐煤树脂）

Polysal（淀粉）

Polypac（聚阴离子纤维素）

Spersene（铁铬木质素磺酸盐） 无机盐：Ca(OH)2M-I51Baroid Polynox

聚合物包被剂：VSVA（乙烯酰胺-乙烯磺酸盐共 聚物）

AKTA（抗高温流型调节剂）

高温稳定剂：Lignox（丙烯酸-木质素共聚物）

Baronex（聚阴离子纤维素）

Carbonex（褐煤类非离子型处理剂）

DexTrid（淀粉） 无机盐：Ca(OH)2Baroid52Milpark Pyro-Drill 聚合物包被剂：COP-1（AMPS/AM共聚物）

COP-1（AMPS/AAM共聚物）

高温稳定剂：SSMA（磺化苯乙烯—马来酸酐共 聚物）

Chemral-x（改性褐煤）

Filtrex（褐煤树脂） 无机盐：Ca(OH)2Milpark53IDF PolyTempy

聚合物包被剂：ID-Bond（部分水解聚丙烯酰胺）

Hi-Temp（丙烯酸共聚物）

PTS-200（抗高温聚合物）

高温稳定剂： ID-FLR（聚阴离子纤维素）

ID-Thin500（抗高温聚合物降粘剂）

ID-SperseXTC（抗高温聚合物降粘剂）

ID-FLO（抗高温降滤失剂） 无机盐：KClIDF54国内

聚磺钻井液

聚合物包被剂：PAC系列、SK系列等，但抗温性不够； 可抗200C的AMPS/AM、AMPS/AAM、 Polydrill等正在研制中。

高温稳定剂： SMK（磺化栲胶）

SMC（磺化褐煤）

SMP（磺化酚醛树脂）

SLSP（磺化木质素磺甲基酚醛树脂）

SPNH（磺化褐煤树脂） 以及纤维素类、改性淀粉类等。 无机盐：Ca(OH)2、KCl国内55我国深井钻井液技术经历三个发展阶段：1、钙处理钻井液阶段（60-70年代） 用CMC、FCLS、NaC、表面活性剂调节流变和降滤失性能； 用Ca(OH)2、CaSO4·H2O、CaCl2或NaCl增强抑制性，提高抗污染能力。我国深井钻井液技术562、三磺钻井液阶段（70年代） 使用SMK、SMC、SMP，并配合FCLS、CMC、Ca(OH)2、K2CrO7、表面活性剂（SP-80、AS等），成功钻成女基井（6011m）和关基井（7175m）。

抗温超过190C，标志着我国深井钻井液技术已接近于国际先进水平。钻井液技术发展态势573、聚磺钻井液阶段（80年代以后）

即聚合物钻井液与三磺钻井液相结合，其广泛应用是我国深井钻井液技术的又一大进步。三磺钻井液+阴离子型丙烯酰胺、丙烯腈类聚合物三磺钻井液+两性离子型聚合物（FA-367、XY-27、JT-888等）三磺钻井液+阳离子型聚合物（大阳离子CPAM、CHM、SP-2等；小阳离子NW-1、CSW-1等）

大阳离子：包被、絮凝作用；小阳离子：抑制泥页岩水化膨胀与分散。钻井液技术发展态势58聚磺钻井液的组成抑制剂类（或简称“聚”类） 包括有机聚合物和无机盐类 主要作用：抑制泥页岩地层水化、膨胀、造浆， 主要有利于钻井时地层的稳定。分散剂类（或简称“磺”类） 主要作用：维持钻井液良好的流变性和低的滤失 性，主要有利于钻井液性能的稳定。聚磺钻井液的组成59使用聚磺钻井液的经验准则以井深2500~3000m（白垩系前后）为界，上部地层：“多聚少磺”、“只聚不磺”（因一般情况下蒙脱石含量较多，造浆严重）下部地层：“少聚多磺”、“只磺不聚”（因一般情况下伊利石较多，坍塌严重，且井温偏高）

或概括为：“上不分散、下分散”使用聚磺钻井液的经验准则以井深2500~3000m（白垩系前60钻井液技术发展态势61钻井液技术发展态势62六、对钻井液新技术发展的预测

1、钻井液强化井壁技术

主要攻关目标将集中在化学固壁研究、井壁失稳的岩石力学和泥浆化学因素的耦合研究、盐岩层蠕变规律研究以及仿油基泥浆研究等方面。其最终目的是能够通过钻井液优化设计，有效地解决在各种复杂泥页岩地层和大段盐膏层钻进时经常遇到的井塌问题。通过测定地层的孔隙压力和坍塌压力剖面，以及有关水化力、膨胀力、岩石地应力的实验数据和计算，确定采用的泥浆密度和泥浆体系及配方。六、对钻井液新技术发展的预测 1、钻井液强化井壁技术632、复杂地质条件下深井、超深井和特殊工艺井钻井液技术

