XZ高效环保型水基钻井液体系

2023.04.18

宋波凯刘建新阮彪

摘 ?????要：针对现阶段钻井液所面临的技术难题，从提高井壁稳定性、钻井液抑制性、微纳米级封堵性、润滑性和环保问题等方面入手，研发了五种处理剂，完成了材料配伍性研究，优选了体系配方，提出了一套适合深井及大位移水平井的XZ高效环保型水基钻井液体系工艺。研究结果表明，该体系润滑效果良好，具有较好的抗盐、抗钙污染能力和防漏封堵能力，可以减少井壁不稳定的发生，总体抑制性较好，可以满足安全钻井需求，同时满足环保体系去磺化的要求。

关 ?键 ?词：井壁稳定性;抑制性;封堵性;环保;水基钻井液

中图分类号：TE 254.4 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）02-0341-05

Abstract： In view of the technical problems of drilling fluid at present， from the aspects of improving wellbore stability， drilling fluid inhibition， micro and nano level plugging， lubrication and environmental protection effect， five kinds of treatment agents were developed， the compatibility research of materials was completed， and the system formula was optimized， a set of efficient and environmentally friendly water-base drilling fluid system suitable for deep well and large displacement horizontal wells was put forward. The results show that the system has good lubrication effect， good salt resistance， good calcium pollution resistance and leakage prevention and sealing ability. It can reduce the instability of the wellbore， and the overall inhibition is good， and it can meet the safe drilling requirements， meet the requirements of desulfonation of environmental protection system at the same time.

Key words： Wellbore stability; Inhibition; Plugging; Environmental protection; Water-based drilling fluid

新疆油田深井及大位移深水平井的儲层埋藏相对较深、地层压力变化大、岩性复杂，在钻探过程中，目前使用的水基钻井液和油基钻井液在性能方面仍需提高。水基钻井液具有抑制能力不足，井壁稳定性差，润滑防卡能力不足，微纳米孔隙和微裂缝封堵能力不足等特点[1];油基钻井液具有成本高，环境污染严重，固井质量差，影响测井，更易传递压力等特点[2]。针对以上情况，研发了XZ高效环保型水基钻井液，将油基钻井液的优点融入水基钻井液，提高了水基钻井液的井壁稳定性、抑制性、微纳米级封堵、润滑防卡能力等，满足深井和大位移水平井钻探[3]。

1 ?处理剂性能评价

1.1 ?钻井液用仿生抑制剂XZ-YZJ

1.1.1 ?作用机理

仿生抑制剂XZ-YZJ的主要作用为通过嵌入到粘土的片层结构之间，聚合成具有类似于两层石墨烯结构的聚合物[4]。该聚合物与相邻的粘土表面之间形成强度远高于普通氢键的强氢键，通过桥接作用将相邻粘土片层紧密束缚在一起，从而起到抑制其水化分散作用[5]。

1.1.2 ?XZ-YZJ性能评价

实验选择在蒸馏水中加入不同量的XZ-YZJ，分别测定各时间的膨润土的线性膨胀高度，结果见图1。

从图1可以看出，随着XZ-YZJ加量的不断增大，膨润土的线性膨胀高度显著降低。XZ-YZJ加量为1.5%时，膨润土线性膨胀量相对于蒸馏水降低40%左右。

1.2 ?钻井液用仿生封堵剂XZ-FDJ

1.2.1 ?作用机理

封堵剂以纳米尺度分散在钻井液中时，巨大的比表面积会使其在浓度很低的情况下大面积贴附于井壁表面，并通过类似瓦片的连接方式形成薄而坚韧的一体化薄膜材料，从而起到封堵地层微米至纳米级孔隙的作用[6]。

1.2.2 ?XZ-FDJ性能评价

在蒸馏水中加入不同量的降滤失剂XZ-FDJ，实验结果见图6。

1.3 ?钻井液用仿生润滑剂XZ-RHJ

1.3.1 ?作用机理

钻井液用键合润滑剂XZ-RHJ具有强吸附基团，在井壁及钻具表面可形成牢固物理化学吸附，从而形成抗高剪切的吸附油膜，降低钻具与井壁的摩阻，起到防卡润滑作用[7]。

1.3.2 ?XZ-RHJ性能评价

從表1和表2可以看出，钻井液用仿生润滑剂XZ-RHJ具有良好的润滑效果。

1.4 ?钻井液用双疏剂XZ-SSJ

1.4.1 ?作用机理

双疏剂是一种带有吸附基团及低表面能基团的特种表面活性剂，首先通过吸附基团在岩石表面吸附，双疏剂附着在岩石表面，然后双疏剂中低表面能基团可在岩石表面形成低表面能“涂层”，从而高表面张力的自由水及油无法在岩石表面润湿铺展，起到了疏水疏油的作用，有效减少了水敏地层岩石的表面水化及渗透水化，达到了稳定井壁的效果[8]。

