有机盐钻井液技术研究与应用现状

有机盐钻井液技术研究与应用现状

火昌盛

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摘要：自20世纪20年代以来,为解决钻井过程中遇到的各种复杂问题,在钻井液体系优化和新材料研发的基础上,对油基钻井液技术进行不断完善和改进,目前已形成包括抗高温、低固相、无土相、可逆乳化及恒流变等多种高性能油基钻井液体系和技术,并得到广泛应用。钻井液技术不断发展和进步直接决定着国家石油天然气的勘探开发效率。近年来，国内钻井液技术取得长足进步和发展，为常规油气资源和页岩气、致密油等非常规油气资源高效开发提供了技术支撑。随着深井、超深井和超短半径水平井等特殊工艺井钻探逐渐增多，以及环境保护要求越来越严格，对钻井液技术研究提出了更高要求。因此，有机盐钻井液技术能够为特殊工艺井和疑难复杂井安全钻进提供有效技术支持。

关键词：有机盐；钻井液；技术；应用

引言

近年来，“安全、优质、高效、环保”的观念已经逐渐被国内钻井公司采纳和执行。为了既兼顾油基钻井液的高井壁稳定能力，又避免油基钻井液高成本高污染的缺点，国内石油石化行业和石油院校等研究机构，一直在致力于研究一种综合性能与油基钻井液相近的高性能水基钻井液。聚合醇钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、有机盐钻井液等都是具有代表性的钻井液新技术。其中，又以有机盐钻井液技术综合性能较为突出，相继形成了KCl-有机盐钻井液、聚合醇有机盐钻井液、复合有机盐钻井液等技术，均取得了良好的应用效果。因此，有机盐钻井液系列技术为高温深井、超深井和致密油、页岩气等疑难复杂井安全钻进提供了可行的钻井液解决方案。

1有机盐钻井液的特点

有机盐即有机酸盐，也就是有机酸根阴离子与金属阳离子、其他类型的阳离子所形成的盐。有机盐钻井液与普通水基钻井液有诸多优势，例如:固相含量低、流变性好;抑制性强;滤失造壁好;抗温能力强;保护油气层效果好;对金属无腐蚀;对环境无污染等特点。适用于强水敏泥页岩盐层、石膏、膏泥岩层等特殊岩性地层;也可以满足高温、高密度、小井眼、窄密度窗口及水平井等特殊工艺井安全施工的需要;同时该钻井液体系还可以实现钻开液、射孔液、压井液、修井液、试油工作液、加重压裂液、隔离液(环空保护液)等功能。

2钻井液技术难点

近年来,油气勘探开发进一步向“老、非、低、深、极地”等难动用油气资源迈进,所面临的地质条件和地面条件越来越复杂(井底温度大于300℃、最大温差超过200℃、超低温-40℃),对钻井液的性能提出了更高的要求。油基钻井液因其优良的抗温性、抗污染性、润滑性、抑制与井壁稳定性等是未来难动用油气勘探开发的首选钻井液,但现有技术在防漏堵漏、井眼净化、储层保护、环境保护等方面已不能满足上述更加苛刻的要求,油基钻井液面临着新一轮技术挑战。简而言之,现有油基钻井液理论、方法和技术已经不能适应新形势需要。科研人员必须追求理论、方法创新和关键技术突破,研发高性能油基钻井液新材料与体系,提高油基钻井液技术水平,有效实现难动用油气资源“安全、高效、经济、环保”勘探开发目标。

3有机盐系列钻井液技术

3.1甲酸盐钻井液

甲酸盐（甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯等）钻井液属于20世纪90年代就开始研究和使用的一种有机盐钻井液体系，主要是为了降低常规水基钻井液中土粉、加重剂等固相颗粒对储层的伤害，以及减少油基钻井液使用对环境造成的污染。甲酸钠、甲酸钾等有机盐类比氯化钠、氯化钾等无机盐的溶解度更高，可以广泛溶解于淡水、海水，且对钻具的腐蚀性较小，在20世纪80年代末国外已经有甲酸盐体系成功打成多口大难度井的施工案例。之后在国内大港油田等区块也成功应用，相比常规水基钻井液，甲酸盐钻井液配方简单，现场施工维护简单，且钻井液性能稳定性强，钻进中漏斗粘度波动值在25s以内，还表现出良好的润滑性和储层保护能力。但甲酸盐的高成本问题，也限制了推广应用的范围。