对于深井、超深井，将主要解决抗高温及高温条件下抗盐、钙侵和防塌等问题。关键技术为抗高温处理剂的研制和系列化，并通过机理研究解决处理剂在高温条件下的降解、解吸附及处理剂之间的配伍等问题。 对于大位移井，除解决抗温问题外，还将主要解决大位移复杂井段的井塌、井漏和润滑问题。钻井液技术发展态势643、新型钻井液体系及其处理剂的 研制与应用

为了适应钻深井、超深井和复杂地层的需要，以及为了满足日益受到重视的环保要求，进一步降低钻井成本，在钻井液体系及其处理剂的研制方面，目前正面临新的突破。 新型的合成基钻井液、聚合醇钻井液、硅酸盐钻井液、甲酸盐钻井液均可能得到进一步的发展。钻井液技术发展态势65聚合醇钻井液（1）能增强钻井液的抗温性，如JLX能将聚合物钻井液的抗温极限温度提高20ºC以上。（2）能明显增强钻井液的抑制性和润滑性。在这两方面，其浊点温度以上的性能更优于其浊点温度以下的性能。（3）与常用聚合物钻井液具有很好的配伍性。并且在聚合物钻井液中，具有一定的稀释和降滤失作用。（4）有利于保护油气层。这一方面是由于当聚合醇在其浊点温度以上时，对泥饼具有一定的堵孔作用，可防止钻井液固相颗粒和滤液的侵入；另一方面聚合醇能降低油水界面张力，减轻水锁损害，因而能较明显提高低渗岩样的渗透率恢复值。（5）聚合醇毒性低，可生物降解，因而能满足环保要求。（6）聚合醇的荧光度很低，有利于识别和发现油气层。聚合醇钻井液（1）能增强钻井液的抗温性，如JLX能将聚合物钻66聚合醇钻井液典型配方（1）3~3.5%膨润土浆+0.1~0.4%聚合物包被剂+0.5~1%改性淀粉（或NH4-HPAN）+2~5%JLX。（2）膨润土海水浆+0.25%低粘聚阴离子纤维素+0.2%高粘聚阴离子纤维素+0.2%80A-51+0.9%NH4-HPAN+3%JLX+2%WLD聚合醇钻井液典型配方（1）3~3.5%膨润土浆+0.1~67甲酸盐钻井液（1）HCOONa和HCOOK饱和溶液的密度分别为1.34g/cm3

和1.60g/cm3，因而所配制的甲酸盐钻井液具有较宽的密度范围。如需更高密度，还可使用甲酸铯（HCOOCs）钻井液，其最高密度可达2.3g/cm3。由于不需另添加膨润土和固体加重材料，因此非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。显而易见，该类钻井液与完井液不仅水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速，而且对储层具有很好的保护作用。（2）甲酸盐与常用的聚合物处理剂具有很好的配伍性，并能减缓多种粘度控制剂和降滤失剂在高温高压条件下的水解和氧化降解速度。因此，甲酸盐钻井液可抗高温，并且性能稳定。（3）甲酸盐为强电解质，因此甲酸盐钻井液对泥页岩水化膨胀、分散有很强的抑制作用，与储层岩石和流体的配伍性好，同时抗盐、抗钙、抗固相污染的能力也明显优于淡水钻井液。（4）甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱，对钻具和井下设备、材料基本不会造成损害，从而避免了过去使用NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2和ZnBr2等卤化物配制清洁盐水钻井液时带来的腐蚀问题。

（5）甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。甲酸盐钻井液（1）HCOONa和HCOOK饱和溶液的密度分别68甲酸盐钻井液配方浓度23.2%的HCOONa水溶液+0.15%XC+0.5%JS-3+5%超细CaCO3

甲酸盐钻井液配方浓度23.2%的HCOONa水溶694、废泥浆处理技术

为满足保护生态环境的需要，国外已投入大量人力、物力解决废泥浆的排放问题。目前在处理技术方面已取得一定进展，但仍存在着处理工艺复杂、处理成本高等问题，可望在今后几年内找到简便易行、且成本较低的处理方法。此外，钻井液及其处理剂的毒性检测技术和无毒、低毒处理剂的研制技术也将得到进一步的发展。钻井液技术发展态势705、保护油气层技术

今后几年，预计保护油气层技术的发展包括以下方面：（1）油气层损害机理的快速诊断技术；（2）针对裂缝性油藏的钻井液暂堵技术；（3）水平井、探井保护油气层的钻井液、完井液技术；（4）欠平衡压力钻井条件下的钻井液、完井液技术等。钻井液技术发展态势71七、我国主要钻井液类型

（一）无固相不分散聚合物钻井液

基本组成：聚丙烯酰胺或多元乙烯基共聚物类絮凝剂、无机盐等特点：絮凝剂可有效地絮凝钻井过程所产生的岩屑。典型配方：（1）水+0.10.3%PHP+0.10.2%CaCl2或0.51%KCl（2）水+0.070.14%CPAM+0.10.3%TDC-15（低分子量有机阳离子）+0.2%CaCl2（3）水+0.10.3%FA-367+0.10.2%CaCl2或0.51%KCl适用范围：层理裂隙不发育、正常孔隙压力与弱地应力、中等分散砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。七、我国主要钻井液类型