1.5 ?钻井液用成膜剂XZ-CMJ

1.5.1 ?作用机理

XZ-CMJ能够吸附在粘土表面抑制其水化，还可以在岩石表面自发聚合形成一层聚合物膜，起到封堵泥页岩微孔隙和微裂缝，降低次生裂缝发育以及钻井液压力传递的作用[9-11]，见图9。

4 ?结论

（1）使用XZ高效环保型水基钻井液体系，加入7%KCL和0.5% CaO，K+浓度达到20 000 mg/L以上，钻井液的抑制性很强，使用0.6% TC-DBY使体系有很好的包被作用，以胶液形式维护维护处理，性能稳定;加入2%QCX-1+1%WC-1+3%XZ-FDJ，保持封堵剂的浓度达到3%，以形成致密高强度的“屏蔽环”，对油气层有很好的保护作用，钻井液具有较高的封堵防塌特性;加入4% XZ-CMJ +2%XZ-YZJ能改善钻井液的泥饼质量，形成致密的泥饼从而保证了井壁的稳定性;泥岩段返出的岩屑成型，表明钻井液具有较强的抑制泥岩水化的能力。

（2）XZ高效环保型水基钻井液体系，转化后手感润滑，动切力较高，具有很好的携带岩屑的能力，能及时将井底的岩屑携带出地面处理干净，振动筛反出来的岩屑整齐，包被效果好;同时有很小的触变性能，降低因静止时间长或下钻开泵等激动压力过大造成的井漏事故，中压失水为3～4 mL，减少了因井壁吸水膨胀造成的井壁不稳定的发生;总体抑制性比较好，可以满足安全钻井需求，同时满足环保体系现在去磺化的要求。该钻井液体系可用于深井、大位移井的钻井作业中，且无毒性、对环境无污染，符合环保要求，具有良好的推广前景。

参考文献：

[1] 谢晓永，王怡. 川西须家河组页岩气水基钻井液技术[J]. 断块油气田， 2014， 21（6）：802-805.

[2] 潘一，付龙，杨双春. 国内外油基钻井液研究现状[J]. 现代化工， 2014， 34（4）：21-24.

[3] 刘云，于小龙，张文哲. 延长油田东部浅层水平井钻井液体系优化应用[J]. 非常规油气， 2018（1）.

[4] 高永会，刘晓栋，谭文礼，等. 提高聚醚多元醇钻井液性能的添加剂研究[J]. 钻井液与完井液， 2014， 31（6）：5-8.

[5] 宣扬，蒋官澄，李颖颖，等. 基于仿生技术的强固壁型钻井液体系[J]. 石油勘探与开发， 2013， 40（4）：497-501.

[6] 宣扬，蒋官澄，黎凌，等. 高性能纳米降滤失剂氧化石墨烯的研制与评价[J]. 石油学报， 2013， 34（5）：1010-1016.

[7] 刘建军，刘晓栋，王彪.钻井液用低荧光高效极压润滑剂BDLU-100L的性能研究[J].油田化学， 2016，33（02）：200-203.

[8] 邓春闽. 表面活性剂对再生丝素蛋白凝胶化的影响及作为药物缓释载体的研究[D]. 苏州大学， 2013：21-29.

[9] 朱金智，许定达，任玲玲，苏超，张震，赵林.封堵防塌成膜剂PF-HCM在钻井液中的应用[J]. 当代化工， 2016， 45（11）：2530-2533.

[10] 白小东，蒲晓林. 水基钻井液成膜技术研究进展[J]. 天然气工业， 2006， 26（8）：75-77.

[11] 张朔，蒋官澄，郭海涛，等. 新型钻井液成膜剂的研制及其在埕海油田的应用[J]. 石油钻探技术， 2013， 41（2）：44-48.