超深井超高温钻井液技术

       钻井液是在钻井过程中使用的流体，有液体和气体，因此正确的应该叫钻井流体。钻井过程中钻井液起着十分关键的作用。

       钻井液在钻头的水眼处以很高的速流，喷入井底，冲起井底的岩屑，将岩屑冲出，冲洗井底,为防止井喷应该要和地层压力平衡。钻井液不仅可以润滑钻头以及冷却钻具，还能抑制页岩分散和膨胀，同时还可以产生薄韧的滤饼，稳定井壁。依据钻井液冲击出的岩屑，可以获取准确的地层信息，根据得到的信息改变钻井液的流速，提高钻头破岩的能力，加快钻井工程的进度：朝政泥浆的钻井专利产品膨胀堵漏王，对井下坍塌堵漏起非常关键影响！

    目前，钻井工程在深井高温环境下最常使用的钻井液有三磺水基钻井液、硅氟聚合物钻井液以及TSD 、TSF聚合物钻井液。三磺水基钻井液的处理剂其主要是磺化腐植酸、磺化酚醛树脂、磺化栲胶。在高温高压环境中有效降低了钻井液的滤失量，加固了井壁，提高了泥浆防卡、防塌、防盐和抗温的能力。硅氟聚合物钻井液是5 %的钠膨润土 、6%的M F-1、4%的M M H 、3% 的R H-1 、3%的NSO 、3 %的GF-260 、2% 的Z H-Ⅲ以及多种辅助剂结合而成的。因此抗高温能力比较强，还有比较好的剪切降粘性能和流变性能,有较强的抑制服性和抗高温悬浮稳定性。TSD、TSF 聚合物钻井液是聚合物。TSD是具有抗高温性质的反絮凝聚合物。TSF是能够控制高温的滤失聚合物。TSD是低分子的聚合物，钻井液具有的流变性能够被有效的控制住，还具有抗钙的性能。TSF 是一种稳定的抗高温添加剂。TSD、TSF 结合配制出来的钻井液不仅热稳定性高，而抑制性能也比较高。

      1.钻井越往下，井下的压力和温度会越高，钻井液循环、停留在井下的时间也越长。低温下，钻井液不容易发生变化、反应不剧烈、作用不明显，但是在超深井超高温的情况下，钻井液容易发生变化，性能变得不稳定。

      2.超深井在钻井过程中遇到的地层复杂多变，地层中的水、油、盐、粘土、气等污染会比较大，在高温影响下钻井液体系也会发生变化，因此钻井液体系在超深井超高温环境下要有很强的抗污染能力。

      3.钻井越往深处的裸眼越长，地层结构更加复杂，确定以及控制钻井液的密度更加不容易，并且采用重泥浆的压差大，就会造成井塌、井喷、井漏、压差卡钻等复杂的问题。

      4.钻井液在高温高压条件下更加严重的腐蚀钻具。而且超深井下作业时间长导致多种因钻井液引起的事故增多。

      5.在超深井作业中为提高钻井液的性能，经常把润滑剂、抑制剂、降滤失剂等处理剂添加到体系中，处理剂成分是有机化合物，带有毒性。施工中，不正当处理，会污染地下水、土壤、地表，影响环境，动植物健康。

       1.使用抗高温稀释剂和抗高温滤失控制剂，在高温高压下钻井液明显的增稠，是由于高温下的黏土粒子发生水化分散，所以，使用抗高温稀释剂进行稀释作用，目的是抑制黏土发生水化，达到高温稀释的目的。超高温下泥浆的滤失、滤饼影响着井壁的稳定，提高液相黏度和滤饼质量，减少滤饼渗透可以控制滤失。

       2.在超深井超高温的环境下，在钻井项目的设计和钻井液的选择上，要慎重考虑对环境的影响，选择的润滑剂、抑制剂、降滤失剂等处理剂要确保不造成环境污染，把污染降到最低，严格把握钻井液的使用量，保障钻井工程的顺利实施，减少安全事故的发生。

       3.在钻井施工过程中，对经过的岩层性质要及时有效的分析，防H2S和防塌的主要措施是使用准确的泥浆密度。起下钻的速度严格控制，能够防止压力和抽汲造成的井壁不稳问题，坚持使用低速进行起钻，起钻过程中要对泥浆进行连续灌满，下钻操作要保持平稳。