（一）无固相不分散聚合物钻井液

基72

（二）低固相聚合物钻井液

适用范围：用于钻进层理裂隙不发育的易膨胀、强分散或不易膨胀、强分散、软的砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压储层等。1、阴离子聚合物钻井液基本组成：多元乙烯基共聚物类、水解聚丙烯腈、部分水解聚丙烯酰胺等特点：高分子量聚合物包被粘土或钻屑，并提供钻井液所需粘度、切力；中分子量和低分子量聚合物用于控制滤失量并控制粘度、切力。典型配方：膨润土浆+0.10.3%KPAM+0.40.5%NPAN

（二）低固相聚合物钻井液

适用范围：用于钻进层理裂隙不发73（2）阳离子聚合物钻井液基本组成：高分子量与低分子量阳离子聚合物，以及淀粉等特点：阳离子聚合物具有极强的稳定页岩的能力，即强吸附、强抑制性；配合使用淀粉类处理剂调整滤失造壁性。典型配方：膨润土浆+0.4%SP-2（阳离子聚合物）+0.4%CSW-1（低分子量有机阳离子）+1%改性淀粉钻井液技术发展态势74（3）两性离子聚合物钻井液基本组成：高分子量和低分子量两性离子聚合物，有时配合加入阴离子聚合物特点：利用聚合物中的阳离子基团增强体系的抑制性，同时大量的阴离子、非离子基团使体系保持稳定。两性离子聚合物与各种处理剂具有很好的相容性。典型配方：膨润土浆+0.10.3%FA-367+0.050.2%XY-27+13%磺化沥青类产品钻井液技术发展态势75（三）聚磺钻井液基本组成：高分子量聚合物（包括阴、阳、两性离子聚合物）、中分子量聚合物降滤失剂、磺化酚醛树脂类产品和沥青类产品等。特点：具有很强的抑制性、良好的造壁性、封堵能力、流变性和热稳定性，以及低的HTHP滤失量。典型配方：1）阴离子聚合物钻井液+12%SMP-1+12%SMC（或24%SPNH等）+24%磺化沥青类产品2）阳离子聚合物钻井液+24%SPNH+12%FT-13）两性离子聚合物钻井液+23%磺化酚醛树脂类产品+13%磺化沥青类产品4）钾胺基聚合物钻井液+25%磺化酚醛树脂类产品+12%磺化沥青类产品适用范围：深井与超深井段；层理裂隙发育的泥页岩、岩浆岩、砂岩、煤层等。（三）聚磺钻井液76（四）氯化钾聚磺钻井液基本组成：KCl、聚合物、降粘剂、磺化酚醛树脂类产品、磺化沥青类产品等特点：利用KCl中钾离子和聚合物的协同作用，可有效抑制蒙皂石或伊蒙无序间层矿物水化膨胀，防止地层坍塌。典型配方：1）KCl聚磺钻井液：膨润土浆+0.51%PAC-141+0.51%SK系列产品+37%KCl（或2%硅酸钾，0.2%磷酸钾，0.5%醋酸钾）+13%SMP+12%PSC+35%磺化沥青类产品+0.10.5%KOH2）KCl两性离子聚磺钻井液：膨润土浆+0.10.2%SK-2+0.51%SK-3+0.51%XY-27+5%SMP+1%SPNH+35%磺化沥青类产品+10%KCl+KOH（调pH值）3）KCl阳离子聚磺钻井液：膨润土浆+0.3%PHP+0.3%CPA+0.5%HPAN+0.81.2%阳离子聚合物+0.40.6%低粘CMC+0.8%FT-1+0.81.2%SLSP+0.40.6%Span-80+24%KCl+24%超细CaCO3适用范围：蒙皂石或伊蒙无序间层矿物含量高的强水敏易坍塌地层。（四）氯化钾聚磺钻井液77（五）钾石灰钻井液基本组成：KOH（或K2CO3）、石灰、聚合物、SMP-1、磺化沥青等特点：利用钾、钙离子抑制泥页岩水化膨胀，使用磺化沥青和磺化酚醛树脂封堵层理裂缝。典型配方：膨润土浆+1%FCLS+0.8%石灰+1%K2CO3+0.1%MA-871+1.5%磺化沥青+1.5%SMP-1+1%HUC+2%超细碳酸钙+浓度20%的KOH（将pH值调至10.5）适用范围：层理裂隙发育的中深井段泥页岩层。