国内外超高温高密度钻井液技术现状与发展趋势.pdf

第 3 9卷 第 2期 2 O l 1年 3 月 石 油 钻 I ETR I EU M I RI I 探 技 术 I I NG TE eH N1 QU E S Vo 1 ． 39 N0 ． 2 M a r ．． 2 01 1 ． ．专家视 点 国内外超 古 日吉 同I 11 11 同 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 O 0 l 一 0 8 9 0 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． O 0 1 密度钻 井液技术现状与发展趋 势 王 中华 中 国石 化 中原 石 油 勘 探 局 钻 井T 程 技 术 研 究 院 ， 河 南 濮 阳4 5 7 0 0 1 摘 要 简要 介 绍 了 国 内外 超 高 温 井 的 情 况 ， 从 油 基 钻 井液 、 合 成基 钻 井 液及 水 基 钻 井液 三 方 面 介 绍 了 国 内外 超 高温 高密 度 钻 井 液 的研 究 与 应 用现 状 ， 并 指 出 了超 高 温 高 密度 钻 井 液 的发 展 方 向 。 国外 早 期 超 高 温 钻 井 液 以 水 基 钻 井 液 为 主 ， 近 年 来 油 基 和 合 成 基 钻 井 液 应 用 越 来越 多 ， 尽 管 钻 遇 的 井 底 温 度 已经 超 过 3 0 0℃ ， 但 钻 井 液 最 高 密 度没有超过 2 ． 4 0 k g ／ I 。国内超 高温高密度钻 井液以水基钻 井液为主 ， 与 国外相 比， 尽 管应用 的温度没有 国外 高， 但 钻 井 液 密 度 高 ， 已经 突破 2 ． 5 0 k g ／ I 。相 对 而 言 ， 国 外 在 超 高 温 高 密度 钻 井 液 方 面 更 注 重 高 性 能 专 用 产 品 的 开 发 ， 而 国 内尽 管 在 超 高温 钻 井 液 处 理 剂 研 究 方 面 已 经 开展 了 大量 的 工作 ， 但 没 有 形 成 系 列 产 品 ， 大部 分 研 究局 限 在 实验 室 ． 超 高温 高 密度 钻 井 液 多在 传 统 处 理 剂基 础 上 ， 或 采 用 国外 产 品 形 成 ， 钻 井 液 的 综 合 性 能还 不 能 满 足 现 场 需 要 。 国外超 高 温 高 密度 钻 井液 已经 成 熟 ， 目前 的研 究 重 点是 改善 钻 井液 的环 境 可接 受 性 。 我 国应 在 专 用 产 品 开发 的 基 础 上 ， 形 成 配 套 的 钻 井 液 体 系， 并 围绕 环 保 、 高 效 、 经 济 的 目标进 行 油 基和 合成 基 钻 井液 研 究 。 关 键词 钻 井 液 ；钻 井液 添 加 剂 ；油 基钻 井液 ；合 成 基 钻 井 液 ；水 基 钻 井液 ；高 温 ；高 密 度 中 图分 类号 r E2 5 4 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 l f j 卜O 8 9 0 2 0 1 1 0 2 0 0 0 卜O 7 S t a t u s a n d De v e l o p m e nt Tr e n d o f Ul t r a H i g h Te m pe r a t u r e a nd Hi g h De n s i t y Dr i l l i n g Fl u i d a t H o m e a nd Ab r o a d W a n g Zh o ng h u a Dr i l l i n g Re s e ar c h I ns t i t ut e o ．