       4.在钻井过程要预测地质，对井下的情况进行严密的监视，预防发生井塌、井漏等事故，加强巡视，及时发现可能出现的安全隐患，及时进行有效的处理。在钻井进程中特别要注意卡钻被粘附，在井中要尽量使钻具保持活动，停止不要超过5分钟的时间，特殊情况时必须长时间的停止钻具，把钻具放置在安全的井段，减少井下发生复杂事故的概率。

　1　深水超高温钻井液技术难点 
　　钻超深井使用的钻井液必须具有的特点是：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。温度对水基钻井液的影响非常大，超过150℃时大多数聚合物处理剂易分解或降解，或出现高温交联现象，引起增稠、胶凝、固化成型或减稠等流变性恶化，造成钻井液体系不稳定。对于深井超高温钻井液体系主要存在以下技术难点：钻井液用处理剂高温高压失效问题；钻井液高温流变性的控制问题；高温滤失造壁性的控制问题；抗高温钻井液的护胶问题；高温高压条件下，深井、超深井段易破碎地层的防漏堵漏工艺和材料选择问题；超深井的高压将使钻井液高温流变性的控制更加困难，除了更易于增稠外，还存在加重剂的悬浮、沉降稳定性问题；高温高压条件下钻井液的润滑性问题；高密度的钻井液的维护问题。 
　　2　国外深井钻井液技术发展现状 
　　国外深井超高温钻井液技术研究起步较早，且研究系统、全面，如测试仪器的研制和评价方法的建立、井壁稳定机理的模拟研究、抗高温钻井液材料的选择和研制、钻井液高温高压流变特性研究等，并形成了几种深井超高温钻井液体系： 
　　2.1　石灰基钻井液体系 
　　美国阿莫科公司针对深井研制了石灰基钻井液体系，解决了常规的石灰基钻井液（尤其是高密度钻井液）在高温高压下易发生胶凝，甚至固化的问题，并成功应用于井深5289m、井底温度达170℃、密度高达2.22g/cm3的深井。磺化沥青、乙烯磺酸盐-乙烯酰胺共聚物以及改性丙烯酸盐三元共聚物解絮凝剂等材料不仅解决了石灰基钻井液体系高温稳定性问题，同时还充分体现了其抗污染能力强等特点。但和其他高密度水基钻井液体系一样，固控设备的效率是影响该体系应用效果的关键，应尽可能降低钻井液中的低密度固相含量。 
　　2.2　新型抗钙聚合物钻井液体系 
　　钻遇深井高钙地层的钻井液技术关键在于抗温、抗钙降滤失剂。近年来国外公司研究开发了一种既抗高温，同时又能抗高钙、镁离子的新型降滤失剂。该处理剂能抗盐至饱和、抗75000mg/L的Ca2+和100000mg/L的Mg2+，抗温至204℃，且对钻井液流变性能无影响。与CMC、PAC、淀粉等降滤失剂配合具有一定的协同作用，能显著提高这些处理剂的抗温性。 
　　2.3　乙二醇类水基钻井液 
　　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。它们可以明显地提高体系的页岩抑制性、润滑性，增强钻屑的硬度，并且毒性低，可以进行生物降解，被认为是可以代替油基钻井液的一种水基钻井液体系；也可加入磺乙基纤维素的碱金属盐、铝盐等复配，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。 
　　有过应用报道的国外水基钻井液还包括：由钠、锂、镁和氧组成的合成多层硅SIV钻井液、海泡石钻井液、新型石灰钻井液（白劳德公司的低石灰TSPD-LPC钻井液、THERMA-DRILLTM高温水基钻井液、钾石灰钻井液、阿莫科公司和白劳德公司等联合研制抗高温的石灰钻井液）、麦克巴公司的低胶体钻井液、DURATHERM水基钻井液体系、新型抗高温聚合物钻井液、褐煤表面活性剂钻井液、Exxon公司的水基耐高温钻井液、日本特尔奈特钻井液公司开发的240℃温度条件下亦具有稳定钻井液特性的新型水基高温钻井液。 
　　2.4　合成基钻井液 