钻井液技术发展态势78（六）石膏钻井液基本组成：石膏、SMC、SMP、SMT、FCLS等特点：利用同离子效应，通过加入石膏来抑制地层中石膏的溶解典型配方：膨润土浆+1.21.8%FCLS+0.30.4%CMC+1.22%CaSO4∙2H2O+0.20.5%NaOH+重晶石至所需密度使用范围：用于钻进大段石膏层钻井液技术发展态势79（七）正电胶钻井液基本组成：膨润土、混合金属层状氢氧化物（MMH）、降滤失剂、降粘剂特点：MMH能提供独特的流变性能，并具有很强的抑制地层水化分散的能力；需配合使用不破坏MMH—粘土复合体结构的降滤失剂控制滤失量。典型配方：膨润土浆+0.050.1%MMH+0.5%（低粘）CMC或改性淀粉+0.5%NPAN+0.5%润滑剂适用范围：层理裂隙发育的地层，胶结差的砾石层等钻井液技术发展态势80（八）钾硅基钻井液基本组成：KPAM、硅稳定剂、硅稀释剂、硅腐钾、SMP、磺化沥青类产品特点：利用硅稳定泥页岩，降低地层的水润湿性。表现出较强抑制性和热稳定性，并具有较强的容纳固相的能力。典型配方：（1）膨润土浆+0.10.2%KPAM+11.5%硅稳定剂GWJ+2%有机硅腐植酸钾+13%SMP+15%磺化沥青（2）聚磺钻井液配方+0.52%硅酸钾适用范围：深层层理裂隙发育的地层。钻井液技术发展态势81（九）多元醇或聚醚类钻井液基本组成：多元醇类或聚醚类处理剂、防塌剂、聚合物等特点：多元醇类或聚醚类处理剂的亲水性受温度影响较大。在一定温度下，该剂从水相游离出来，成为类似于油相的物质，使其在井壁上形成憎水性的膜，达到稳定井壁、抑制钻屑水化分散、降低钻具扭矩的目的；且对环境无害。典型配方：膨润土海水浆+0.25%低粘聚阴离子纤维素+0.2%高粘聚阴离子纤维素+0.2%80A-51+0.9%NH4-HPAN+3%JLX+2%WLD适用范围：层理裂隙发育的泥页岩地层，特别适用于定向斜井，以及海洋等对环保要求高的地区。（九）多元醇或聚醚类钻井液82（十）盐水钻井液基本组成：NaCl等无机盐、抗盐的降粘剂与降滤失剂、盐抑制剂等特点：可有效抑制泥页岩渗透水化，防止地层坍塌；能控制地层中的盐对钻井液性能的影响。典型配方：与饱和盐水钻井液基本相似，只是各种处理剂加量随钻井液中含盐量的下降而减少。适用范围：浅层或中深井段的厚度不大的纯盐膏层。钻井液技术发展态势83（十一）饱和盐水钻井液基本组成：NaCl等无机盐、抗盐的降粘剂与降滤失剂、磺化酚醛树脂类产品、磺化沥青类产品、改性淀粉、盐抑制剂等特点：可有效地抑制盐的溶解和封堵层理裂隙，防止含盐膏地层井径扩大与井壁坍塌所引起的各种井下复杂情况与事故，并可提高固井质量。典型配方：1）膨润土浆+22.5%改性淀粉+11.5%CMC+盐至饱和2）饱和盐水聚磺钻井液：膨润土浆+22.5%改性淀粉+22.5%磺化酚醛树脂类产品+0.20.4%KPAM（或CPA、MAN-101、SK等）+1.52%磺化沥青类产品+1.52%SMC+0.30.4%盐抑制剂+0.5%润滑剂+0.30.5%NaOH+盐至饱和（有时根据需要，加入适量SMT、FCLS及改性石棉等3）饱和盐水两性离子聚磺钻井液：膨润土浆（膨润土含量5060g/l）+0.10.2%JT-888+1%SDX+0.5%CMC+0.4%NaOH+盐至饱和+重晶石至所需密度适用范围：大段含盐膏地层（十一）饱和盐水钻井液84（十二）油包水乳化钻井液基本组成：柴油、有机土、乳化剂、辅乳化剂、氯化钙、水等特点：能有效抑制泥页岩水化膨胀与盐膏的溶解，具有良好的润滑性和热稳定性。典型配方：750920l/m3

