・２０４・ ２０１５年３月 学术论坛 中文科技期刊数据库（文摘版）自然科学 海洋防塌钻井液体系分类特点与适用性比较 段士明 山东省申石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司，山东东营２５７０００ 摘要：井壁不稳定是钻井工程主要技术难题之一，而钻井液是井壁稳定的关键因素之一。井壁失稳是地层原地应力状态、 井筒液柱压力、地层岩石力学特性、钻井液性能以及工程施工等多因素综合作用的结果。因此，探讨了海洋水基防塌钻井液体 系的作用机制和应用，在海洋钻井液处理剂及体系的推广过程中，将钻井和环境保护有机地结合起来，通过毒性和生物降解性 检测，从钻井成本和环境效益综合评判新型处理剂及钻井液体系的应用效果，以获得最佳效益。 关键词：海洋；钻井液体系；作用：机制 中图分类号：ＴＥ２５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１．５５７８（２０１５）０３．０２０４．Ｏ１ 前言 盐钻井液体系和植物胶．硅酸盐钻井液体系。 井壁不稳定是钻井工程主要技术难题之一，而钻井液是井 ２甲酸盐钻井液体系 壁稳定的关键因素之一。井壁失稳是地层原地应力状态、井筒 甲酸盐钻井液体系适应多种钻井完井新技术发展的需要而 液柱压力、地层岩石力学特性、钻井液性能以及工程施工等多 逐步研究开发的以甲酸盐为基液的新型低固相钻井液体系。甲 因素综合作用的结果。海洋钻井中，由于海底温度低、溶解氧 酸盐钻井液密度可调范围宽、固相含量低、流变性能优良、抑 少，即使易生物降解的有机物随钻屑沉入海底后也会因条件欠 制性强，并能有效提高单井产量，适用于小井眼钻井、水平井、 佳而难于快速降解，造成海底局部的有机物承受量与使用油基 分支井、易塌地层钻探、软管钻井及环保要求严格的钻井过程。 钻井液相当，对海洋生物造成严重影响。传统的水基钻井液的 该体系选用的甲酸盐有甲酸钠（ＮａＣＯＯＨ）、甲酸钾（ＫＣＯＯＨ）有机含量低，对陆地和海洋生物影响不大，一般能满足环境法 和甲酸铯（ＣｓＣＯＯＨ・Ｈ ０）。甲酸盐钻井液主要有以下特点： 规的要求，但如钻水敏性泥页岩则易引起井眼失稳、钻头泥包 钻井方面：（１）在不加或少量加入固体加重剂的情况下可使钻 及压差卡钻等钻井事故。 井液具有较高密度且密度可调范围较大（１．２～２．３ｇ・ｃｍ－ ），容 １硅酸盐钻井液体系 易实现无固相钻井或低固相钻井；（２）粘度低，流动性好，摩 硅酸盐具有很强的抑制页岩水化、防止井塌的能力。硅酸 阻压力损失小，适于小井眼和易漏失地层钻井；（３）抑制性强，盐在钻井液中可以形成不同尺寸的胶体和纳米级粒子，这些粒 井壁稳定，井径规则；（４）甲酸盐与地层水接触不产生任何沉 子通过吸附、扩散或压差作用进入井壁的微小裂缝或孔隙中。 淀物，对储层损害小。环保方面：（１）生物毒性小，对人体无 其硅酸根离子与岩石表面或地层水中的钙、镁离子发生反应， 害无毒，对水生物群落影响很小；（２）容易生物降解，生物富 生成不溶沉淀物，在岩石表面起封堵作用；有硅酸盐的钻井 集性小；（３）对金属、橡胶等腐蚀性小；（４）可回收，可重复 液滤液进入地层并与低ｐＨ值的地层水相遇后，滤液的ｐＨ值 利用。该钻井液体系具有良好的页岩稳定潜能［】 。 也相应降低，随之滤液会发生胶凝现象；当温度超过８０℃时， ３ ＭＥＧ钻井液体系 硅酸盐的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应，产生胶结 ＭＥＧ钻井液是一种新型的水基钻井液，由主剂ＭＥＧ、流 性物质，将粘土等矿物结合成牢固的整体。