， ’ Pe t r o l e u m En gi n e e r i n g， Zh o n g y u a n Pe t r o l e u m Ea ’ pl o r a t i o n Bu r e a u， Pu ya ng ’ ， H e n a n， 4 5 7 00 1， Chi n a Ab s t r a c t I n t h e pa s t ， dr i l l i n g f l ui ds us e d i n hi g h t e mp e r a t u r e f or ma t i o n we r e ma i nl y wa t e r b a s e d， wh i l e o i l b a s e d a n d s y nt he t i c dr i l l i ng f l ui ds ha v e be e n u s e d wi de l y r e c e nt l y a t a br o a d ． The bo t t om h o l e t e rn p e r a t u r e i s h i g h e r t h a n 3 0 0 ℃ 。 wh i l e t h e ma x i mu m d r i l l i n g f l u i d d e n s i t y i s n o mo r e t h a n 2 ． 4 0 k g ／ I ． At p r e s e nt ， h i g h t e mpe r a t u r e hi g h d e ns i t y dr i l l i ng f l ui ds a t d o m e s t i c a r e s t i l l m a i nl y wa t e r b a s e d； t he de ns i t y i s a l r e a d y h i g h e r t h a n 2 ． 5 0 k g ／ I ， a n d t h e s e r i a l p r o d u c t s h a v e n o t b e e n d e v e l o p e d ． Mo s t o f t h e m a r e s t i l l i n e x pe r i me n t a l s t a ge ． So m e p r od uc t s we r e f o r m e d ba s e d OI 1 f o r e i g n p r od uc t s o r t r a d i t i on a l a dd i t i v e s ． Th e r e s e a r c h o n hi gh d e ns i t y dr i l l i n g f l ui d s a t a b r o a d a r e f oc u s e d on e n vi r on m e nt a l a c c e p t a n c e， a i m e d a t de ve l o p i n g o i l ba s e d a nd s y nt h e t i c d r i l l i n g f l u i d s wi t h h i gh e f f i c i e n c y a nd l o w c os t ． Th i s p a p e r de s c r i be s t h e s t a t u s a nd d e v e l op me nt t r e nd of oi l b a s e d， s y nt he t i c a nd wa t e r b a s e d hi gh d e ns i t y d r i l l i n g f l u i d s be i ng u s e d i n S U pe r hi gh t e mpe r a t ur e we l l s a t ho m e a nd a b r o a d ． Ke y wo r d sd r i l l i ng f l ui d；d r i l l i ng f l ui d a d di t i ve ；oi l ha s e dr i l l i n g f l u i d；s y nt he t i c ba s e d dr i l l i ng f l ui d； wa t e r b a s e d r i l l i n g f l u i d；hi g h t e mpe r a t u r e；h i gh d e ns i t y 随着全球石 油需求 的不 断增 加及 已探 明储量 的 逐 渐开采 ， 油气 勘探开 发逐 步 向深 层发展 ， 钻 遇高温 高压地层 的概率逐 渐增大 。