柴油（010号）+80250l/m3CaCl2水溶液（CaCl2浓度500g/l）+2035kg/m3

油酸+2040kg/m3环烷酸酰胺+2025kg/m3烷基苯磺酸钙+2030kg/m3有机土+1550kg/m3CaO+重晶石适用范围：高难度深井、超深井、水平井、大位移井，水基钻井液难以对付的强水敏性泥页岩地层、大段含盐膏地层等。钻井液技术发展态势85

钻井液技术发展态势

西南石油大学

石油工程学院

钻井液技术86一、钻井液技术的发展阶段1、1914～1916年，清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用“泥浆”。2、从20～60年代，以分散型水基钻井液为主要类型的阶段 在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。其中有代表性的技术措施包括：（1）1921～1922年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；（2）1926年，开始使用膨润土作为悬浮剂；一、钻井液技术的发展阶段1、1914～1916年，清水作为旋87（3）1930年，研制出最早的泥浆处理剂—丹宁酸钠；

（4）1931～1937年，研制出各种泥浆测量仪器，提出了对泥浆性能控制的要求；

（5）1944～1945年，Na-CMC（钠羧甲基纤维素）作为降滤失剂，开始应用于钻井液中；

（6）1955年，FCLS（铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，开始应用于钻井液中；

（7）从60年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛使用。

（3）1930年，研制出最早的泥浆处理剂—丹宁酸钠；

（883、70-80年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段

聚合物钻井液是国内外水基钻井液发展最迅速的一类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学发展阶段。聚合物钻井液大体上又分为以下几种类型：

（1）部分水解聚丙烯酰胺体系；

（2）氯化钾聚合物钻井液体系；

（3）羟乙基纤维素体系；

（4）聚丙烯与聚乙二醇共聚物（COP/PPG）体系；

3、70-80年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的89这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：

在50年代柴油为基油的油基钻井液基础上，

70年代—发展了低胶质油包水乳化钻井液，

80年代—低毒油包水乳化钻井液。

在抗高温深井钻井液方面：

研制出以Resinex为代表的抗高温处理剂，使深井钻井液技术取得了很大进展。

这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：

在509090年代以来，

（1）聚合物钻井液进一步发展

（2）MMH钻井液

（3）合成基钻井液

（4）聚合醇钻井液

（5）甲酸盐钻井液

（6）硅酸盐钻井液90年代以来，

（1）聚合物钻井液进一步发展

（2）91二、我国钻井液技术

发展概况

二、我国钻井液技术

发展概况

9250-60年代分散钻井液钙处理钻井液（以石灰、石膏及氯化钙为絮凝剂）盐水钻井液50-60年代9370年代-80年代中期70年代初，低固相铁铬盐混油（或盐水）钻井液褐煤氯化钙钻井液褐煤石膏钻井液低固相饱和盐水钻井液高分子有机处理剂已广泛应用于钻井液中。70年代-80年代中期70年代初，94

70年代末至80年代中期

我国钻井液技术有了很大的发展。主要表现在：三磺（磺化丹宁或烤胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂）钻井液在全国推广使用后，创下了钻超井7175m的纪录。低固相不分散聚合物钻井液技术在我国得到全面推广。开始时仅使用聚丙烯酰胺单一型聚合物絮凝剂，以后陆续研制成功不同基团、不同分子量的聚合物处理剂，形成了多种聚合物钻井液体系。聚合物钻井液主要应用于井深4000m以内的井，在当时曾有力地配合了高压喷射钻井，大大地提高了钻井速度。由于聚合物处理剂具有良好的护壁作用，所研制的钾基聚合物钻井液在很大程度上解决了泥、页岩地层的坍塌问题。80年代初期，研制成功了油包水乳化加重钻井液，并在华北、新疆和中原等油田得到成功应用，有效地解决了钻遇大段岩膏层和水敏性泥、页岩地层时所遇到的各种问题。钻井液处理剂、原材料品种迅速增加，质量不断提高。1978年，我国钻井液处理剂仅有40多种，1983年增至76种，1985年已达到16个门类，共129种。70年代末至80年代中期951986-1990年（“七五”期间）在新的起点上对聚合物钻井液进行了全面、系统的研究，研制出两性离子聚合物钻井液和阳离子聚合物钻井液等新体系，并在全国许多油田推广使用，取得良好效果。将聚合物处理剂的类型从阴离子扩展到阳离子、两性离子，并对大、中、低分子量聚合物处理剂及其复配作用在抑制性、降滤失、降粘作用机理方面进行了系统研究。在此基础上研制出以FA-367、XY-27和JT-888等处理剂组成的两性离子聚合物钻井液体系，和由阳离子包被剂、降滤失剂、降粘剂、防塌剂等组成的全阳离子聚合物钻井液体系；钻井液技术发展态势96为保护油气层，提高钻速，实现欠平衡压力钻井，发展了泡沫和充气钻井液技术。其中使用泡沫钻成的油井的井深达到3232m。为了有效地解决井壁失稳问题，系统地研究了各类钻井液及其处理剂与井壁稳定性的关系，研制出了各种具有强抑制性的防塌钻井液体系，并研制出可对付复杂盐膏层的过饱和盐水钻井液和油包水乳化钻井液等。钻井液技术发展态势97研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻井液和三磺钻井液的优点，既有很强的抑制性，又改善了高温高压条件下钻井液的性能。并大大地减少了井下复杂情况的发生，提高了机械钻速。研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻981991～1995年（“八五”期间）