　　合成基钻井液是以人工合成的有机物为连续相、盐水为分散相，再配合乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等，与油基钻井液不同的是将柴油或矿物油换成可以生物降解又无毒的改性植物油类。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α-烯烃基钻井液三大类，近期又研发出第二代合成基钻井液，主要成分是LAO?s（直链α-烯烃）、LP?s（直链α-石蜡）、LP?s（内α-烯烃）、气制油等。 
　　2.5　全油钻井液 
　　美国Intl公司研制的全油钻井液具有类似聚合物钻井液的流变性、好的剪切稀释特性、较高的动塑比值和较高的低剪切速率下的粘度，因而可提高钻速、减少井漏、改善井眼清洗状况及悬浮性。其密度可低至0.89kg/L，表面活性剂含量较低，减少了对储层的损害。此类钻井液已在60多口井中使用，密度的调整范围在0.83～2.04kg/L，应用的井深已达6309m，井底最高温度达213℃。 
　　3　深井超高温钻井液问题解决方案 　　在深水超高温钻井过程中，钻井液体系的稳定性始终是核心问题之一，在深井高温状态下钻井液的流变性、滤失量和沉降稳定性将受到严峻的考验。要解决深井超高温钻井液的问题，应该在以下几个方面进行系统的研究： 
　　3.1　开发全新的抗高温基础造浆材料 
　　高温对钻井液热稳定性的影响，主要体现在钻井液中粘土的高温分散作用及高温表面钝化作用。根据体系中土的种类及其含量的不同，会产生增稠、减稠、胶凝、固化等结果，严重影响稳定钻井液体系的流变性。温度升高时，用于造浆的粘土矿物将开始陆续失去吸附水、断键水和结晶水，意味着粘土矿物正在发生类似于压实成岩的作用。近年来已有学者提出了“纳米钻井液”的概念，利用纳米技术对钻井液处理剂进行改性可望使钻井液技术在较短的时间内获得突破性进展。 
　　3.2　开发具有“自净”能力的钻井液体系 
　　在深井超高温钻井过程中，各种处理剂、固相材料的加入以及钻屑的侵入对钻井液体系的稳定性构成严重的威胁。常规的固控方法最多只能清除50%～70%的无用固相，对于粒径接近于1μ的亚微粒子，固控设备基本上无能为力。因此开发能够根据外部环境的改变和体系实际需要自主调节体系的成分、有效清除体系内部无用物质的钻井液体系，将大大减少钻井液体系在使用中可能出现的问题。 
　　3.3　深入研究地层深部流体的性质 
　　深入研究地层深部流体的性质，弄清其保持稳定的机理，可以为我们开发新型超深井抗高温钻井液提供有益的启示。 
　　4　深井超高温钻井液处理维护技术要点 
　　基于深井超高温钻井工程对钻井液技术的要求，在钻井液体系处理维护过程中需要注意以下 
　　几点： 
　　（1）保证一个适中的优质预水化膨润土原浆浓度，以保证各种处理剂的高效发挥。在用膨润土配浆时，必须充分预水化，否则钻井液性能达不到适宜的粘度、切力要求。 
　　（2）重视对SMP-1、SMC、SMT等磺化材料的复配使用，以达到提高钻井液抗高温能力和固相容量限之目的。必要时，SMT可以和生石灰配合使用，以保证钻井液分散适度，易于其流变性调控和防止钻井液的老化。 
　　（3）重视SP-80、抗氧化剂的使用，以进一步提高钻井液的抗温能力，必要时可配合使用阴离子型表面活性剂AS，防止粘土颗粒表面钝化。可以用海泡石替代普通膨润土，以提高钻井液的抗高温稳定性。 
　　（4）使用好防塌剂、润滑剂以满足钻井液的高温造壁性和润滑性，使用QS-2、沥青满足深井的油气层保护。使用好高效护胶剂（聚阴离子纤维素Drispac），提高钻井液的高温稳定性。特别是在钻井液低固相磺化体系中，也能保护钻井液中的胶体粒子，易调整钻井液高温流变性，控制低的失 
　　水量。 
　　（5）最大限度地清除钻井液中的无用固相，尤其是胶粒在2μ以下的无用固相，控制游离钙不大于200ppm。 
　　（6）使用处理剂胶液，应充分水化，且细水长流加以补充，以最大限度地满足钻井液之性能 
　　稳定。