3.2有机盐钻井液

最早的有机盐钻井液体系是由OS-80和OS-100两种水溶性加重剂、聚合物降滤失剂、封堵防塌剂磺化沥青粉和天然沥青粉及两性离子聚合物包被剂FA-367和褐煤树脂SPNH组成。2010年在新疆油田DH区块进行了现场应用，在井深小于5000m时，有机盐浓度控制在15%左右，井深大于5000m时，有机盐浓度在25%左右，钻井液成本有效控制基础上，钻井液抑制性等综合性能得到极大提升，平均井径扩大率仅为5.4%，取芯、起下钻和完井作业，3次电测以及下套管作业顺利。钻探为解决油田甲酸盐、硅基防塌、有机正电胶等常规钻井液形成滤饼和进入储层的滤液堵塞了油气通道,不能最大限度发挥水平井泻油面积的难题，开发了一套有机盐钻井液体系，综合性能稳定，抑制性、抗污染能力强、环保、无固相，有利于保护油气层、提高机械钻速和提高固井质量等优点，解决了井壁稳定和保护油气层之间的矛盾，通过在大港油田的应用，取得了非常好的效果。

3.3 有机盐聚合醇钻井液

钻探工程公司针对页岩气开发过程中页岩易吸水导致的井壁剥落、掉块和坍塌等复杂情况，在有机盐钻井液基础上引入具有“浊点效应”的聚合醇，最终形成一套有机盐聚合醇钻井液体系。这套钻井液体系除了具有有机盐钻井液的强抑制性外，封堵性能也得到大幅度提高，因为当井底温度大于聚合醇“浊点”温度时，会向钻井液中析出具有弹性的胶体颗粒，胶体颗粒会在钻井液压差作用下进入到页岩裂缝中起到封堵降失水的作用。

3.4 KCl-有机盐钻井液

为解决空气钻后地层井壁容易发生吸水膨胀导致井壁失稳的井下难题，西南油气田公司工程技术研究院在有机盐钻井液基础上对钻井液抑制性进一步升级，形成了KCl-有机盐聚合物钻井液。钻井液在有机盐和KCl双重作用下能够有效抑制空气钻后裸露地层水化分散和膨胀的难题。室内评价实验可知，这套体系的滚动回收率（清水，27.5%）和线型膨胀率（清水，23.0%）分别为91.2%、11.0%，均高于KCl-聚合物钻井液和有机盐聚合物钻井液，加入5%土粉后，钻井液性能变化小；钻井液体系API滤失量在老化前后都只有2mL，150℃高温高压滤失量小于10mL，且携岩能力较强，综合性能大幅度提升。

4有机盐钻井液发展趋势

①要解决有机盐成本较高的难题，为保证钻井液体系的强抑制性和良好流变性，有机盐的加量通常在30%以上，由于有机盐单位成本较高，这就导致钻井液总体成本居高不下，有研究者选择添加无机盐或者复合无机盐来降低有机盐加量，但也会损害有机盐钻井液的总体性能，往往得不偿失，也限制了有机盐钻井液的推广应用范围。因此，需要通过技术手段或改善合成工艺来降低有机盐单位成本；②要对有机盐钻井液作用机理、有机盐与配套处理剂相互作用机理以及高温高密度条件下有机盐流变性控制机理进行深入研究，只有对机理深入研究基础上，才能开发出抗温性好、综合性能优异的有机盐钻井液；③加强有机盐钻井液回收和重复再利用技术研究，加强废弃钻井液重复利用方面的研究工作，不仅仅是基液回收的问题，还包括钻井液的继续利用以及转化成其他工作液问题。

结束语

经过几十年的发展,中国油基钻井液技术已基本满足各种复杂条件下现代钻井的需要,但面对“老、非、低、深、极地”等难动用油气资源的勘探开发,现有技术仍存在一定差距,钻井液体系具有良好的抑制性能、润滑性能和抗污染能力，能满足深井钻井施工对钻井液性能的综合要求。

参考文献

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