我国钻井液技术又上了一个新的台阶。主要体现在：聚合物钻井液技术又有了新的进步。其中两性离子聚合物钻井液技术更加成熟，据统计，该体系已在我国15个油田的数千口井上推广使用，并成功研制出两性离子聚合物加重钻井液，最高密度可达2.03/cm3。阳离子聚合物钻井液技术亦更加配套、完善。钻井液技术发展态势99发展了混合金属层状氢氧化物（MMH）钻井液（又称为正电胶钻井液）技术。这类钻井液有其独特的流变特性，还具有强抑制性、防漏、减少油气层损害程度、有利于提高钻速等性能，目前已在全国多个油田上千口井上推广使用；发展了水平井钻井液配套技术，成功地解决了钻水平井时所遇到的携岩、井壁稳定、防漏堵漏、钻井液润滑性和保护油气层等技术难题，其成果在总体上达到90年代国际先进水平。钻井液处理剂继续以较快速度发展，并逐步形成系列。1993年，我国钻井液处理剂已有16个门类，共计246种。发展了混合金属层状氢氧化物（MMH）钻井液（又称为正电胶钻井100三、国内外钻井液技术

对比分析三、国内外钻井液技术

对比分析101 与国外相比，虽然我国钻井液技术起步相对较晚，但由于发展速度较快，特别是进入80年代以来，随着我国聚合物钻井液技术、深井钻井液技术和保护油气层技术等的不断发展，以及钻井液处理剂不断走向系列化、标准化，使我国的钻井液工艺技术与国际先进水平的差距不断地缩小。可以认为，目前我国的钻井液工艺技术在总体上已经基本上达到国际先进水平。在某些技术领域，我们已处于领先或者已后来居上，但在有些领域，与国外相比还有一定差距。钻井液技术发展态势102已达到国际先进水平的技术领域大致有以下方面：阳离子聚合物钻井液首先首先在国外研制出来，但目前我国对该类体系的研究和应用已走在前面。两性离子聚合物钻井液首先由我国研制出来，并已得到广泛应用。该类钻井液所使用的处理剂已经系列化，在机理研究方面亦处于先进水平。钻井液技术发展态势103混合金属层状氢氧化物（即正电胶）钻井液是国外80年代研制的一种新型钻井液，我国在该项技术的研究和应用方面，基本上与国际先进水平保持同步。这类钻井液在我国已广泛应用于水平井钻井作业中。特别是利用其独特的流变特性，保证了我国第一口短半径水平井的顺利钻成。自“七五”以来，我国在保护油气层的钻井液、完井液技术领域已有很大发展。目前在损害机理的评价、预测技术、油气层损害室内评价技术和暂堵技术等方面，均达到国际先进水平。其中屏蔽暂堵技术为我国首次提出，形成了自己的技术特色。混合金属层状氢氧化物（即正电胶）钻井液是国外80年代研制的一104在以下方面与国际先进水平相比仍存在着一定的差距：虽然钻井液、完井液处理剂在品种上发展较快，但质量方面问题较多。完井液原材料和处理剂尚未形成系列配套，品种也不齐全。另外，抗温、抗盐处理剂及缓蚀剂等也尚需完善。性能良好的固控设备，从数量上、质量上远远不能满足油田的需要。除砂器、除泥器效果仍然欠佳，离心机还没推广应用，细目振动筛还处于研究阶段，固控设备与固控工艺技术的优选仍停留在初级阶段。这项工作直接影响钻井速度和成本。在以下方面与国际先进水平相比仍存在着一定的差距：105基础理论研究薄弱，研究部门的仪器设备与国际先进水平相比差距较大，严重影响我国处理剂与钻井液技术进一步发展与创新。深井、超深井钻井液技术，复杂地层钻井液技术，水平井、丛式井钻井液和完井液技术，特别是短半径、超短半径钻井液技术，小井眼钻井液和完井液技术，都应进一步深入研究解决。基础理论研究薄弱，研究部门的仪器设备与国际先进水平相比差距较106保护油气层系统工程的研究亟待解决，从钻开油层、测试、生产、增产措施以及提高采收率系统地整装地保护储层，以及预测、诊断、评价、预防及处理全套技术的研究。环境保护方面的研究工作尚处于起步阶段，应积极进行无毒原材料处理剂和钻井液、完井液的研究，加速解决废弃钻井液固液分离问题，并发展固化等新技术。在钻井液技术领域，开发的软件还很少，建立实用的人工智能专家系统仍处于探索阶段。保护油气层系统工程的研究亟待解决，从钻开油层、测试、生产、增107四、钻井液工艺技术的关键内容深井高温、高密度钻井液技术；特殊工艺井钻井液技术；防塌钻井液技术；处理剂系列和钻井液体系的发展与应用；保护储层的钻井液、完井液技术；钻井液润滑性及防卡、解卡技术；钻井液防漏、堵漏技术；钻井液流变性及其与携岩的关系；钻井液固控技术；废弃钻井液处理技术。四、钻井液工艺技术的关键内容深井高温、高密度钻井液技术；108五、国内外钻井液技术

发展动态五、国内外钻井液技术

发展动态109（一）水基钻井液1、聚合物钻井液

国外传统的聚合物钻井液主要有部分水解聚丙烯酰胺（PHPA）钻井液、XC生物聚合物钻井液、羟乙基纤维素（HEC）钻井液等。 近年来，国外发展较快的是M-I公司研制的阳离子聚合物钻井液体系，主要用作防塌钻井液使用。该体系所使用的处理剂主要包括高分子阳离子聚合物（MCAT）和低分子阳离子聚合物（ACAT-A）。