如美 国、 北海等 已开采地 区的地 温梯度 平均 达 4 ． 0℃／ 1 0 0 m、 井底 最 高压力 超 过 1 1 0 MP a 、 井底 温度 超 过 2 0 0℃ ， 钻 井时 的钻 井 液 密度达 2 ． 2 2 k g ／ I 以上【 。国 内大庆 油 田松 辽 盆地 北部徐 家围子地 区， 地 温梯 度 高达 4 ． 1℃／ 1 0 0 m， 井 深 4 5 O ] ～6 0 0 0 m， 井 底温度 约 为 l 8 O ～2 4 0℃ 。南 海西部莺琼 盆地地 质 条件 恶劣 ， 地温 梯 度高 ， 地层 压 力 异常高 ， 实钻 井底 最 高温度 达 到 2 4 9℃ 、 最 大钻 井 收 稿 日期 2 O 1 卜0 l _ l 7 ； 改 回 日期 2 0 1 1 一 O 2 1 1 作 者 简 介 王 中 华 1 9 6 5 ． 男 ， 河 南 柘 城 人 ．1 9 8 5年 毕 业 于 郑 州 大学 化 学 系 ． 中 原 石 油勘 探 局 副 总 工 程 师 兼 钻 井 5 - 程技 术 研 究 院 总 工 程 师 ， 教授 级 高级 工程 师 ． 主 要 从 事精 细化 工和 油 田化 学 研 究 工 作 、 系本刊 编委 。 联 系方 式 0 3 9 3 8 9 9 2 3 5 ． z p e b w z h l 2 6 ． 、 Il l 石 油 钻 探 技 术 液密度 2 ． 3 8 k g ／ L， 属 于世界 上三 大高 温高压 并存 的 地 区之一 ] 。此 外 ， 在 塔里 木盆 地 、 准 格尔 盆地 和 四 川盆地 ， 大部分 油气 资源都 埋藏 在 深部地 层 ， 地 层压 力系数大 ， 井底 温度 高 。钻 井实 践 表 明， 随着井 深 的 增加 ， 钻井技术 难题逐 渐增 多 ， 井 下 高温严 重 影响 钻 井液性能 ， 特别 是流 变性 和滤失 量 控制 困难 ， 原有 的 钻井液处理剂 和钻井 液体 系已不能完 全满足深井 、 超 深井钻井技术 发展 的需 要 ， 为此 ， 世界 各 国都 在努力 研制抗高温钻 井 液处理 剂 和钻井 液体 系 。笔 者从 油 基 、 合成基和水基钻井液 三方 面对超高 温高密度钻 井 液的研究与应用情况进行 了简要介绍 ， 并 指出 了国内 超高温高密度钻井液 的研 究方 向。 井底 温度大 于 2 0 0℃深井 、 超深井 概 况 国外超 深井 钻探起 步较早 ， 早在 1 9 5 8 年 就 已经 采用 水基 钻 井液 钻 成 了井 深 7 O 0 0 1 T I 的超 深井 ， 井 底温 度 2 4 5℃ 。后来 ， 在 路易斯 安那 水域 ， 又钻成 了 井深 7 8 0 3 1 T I 的超深井 ， 井底 温度 2 6 0℃ ， 该 井在井 深 7 0 0 0 m 以深井段 采用 了密度 2 ． 3 2 k g ／ L的木质 素磺 酸盐混 油钻 井 液 。在 庞怡 特 雷 恩湖 地 区 ， 一 口 井深 6 9 8 1 m 的超 深 井 采 用 由 S S MA 与 木 质 素磺 酸盐 组成 的钻井 液钻进 ， 井底 温度 2 3 2℃ ， 钻井液 密 度 2 ． 2 5 k g ／ L。该 钻井 液体系 在加 州塞 罗 普里 埃托 井底 温度超 过 3 7 1℃ 的地 热 井 中也 进行 了应 用 ， 并 取得 了很好 的效 果 。美 国德州 T e x a s we b b市 的罗 萨 1 号井 ， 井 深 7 2 6 5 m， 井 底 温 度 2 9 0 ℃ ， 从 井 深 3 0 4 8 m 开始使 用密 度 1 ． 3 4 k g ／ L 的油 基 钻井 液 钻 进 ， 逐步加 重至 2 ． 2 3 k g ／ L完 钻 ， 钻 井液在井 下静止 4 1 d未 变 质 ， 显 示 出 了 油 基 钻 井 液 良好 的热 稳 定 性[ 3 ] 。密西 西 比海域 MS 5 7 1 井 采用 分散 褐煤一 聚 合 物钻井 液 钻进 ， 井深 7 1 7 8 1T I ， 井 底 温度 2 1 3℃ ， 钻井 液最 高密度 2 ． 0 9 k g ／ L l 4 ] 。