硅酸盐钻井液与页 型调节剂、降滤失剂和无机盐等成分组成。ＭＥＧ钻井液体系 岩接触形成的沉淀物、硅胶和胶结性物质结合起来能有效封堵 页岩抑制性好、毒性低，且易于生物降解，被称为是具有油基 页岩小裂缝和孔隙，在井筒周围形成内泥饼，阻止滤液进一步 钻井液特性的环保型水基钻井液。ＭＥＧ钻井液的性能与油基 侵入，改善泥页岩的“半透膜”，从而起到稳定井壁的作用。 钻井液相似，具有优良的页岩抑制作用，这与甲基葡萄糖甙独 因此硅酸盐钻井液能够稳定裂缝性地层，也能稳定由钻柱机械 特的分子结构有关。调节ＭＥＧ钻井液的活度控制钻井液和地 作用引起的裂缝地层并改善由抽吸作用导致页岩地层破裂的情 层水的运移，可有效地抑制页岩的水化膨胀和分散作用，以保 持井壁稳定。由于钻井液与页岩之间存在着压差以及两者之间 况。 硅酸盐钻井液和油基钻井液均能产生膜效率，但是却有本 水的活度不同，易导致钻井液中的水进入页岩引起井眼失稳。质的不同。硅酸盐是在泥页岩内沉积形成屏障或膜阻止离子的 ＭＥＧ一方面可提高钻井液滤液的粘度，增大渗透阻力，减少 运动，而油基钻井液是在页岩表面形成有效的半透膜。罗健生 滤失量，控制页岩的水化：另一方面可降低钻井液中水的活度， 等对不同介质在泥页岩中形成的膜的效率进行实验，结果发现， 减轻压力渗透，阻止滤液进入页岩，进一步提高页岩的稳定性。油基钻井液的膜效率最高，其次是硅酸盐钻井液。与常规钻井 ４聚合醇钻井液体系 聚合醇（多元醇）钻井液体系的作用机制：（１）浊点效应。 液相比，硅基钻井液具有防塌能力强、环保性能好、成本低的 优点，但其特殊的化学性质，决定了硅酸盐钻井液的ｐＨ值对 聚合醇作为非离子表面活性剂具有浊点行为。其水溶液加热到 定温度时，会由透明变混浊，降温时又由混浊变透明。混浊 钻井液体系性能的影响与常规钻井液情况完全不同。对于常 规钻井液，当ｐＨ值小于９时，对泥页岩水化影响不大；当ｐＨ 与透明间的平衡温度即为浊点。浊点的严格测定是基于１％的 值继续增大时，泥页岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。而对 水溶液。聚合醇在钻井液中的作用是：低于浊点温度时，聚合 于硅酸盐钻井液，当口Ｈ值低于１１时，钻井液中的硅酸盐以原 醇呈水溶性，因其具有表面活性，易吸附在钻具和固体颗粒表 硅酸或以低聚硅酸的形式从钻井液中析出，发生缩合作用生 面，形成憎水膜，一是阻止泥页岩水化分散，稳定井壁；二是 成较长的带支键的．Ｓｉ－Ｏ．Ｓｉ．链，这种长链进而形成网状结构， 减少泥饼孔隙，降低泥饼渗透率，从而降低滤失，同样起到稳 包住钻井液中的自由水及固相，使硅酸盐钻井液粘度增大，同 定井壁作用；三是改善润滑性，降低钻具扭矩和摩阻，防止钻 时失去防塌作用；当口Ｈ值高于１１时，钻井液中的硅酸盐以硅 头泥包，稳定钻井液性能并有效控制压力传递。酸根离子或者聚合硅醇离子的形式存在，钻井液中的硅酸根或 参考文献 ］吴长勇．海洋钻井液技术研究与应用现状及发展趋势［Ｊ］．断 硅络合醇吸附沉积在钻屑表面，与钻屑发生相互作用，提高了 ［１泥页岩的膜效率，从而起到抑制钻屑分散膨胀的作用。现在国 块油气田，２００５（３）：１５９． 内外研制开发和应用的硅酸盐钻井液体系主要有：硅酸盐．聚 【２】孟小敏．甲酸盐钻井液技术的应用［Ｊ］．钻井液与完井液， 合物钻井液体系；硅酸盐．硼凝胶钻井液体系；混合金属硅酸 ２００３，２０（５）：６４． 一