俄罗斯也研制出多种聚合物处理剂，主要是各种类型的丙烯酸脂和甲基丙烯酸脂的聚合物。（一）水基钻井液1、聚合物钻井液1102、MMH钻井液

混合金属层状氢氧化物（MMH）最初是DOW化学试剂公司产品。它属于无机处理剂，从分子中Li、Mg、Al元素的氢氧化物结构中取得正电荷，是一种很强的絮凝剂，可与易水化的粘土矿物发生作用，从而抑制其分散。其水溶液具有很高屈服值和较弱的凝胶强度，因而表现出“动即流，静即凝”的特性。国内称之为正电胶，因此MMH钻井液被称为正电胶钻井液。用MMH处理低膨润土含量的水基泥浆可获得较高的粘切、较低的塑性粘度和特优的剪切稀释特性。但其降滤失性能较差，必须配合使用非离子型的降滤失剂才能满足钻井要求。这类钻井液主要用于解决复杂地层的携岩与防塌问题，同时它对油气层的损害程度较小。2、MMH钻井液1113、水基防塌钻井液

国外学者对K+、NH4+和聚合物抑制页岩水化的机理进行了研究。进入90年代以来，对井壁稳定性的机理问题开展了更深入的研究，指出井内流体和井壁页岩中水的总势能大小决定了水的流向。若井眼内水的总势能大于页岩中水的总势能，则泥浆中的水就会向地层中的页岩渗入，造成水化和井塌。并指出井壁失稳过程可分为四个不同的阶段，即原始页岩状态、页岩膨胀、井壁坍塌以及页岩在泥浆中分散。3、水基防塌钻井液112常用防塌剂类型：（1）阴离子高分子聚合物类，主要指聚丙烯酰胺盐类

品种有聚丙烯酰胺钾盐（K-HPAM)、聚丙烯酰胺钙盐（Ca-HPAM）和聚丙烯酰胺铵盐(NH4-HPAM）。PAC-141和80A-51亦属此类。该类防塌剂均以丙烯酰胺和丙烯酸盐为基本原料共聚而成，其水解度多在30～60%之间，分子量一般在200～500万之间，均具有较强的“包被”作用，是防塌泥浆中的主处理剂。常用防塌剂类型：113（2）沥青类产品主要品种为磺化沥青（SAS）。该类产品主要从抑制水化和降滤失两方面起防塌作用。特别是通过填堵页岩的微裂缝，阻止水的侵入。（3）阳离子聚合物为了增强聚合物处理剂的包被、抑制特性，将有机阳离子基团（如季胺盐）引入聚合物分子链中而制成该类产品。其主要品种有聚胺甲基丙烯酰胺（CPAM，俗称“大阳离子聚合物”），其中阳离子基团所占比例（即阳离子度）一般在30%以上。该处理剂在页岩上有较强的吸附性能，与PHPA相比，抑制分散的能力大大增强;此外还有小分子量的有机化合物 （俗称“小阳离子”）,如双三甲基乙基氯化胺（NW-1）等，主要用作粘土稳定剂，其抑制分散的能力与十倍加量的KCl大致相当；（2）沥青类产品114（4）聚合醇类 既是十分有效的页岩抑制剂，又是润滑剂。生物毒性低，可满足环保要求。例如：

Dow化学试剂公司研制生产的W-80是具有代表性的甘油基材料，其组成如下：10～13%甘油，16～23%二聚甘油，5～7%三聚甘油，4～6%四聚甘油，3～4%五聚甘油，少量高聚甘油，以及2～4%NaCl和22～28%水。这种甘油基在泥浆中的加量范围为6～40%。由它配制的泥浆具有与油基泥浆相似的特性而又不存在环境污染问题。通常称之为“仿油基泥浆”，用于钻易塌地层时可取得良好效果，尤其适于海洋钻井。只是成本要高于水基泥浆。（4）聚合醇类115（5）无机防塌处理剂硅酸盐类硅酸钠、硅酸钾等。试验表明（见丁锐博士论文，1999年）：硅酸盐能有效阻止粘土水化分散，并能封堵岩石孔隙，具有固结井壁的作用。无机盐类

KCl等。尽管目前普遍认为有机聚合物防塌剂的效果高于无机盐，但无机盐的防塌作用仍不可忽视。金属层状氢氧化物（MMH）钻井液技术发展态势116（二）油基钻井液80年代以来，我国先后在华北、新疆、中原、大庆等油田使用过油基泥浆。但由于考虑其成本问题，油基泥浆在我国应用十分有限，但国外一直将使用油基泥浆当作钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段，同时也当作保护油气层的一个重要手段。