路 易斯 安 那州 一 口 井 深 6 0 9 8 IT I 的超 深 井 采 用 低 胶 质 水 基 钻 井 液 钻 进 ， 井底 温度 2 3 6℃ ， 钻 井 液 表 现 出 很 好 的热 稳 定 性 ， 该钻 井液体 系 也在 奥 地利 Z i s t e r s d o r f 地 区成 功 应 用 ] 。 日本 的 三 岛 井 和新 竹 野 町 两 口井 采 用 了 G一 5 O O S水基高 温钻井 液钻 进 ， 两 口井 的井 深 和井 底 温度分 别 为 6 3 0 0 1T I 、 2 2 5℃ 和 6 3 1 0 m、 2 0 5℃ ， 在 高温下该 钻井 液性 能稳定 。 j 。 近年来 ， 国内井底温 度大 于 2 0 0℃的深井 、 超深 井也普遍 增 多 ， 如 新 疆 油 田在克 拉玛 依莫索 湾背斜 上所钻 的莫深 1 井 ， 设计 井 深达 7 3 8 0 m， 井 底 温度 超过 2 0 0℃ ， 钻井 液 密 度 达 2 ． 2 k g ／ L； 胜 利 油 田完 成 的胜科 1 井 ， 完钻 井深 7 0 2 6 r i m_ ， 测 试井 底 温度 超 过 2 3 5℃ ； 河 南 油 田施 工 的 泌 深 1井 ， 完 钻 井 深 6 0 0 5 I I 1 ， 静 止 2 4 h后实测 井底 温度 2 3 6℃_ 8 ； 在 松 辽 盆地徐 家 围子所 钻 的徐 深 2 2井 ， 完 钻井 深 5 3 2 0 m， 井底 温度 2 1 3℃ ； 在 松 辽 盆 地 所钻 的长 深 5井 ， 完 钻井 深 5 3 2 1 1T I ， 井底 温度 超过 2 0 0℃『 9 ； 在南 海 莺 琼地 区所钻 的崖城 2 1 一 i - 3井 ， 井 深 4 6 8 8 IT I ， 井底 温 度 2 0 6℃_ 1 。 。 ； 江 苏 油 田刚 完钻 的 一 口重点 大 位移 预 探 定 向井 徐 闻 X 3井 ， 设 计 垂 深 5 1 0 0 1 T I ， 斜 深 5 6 6 4 I n ， 水 平位 移 1 8 9 3 ． 9 2 IT I ， 井 斜角 3 5 。 ， 完钻 井 深 5 9 7 4 m， 实 测井底 温度 达 2 1 1℃I n ] 。 从文献分析看 ， 在 已钻探 的井底温度大于 2 0 0℃ 的深井 、 超深井 中， 所用超高温钻井液并非都是高密 度 钻井 液 ， 有 些超深 井尽管 井底 温度很 高 ， 但地 层压 力 系数 并不 高 ， 相对 而 言 该情 况 下 钻 井液 技 术 的难 度 较 小 。 而有 些 地 区 不 仅 井 底 温 度 高 大 于 2 0 0 ℃ ， 而 且地层 压力 系数高 需要 2 ． 0 k g ／ L以上 密度 的钻井 液才 能平衡 ， 这种 情 况 下 ， 钻 井液 所 遇 到 的 难 题就 复杂得 多 。 2 超高温高密度钻井液研究应用现状 2 ． 1油基钻 井液 早 在 2 0世 纪 6 0年代 ， 抗 高 温油 基 钻井 液 就受 到重视 ， 到 2 O世纪 7 0年代 就针 对深井 、 超深 井钻井 的需求 先后研 制 了一 系列 超高 温油基 钻井液 。但在 早 期 的超深 井钻探 中所用 的超 高温钻 井液 大部分为 水基钻 井液 l 3 ] 。随着 对油基 钻井 液优越 性 的认 识不 断提 高 ， 以及 研究 的不断 深入 ， 国外在 超高 温井 钻探 中越来 越多 地采用 油基钻 井液 ， 而 国内应用 较少 。 现场应 用表 明[ 1 2 - 1 3 ] ， 油基 钻井液 在井壁 稳定 、 润 滑 防卡 、 抑制 地层水 化膨 胀 、 抑 制地层 造浆及 快速 钻 进等 方面具 有 明显 的优 势 ， 已成 为钻 探 高难 度 高 温 深井 、 海上钻 井 、 大斜度定 向井 、 水平井 、 各 种复杂 井 段和储 层 保 护 的重 要 手 段l_ 1 。正 是 由于 油 基 钻 井 液有 此优越 性 ， 因此倍 受人们 重视 ， 并不 断开展研 究 与应 用 。以柴油 或者 低 毒 矿 物油 为 基 油 ， 由用 作 高 温高压滤失调节剂的聚合物 ， 以及有机土 、 乳化剂、 润湿 剂 、 加 重材料 等组 成 的全 油基钻 井液 ， 在 2 0 4℃ 下性 能稳定 。由于该钻 井液 中 的聚合物 与有机 土颗 粒具有 良好 的配伍 性 ， 其高温高压 滤失量 非常低 。由 于采用无毒 的润湿剂代替 了传统 的 阴离 子乳化剂 ， 提 高了基油对有机土颗粒的润湿性。通过润湿剂、 聚合 物和有机 土三者的协 同作用 ， 有效 提高 了该 钻井液 的 黏度 。试验 表明 ， 该钻井液表现 出了类似 于水基 聚合 王 中华 国内外超 高温高密度钻 井液技术现状与发展趋势 物钻井液的流变性 ， 有较高 的动塑 比 ， 剪切稀 释性好 ， 因而可 以提高钻 速 ， 减少 井 漏 ， 改 善井 眼清 洗 状况 及 悬 浮性 。 目前 该 钻 井 液体 系 已经 在 6 0多 口井 中应 用 ， 密度 最高达 2 ． 0 4 k g ／ I ， 钻进 深度 最 深达 到 6 3 0 9 IT I ， 井底最高 温度 2 1 3℃ ， 井 斜角达到 6 9 。 l 】 。 以新 研制 的抗 高温处理 剂为 主 配制的油 水 比为 8 5 l 5 ～9 0 1 0的钻井 液 ， 在 3 1 0℃ 和 2 0 3 MP a条 件下具 有很好的稳定性 ， 其密度 可达 到 2 ． 3 5 k g ／ L [ 。 针 对高温 2 6 0℃ 高 密度 2 ． 1 0 ～2 ． 1 6 k g ／ L 钻井 液 中易 出 现 重 晶 石 沉 降 的 问题 ， 采 用 一 种 密 度 为 4 ． 8 k g ／ I 的亚微 米 颗 粒 四氧 化 锰代 替 重 晶石 的高 温 高压无 黏 土 油 基 钻 井 液 已 经 在 北 海 得 到 成 功 应 用 ， 该 钻井 液可 以减 小 当量 循 环 密度 ， 降低 钻 井 、 下 套管 和 固井 过程 中 的滤 失量 ， 并且 不 会 出现 加重 材 料沉 降的 问题 l 1 。 。 针 对 油基 钻井 液 的需要 ， 在 油 基钻 井 液 处理 剂 方面也 开展 了一 些 工 作 ， 如 基 于微 观 结 构 特 殊 设 计 ， 研制 出了在油基钻 井液和合成基钻井 液 中都有很 好溶解 性 、 抗高温 的油 溶性 颗粒 聚 合物 降滤 失 剂 ； 该 降滤失剂在基 油 中发 生膨 胀 ， 在 滤 失过 程 中 ， 聚合 物 颗粒将 会在外部形成薄 而且 易变形 的泥饼 ， 在 内部泥 饼 中的聚合 物颗粒将会封堵地层 孔隙 ， 从 而降低 滤失 量 ； 在切力 的作用 下 ， 聚合 物颗 粒 会发 生变 形 并且 体 积 变小 ， 使其更 容易 回收 ， 因此 可 以减 轻对 储层 的损 害l l 。针对高 温 、 高密 度油 包 水逆 乳 化 钻井 液 滤 失 量大的问题 ， 采 用胺 化合 物对 腐 植酸 进行 改 性 ， 得 到 一 种抗温能力 达 2 2 0℃ ， 可用 于密度 2 ． 3 8 k g ／ L油基 钻井 液 的降滤失 剂 X NTR I 2 2 0 。该降滤 失剂 在油 中具有 良好 的分散 能 力 ， 在 油包 水 逆 乳 化 钻井 液 中 降滤失 效果 明显 ， 且 具 有 稀 释 降 黏 、 辅 助 乳 化 等 功 能l 】 。研 究者还 优 选 出 了一 种新 型 的 阳离 子 表 面 活性剂 X NWE T， 该 表 面活性剂 在 2 2 O℃ 高温下 ， 仍 能与亲水性 固体有很好的吸 附性 能 ， 抗温性 能和热 稳 定性好 ， 每 1 0 0 g重 晶石 最优 加量 为 1 ． 2 g E 。 在有 机 土研 究 方 面 ， 使 甲基硬 脂 酰胺 丙 基 氯化 铵或 二 甲基苄 基 硬脂酰 胺丙 基氯化铵 与 膨润 土发生 离子置换反应， 制备 了可 降解 的钻井液用有机土 。 该有 机土不仅 不会 对 环 境 造 成 污染 ， 而且 在 油基 钻 井液 中表现 出了 良好 的性能口 。通 过优选 季铵 盐 和 采用整合技术合成 的 高温稳 定 的有机 土 XNOR B， 不 但 在柴油 和 白油 中具 有 良好 的 分 散 性 能 和增 黏 效 果 ， 而且 在 2 2 0℃高 温 下其 性 能 基本 保 持 稳 定 。 通过 在钠膨 润土 中加 入 有 机 改性 剂 进 行 改性 ， 得 到 有机 土 I W TR 0 2 5 0 ， 其在油包水 乳化钻井液 中 ， 能 很好地起 到增 黏提 切的作用 ， 并使油包 水乳化 钻井液 具有较好 的流变性 和抗 高温性能 ， 而且在 2 5 0℃ 高温 下其 性 能基本 保持稳 定 。 