（二）油基钻井液117

国外油基钻井液技术的发展50-60年代全油钻井液 以柴油为基油的油包水乳化钻井液70年代活度平衡的油包水乳化钻井液 低胶质油包水乳化钻井液80年代 以矿物油为基油的低毒油包水乳化 钻井液 90年代以来，为了进一步提高油基钻井液的携岩能力、提高机械钻速及减轻对环境造成的损害，又推出了一些新的体系，使油基泥浆技术取得了新的进展。 国外油基钻井液技术的发展118（1）高油水比铁矿粉加重油包水乳化钻井液

近年来，Exxon公司在复杂深井中成功地使用了这种油基钻井液，其特点是将油基钻井液的含水量从15～30%降至8～10%，并选用氧化铁粉加重以降低体系中固相的体积百分含量。其结果可使钻井液中乳化水滴的浓度、固相含量和悬浮颗粒数目大大减少，从而可明显降低塑性粘度和喷嘴处高剪速率下的流动阻力，使机械钻速得以提高。试验表明，选用氧化铁粉加重可比用重晶石加重时的塑性粘度降低25～40%。（1）高油水比铁矿粉加重油包水乳化钻井液119（2）全油钻井液 由于油包水乳化钻井液存在着剪切稀释性能较差、需备用大量乳化剂、易产生润湿反转和乳化堵塞对油气层造成损害等问题，近年来美国Intl泥浆公司研制出无水的全油钻井液。该体系具有类似于水基聚合物钻井液的流变性，有较高的动塑比，剪切稀释性好，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。配制全油钻井液时应注意以下几点：（a）基油应选用芳香烃含量较低的柴油，最好是无毒矿物油；（b）需选用亲油的有机聚合物或胶质类处理剂作为降滤失剂；（c）使用有机土提高动切力，必要时添加亲油的反絮凝剂降低粘切。该公司已使用这类钻井液钻井60多口，密度调整范围为0.83～2.04g/cm3,钻进深度已达6309m，井底最高温度已达213C，井斜达到69

，尤其在大斜度定向井中应用十分成功。（2）全油钻井液120（3）研制出可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的新型处理剂—CCS

使用油基钻井液时，钻屑上滞留的油量一般不得超过150g/kg，否则这些岩屑将不允许排放（尤其海洋钻探作业时）。美国M-I泥浆公司近来研制出一种复合阳离子表面活性剂，添加至油基钻井液后不仅可有效地减少钻屑表面所吸附的油量，同时还具有改善流变性和降滤失的作用。（3）研制出可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的新型处理剂—CC121（4）高温高密度油基钻井液

中国海洋石油南海西部公司与石油大学等单位共同承担的国家863项目。主要技术指标： 密度>2.30g/cm3

抗温220C以上

HTHP滤失量（200C）<10ml

HTHP滤失量（220C）<20ml

破乳电压：7501500v （4）高温高密度油基钻井液中国海洋石油122（三）合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，以及乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成的体系。与油基钻井液相比较，其区别在于，将油基泥浆中的基油——柴油或矿物油替换成可生物降解又无毒性的改性植物油类。最初提出的要求是：（1）合成有机物的物理性质应与矿物油的物理性质相似；（2）其毒性必须很低；（3）无论在好氧或厌氧的的条件下都是可以生物降解的。目前，在墨西哥湾和北海油田等地区，使用合成基钻井液已非常普遍。据不完全统计，在世界范围内已有500多口井使用了合成基钻井液。（三）合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为连续123第一代合成基钻井液酯类醚类聚-烯烃（PAO）类第二代合成基钻井液线性-烯烃（LAO）类内烯烃（IO）类线性烷烃（LP）类线性烷基苯类第一代合成基钻井液1241、酯基钻井液 酯类(Esters)最早用作钻井液的基液（1990年3月，挪威）。它是植物脂肪酸与醇类反应的生成物。生物降解的测试结果表明，在有氧的条件下，35天后有82.5%被细菌降解，而矿物油在同样条件下只有3.5%被降解。由于酯基钻井液毒性很低，允许将钻屑直接排放到海里。

Statoil公司在北海Statfijord气田使用该类钻井液已成功钻成10口定向井，井斜角>80的有6口，其中一口井水平位移达7290m，80以上井斜段为5470m。钻井液技术发展态势1252、醚基钻井液

R-O-R’型有机物，可由醇类与酸反应生成。醚类（Ethers）与酯类的物理性质相似，抗温可达240C。由于其分子结构中没有活泼的基团，因而性能较稳定，有较强的抗盐、抗钙能力。钻井液技术发展态势126（3）聚-烯烃钻井液

（Polyalphaolefin,缩写PAO）

聚-烯烃是由-烯烃聚合而成的。由于-烯烃在分子链的端部带有双键，经聚合后双键仍保留在生成物的分子中，因而易于降解。聚-烯烃的另一优点是，它不随温度和pH值的变化而改变其特性。酯基钻井液在碱性条件下则可能发生分解。因此，该类钻井液比酯基钻井液更能抗高温和石灰污染。钻井液技术发展态势127聚合方式举例：

生成二聚物、三聚物、四聚物等。C8H16

C16H32+C24H48+C32H64辛烯-116烯24烯

32烯

C10H20

C20H40+C3