2 ． 2 合成 基钻 井液 在 2 O世 纪 8 0年代 ， 国 内外 相继 开 展 了合 成 基 钻井 液 的研发 工 作 ， 2 O世 纪 9 O年 代 在 北 海 首 次 应 用并 获得成 功 ， 随 后 合 成 基钻 井 液 的种 类 和 应 用范 围不 断增 大 ， 在 全世 界范 围内 ， 使 用合 成基钻 井 液 的井 已达 5 0 0多 口 ， 其 中墨 西哥 湾 和 北海 地 区 占 使用 合成基 钻井 液总 数 的 9 0 以上 。 合成 基 钻井 液 可从 不 同途径 得 到 ， 以脂肪 醇 为 起 始 剂 ， 经环 氧烯 烃 加 成 反应 后 并 进 行封 端 缩 聚 可 以获 得合成 基液 ， 以此 建 立 的合 成 基 钻井 液 具 有 较 强 的抗 钙 、 抗 镁 、 抗 海 水 污染 和 抗 劣 质 土 污 染 的 能 力 [ 2 6 2 。线 性 a ～ 烯 烃 钻井 液 电稳 定性 好 、 低 毒 、 抗 温 达 2 l 5℃ ， 最 高密度 达 2 ． 1 k g ／ L， 抗 水 污染 能力 强 ， 该 钻井 液 的油 层保 护 效 果 好 ， 岩 心渗 透 率 恢 复率 可 以达到 9 0 以上 。 合 成基 钻 井 液热 稳 定性 好 ， 用 于 超高 温 钻井 取 得 了好 的效果 ， 如 美 国休 斯敦 E E X公 司 采用 比例 为 9 01 0的线 性 a 烯 烃 和 酯混 合 物 的合 成 基 ， 按 照 7 O 的合 成基 和 3 0 的水组 成 的钻井 液 ， 在 墨西 哥湾 深水 区的 Ga r d e n B a n k B l o c k 3 8 6钻 成 了一 口 井深 8 4 9 3 1 T I 的 超 深 井 ， 井 底 温 度 2 7 5℃ 2 8 1 ； 采 用 I S 一 T E Q 合成 基配制 的 S y n T E Q 合 成基 钻 井液 ， 耐温 2 2 6 ． 7℃ ， 并 且在 高温 下不水 解 ， 密度 可以达 到 2 ． 1 6 k g ／ I ， 钻 井液 毒性 L C 1 0 0 0 0 0 0 mg ／ I ， 可 以满 足环保 要求u ； Y C 2 卜 1 - 4井 是 在 莺 琼 盆地 钻 探 的 一 口 高 温 高 压 井 ， 井 深 5 2 5 0 I “1 1 ， 井 底 温 度 2 0 0℃ ， 该井 自井 深 4 9 6 0 IT I 至 完钻 井 深5 2 5 0 I T I 采用 以线 性 a 一 烯烃 为基 油 、 铁 矿粉 为加 重 剂形 成 的 UI TI DR I L L合成 基 钻 井 液体 系 ， 该 合 成 基 钻 井 液 抑制 性强 ， 具有 抗高 温 、 滤 失量 小 、 稳定 井壁 的性 能 ， 满足 了 YC2 卜卜4井 钻井施 工 的要求 [ 2 。 2 ． 3水 基钻 井 液 虽 然油 基钻井 液 和合成 基钻 井液 是公认 的解决 高 温 问题 的钻 井液 类 型 可 以顺 利解 决 高 温 高压 井 段 的钻井 液稳 定性 问题 ， 但 油基钻井 液 和合成 基钻 井 液成本 高 、 原 料来 源不广 ， 且 油基钻 井液 对环境 会 产生 一定 的污染 ， 并存 在安 全 问题 ， 其 推广受 到 一定 的 限制 ， 冈此超 高温水 基钻 井液 体系 一直深受 重 视 。 E XX0N公 司研 制 的无 毒水 基 钻井 液 体 系 EHT体 系 已成功 应用 于陆上 和海 上钻井 ， 应用 井底 温度最 高达 到 2 1 5 ． 5℃ ， 其 密度 为 1 ． 8 6 k g ／ I 【 。 由降滤 失 剂 Th e r mo h u me r和 流 变 性 稳 定 剂 Hu mi n s o l 等 石 油 钻 探 技 术 2 0 1 1年 3月 组成 的钙水基 钻井 液 ， 可 以用 于 温度 高 于 2 2 0℃ 的 地层 ， 其密度可以高于 2 ． 1 0 k g ／ I ， 且具有 良好的抗 污染能力 l_ 3 。北 海 地 区一 口高 温 、 高 压斜 井 井 斜 角达 4 2 。 在钻进 声 2 1 5 ． 9 mm 井 眼 时应 用 了一 种 微 细的重 晶石钻井 液 体 系 MB F ， 由井 深 6 3 5 4 m 钻 至井深 7 3 2 7 m， 井底 温度 2 0 5℃ ， 钻井 液 密度 高达 2 ． 1 5 k g ／ L， 虽然 在钻井 过程 中发生 两次卡 钻事故导 致侧钻， 但处理事故期间， 钻井液没有 出现加重材料 沉 降问题 ， 保证 了工程 的顺 利实 施[ 3 。 以两种 新 型 聚合 物为 主剂 ， 辅 以 p H 值添加 剂 、 加 重材 料 和适量 黏 土研制 的新型 抗 高温 水 基 聚合 物钻 井 液 体 系 ， 耐 温 可达 2 3 2 o C。在 高 温条 件 下 ， 该 钻 井 液体 系 还具 有 良好 的抗 污染 能力 ， 对 C a 、 Mg 和一 般 的 固态 污染 物均具 有极 强 的抗 污染 能力 。该 钻井 液体系 可 以用 淡水 配制 ， 也 可 以用 海水 配 制 。 由于该 钻 井液 体系不含金属铬以及其他具有环境毒性 的物质 ， 环 境友 好 ， 完 全符合 环保要 求口 。采用 合 成 多糖类 聚 合物 降滤失 剂 、 抗 温 可达 2 6 0℃ 的低 相对 分 子 质量 的 S S MA、 合成 聚合物 AT解 絮凝 剂 、 抗 温可 达 3 1 5 ℃ 的低 分 子 AMP S ／ AM 共 聚 物 降 滤 失 剂 、 高 分 子 AMP S ／ AA M 降 滤 失 剂 、 增 黏 剂 ， 以 及 改 性 褐 煤 聚 合物 C TX 等 组 成 的 高 温 聚 合 物 钻 井 液 体 系 ， 在 Mi s s i s s i p p i 州作 为压井 液 成 功 压井 ， 并 在 后 续 钻井 施工 中成 功应用 。该钻井 液体 系具有 良好 的剪切稀 释性 和 良好 的抗 温 能 力 。压 井 作 业 中采 用 密 度 为 1 ． 9 8 ～2 ． 6 4 k g ／ I 的压 井 液 进 行循 环 压井 作 业 ， 泵 压低 ， 压井 液流变 性好 。 从 文 献情 况 看 ， 国外 超 高 温钻 井液 的研 制 是建 立在专 用处 理剂 研制 的基础 上 ， 处 理 剂 的研 制 始 于 2 0世纪 8 O年代口 ， 并主要集 中在 乙烯基磺酸单体 AMPS 与丙烯 酰胺 、 烷基丙 烯 酰胺 、 乙烯 基 乙酰胺 和 乙烯 基 吡咯烷 酮等单体 的多元 共 聚物处理 剂 的研 究上 ， 并 在应 用 的基础上 形 成 了 以 C OP 一 1 、 C O P 一 2 、 P o l y d r i l l 、 Mi l T e m ， P y r o Z r o l 、 Ke m S e a l和 P o l y d r i l l 等 为代表 的一 系列产 品 3 。而 国 内在这 方 面起 步 较 晚 ， 近期 首先在 超 高 温钻 井 液 方 面开 展 了一 些研 究工作， 如 由高温保护剂、 降滤失剂、 封堵剂等钻井 液处 理剂 组成 的抗高温 2 2 0 o C 高密 度 2 ． 3 k g ／ I 水基 钻井 液 ， 具有 良好 的抑 制性和抗 钻屑 污染性 能 ， 抗 盐 2 ． 0 ％ ， 抗 氯 化 钙 0 ． 5 F 4 1 7 ； 由抗 高 温保 护 剂 、 高 温降滤 失 剂 、 封 堵 剂 、 增 黏 剂 等 组 成 的 抗 温 可 达 2 4 0℃ 的淡水 钻井液 体 系 ， 其高 温 高压滤 失量 低 ， 并 具有 良好 的流 变性 、 抑制 性 和 抗 钻 屑 污 染 性 能 ； 由膨 润 土 、 S MP一 2 、 S P NH、 HI 一 2 、 S MC 、 8 O A5 1 、 KHP A N、 S F 2 6 0和 高 温 稳 定 剂 等组 成 的 抗 2 0 0℃ 高温 、 密 度达 2 ． 3 0 k g ／ I 的水基 聚磺钻 井液 ， 其 热稳 定性 好 ， 流 变 性好 ， 抗 盐 、 抗 钙 污 染 能力 强 ； 以抗 高温 降滤失 剂 L P 5 2 7 1 、 MP 4 8 8和 抗盐 高 温高 压 降 滤失 剂 HT AS P等 为 主 处 理 剂 ， 与磺 化 褐 煤 、 X J 一 1 分散 剂 等 配 制 的 密 度 2 ． 3 0 k g ／ L、 盐 含 量 1 0 ～ 3 0 ％的盐水 钻井液 ， 经 过 2 2 0℃老 化 1 6 h后 ， 表 现 出 良好的高温稳 定性 ， 没有 出现 高温 稠 化现象 ， 高 温 高压滤 失 量 控 制 在 2 0 mL以 内[ 4 ； 针 对 胜 科 1井 5 8 0 0 7 0 2 6 m 井 段 的 需 要 ， 以 Dr i s c a l D 降 滤 失 剂 、 D e s c o降黏剂 和磺化 沥青 为 主处 理 剂 ， 研 制 的密 度 1 ． 7 0 ～ 1 ． 7 4 k g ／ L的 超高 温 高密 度水 基钻 井 液 ， 其 热稳定 性好 ， 抗污 染能力 强 ， 润滑性 和剪切稀 释特 性 良好 ， 高 固相情 况下 流变 性好 ， 高压 滤 失 量低 ， 抗 高温能 力达 到 2 3 5℃l 4 副； 为解 决 费尔 干纳 盆地 深部 井 段抗 高温 高密度 钻 井 液技 术 难 题 ， 开发 出了抗 温 2 2 0℃ 、 密 度 2 ． 6 0 ～3 ． O 0 k g ／ L的有机 盐钻 井 液 ， 该 钻 井液 在 密 度 达 到 3 ． O 0 k g ／ L 时 ， 固 相 含 量 低 于 5 0 ， 滤 饼摩 阻 系 数小 于 o ． 2 0 ， 具 有 良好 的 流 动性 和润滑 防卡 能力 ， 较 好 地 解决 了加 重 材料 沉 降 和过 饱 和盐水 结 晶的 问题 l 4 。 近年来 围绕超 高温钻井液发展 的需 要 ， 在降黏剂 和降滤失 剂方面进行 了一些研究 。以苯 乙烯 、 衣康 酸 为原料经 共聚 、 磺 化得到 的超高 温水基钻 井液降 黏剂 磺 化苯乙烯 衣 康酸 共 聚物 S S HI A具 有 良好 的耐 温 性 ， 用 S S HI A 处理 的淡水 钻井 液在 2 6 0℃ 温度下 老 化 1 6 h后 仍具 有 良好 的流变 性 。采 用丙 烯 酰 氧 丁基磺 酸 、 2 一 丙 烯 酰 氧 一 2 一 乙 烯 基 甲基 丙磺 酸 钠 和 N， N 一 二 甲基 丙烯酰 胺 ， 与丙烯 酰胺 、 丙 烯 酸 等 单 体 共聚 ， 合成了 MP 4 8 8降滤失剂和 L P 5 2 7解 絮凝降 滤 失 剂 ， 两 者 热 稳 定 性 好 ， 在 淡 水 、 盐 水 和饱 和 盐 水 钻 井 液 中均 具 有 较 好 的 降 滤 失 作 用 ， 抗 温 大 于 22 0 o C_ 4 。针对 需 要 研 制 的 具 有 较 强 的 降 滤 失 能 力 ， 且 其 1 ％水溶 液 的黏 度低 于 1 5 mP a S的 超 高 温聚合 物降 滤失剂 P F I 一 1 ， 在 钻井 液 中的黏 度 效应 小 ， 热 稳定性 好 ， 抗 温抗 盐能力 强 。用该 降滤失 剂处 理 的钻井液 即使 经过 2 4 0℃高 温老 化其滤 失量仍 然 较低 ， 与 S MC、 S MP等具 有 较 好 的配 伍 性 ， 已在 徐 闻 X 3井成 功应 用 们 ] 。此 外 ， 采 用 2 一 丙烯 酰胺基一 2 一 甲基丙 磺 酸 AMPS 、 丙 烯 酰 胺 AM 和 丙 烯 酸 AA ， 在 磺 化 酚 醛 树 脂 S MP 存 在 下 ， 合 成 的 P AMP S AM AA ／ s MP复合聚合物降滤失剂， 抗 温达 2 4 0℃ ， 在淡 水 、 盐 水钻井 液 中均具有 较好 的降 滤失 作用 ， 与 S MP相 比， 对高 密 度 钻井 液 黏 度影 响 较小 ， 与 S MC等具有 良好 的配 伍性 ， 可 以有 效控 制 高密度钻井液的高温高压滤失量 和流变性l 5 。 。 。在 磺 化酚醛 树脂 的基 础 上 ， 通 过分 子 修 饰得 到 的抗 盐 高 温高压 降 滤 失 剂 HTAS P， 在 盐 水 和 饱 和盐 水 钻 第 3 9卷第 期 王q - 华 国内外超高温高密度钻井液技 术现状与友展趋 势 井液 中均具 有较 好 的控 制 高 温高 压 滤 失量 的能 力 ， 与磺化 褐煤 S MC 和 降滤失 剂 I ． P 5 2 7 、 MP 4 8 8等具 有 良好 的配伍 性 ， 与 L P 5 2 7 、 MP 4 8 8和 S MC等 组成 的 高密度盐 水钻井 液 体 系 高 温稳 定 性 好 ， 流 变性 易