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1、 钻井液技术发展态势钻井液技术发展态势 石油大学（北京）石油大学（北京）鄢捷年鄢捷年一、钻井液技术的发展阶段一、钻井液技术的发展阶段1 1、1914191419161916年，清水作为旋转钻井的洗井介年，清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用质，即开始使用“泥浆泥浆”。2 2、从、从20206060年代，以分散型水基钻井液为主要年代，以分散型水基钻井液为主要类型的阶段类型的阶段 在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。其中有代表性的技术措施和气体型钻井流体。其中
2、有代表性的技术措施包括：包括：（1 1）1921192119221922年，重晶石和氧化铁粉开始用年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；作加重材料；（2 2）19261926年，开始使用膨润土作为悬浮剂年，开始使用膨润土作为悬浮剂；（3）1930年，研制出最早的泥浆处理剂年，研制出最早的泥浆处理剂 丹宁丹宁酸钠；酸钠；（4）19311937年，研制出各种泥浆测量仪器，年，研制出各种泥浆测量仪器，提出了对泥浆性能控制的要求；提出了对泥浆性能控制的要求；（5）19441945年，年，Na-CMC（钠羧甲基纤维钠羧甲基纤维素）作为降滤失剂，开始应用于钻井液中；素）作为降滤失剂，开始应用于钻井液中；（
3、6）1955年，年，FCLS（铁铬木质素磺酸盐）作为铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，开始应用于钻井液中；稀释剂，开始应用于钻井液中；（7）从）从60年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛和氯化钙钻井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛使用。使用。3 3、70-8070-80年代，以聚合物不分散钻井液年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段为主要类型的阶段聚合物钻井液是国内外水基钻井液发展最迅聚合物钻井液是国内外水基钻井液发展最迅速的一类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入了速的一类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学发展阶段。聚合
4、物钻井液大体上又分为以下几科学发展阶段。聚合物钻井液大体上又分为以下几种类型：种类型：（1 1）部分水解聚丙烯酰胺体系；）部分水解聚丙烯酰胺体系；（2 2）氯化钾聚合物钻井液体系；）氯化钾聚合物钻井液体系；（3 3）羟乙基纤维素体系；）羟乙基纤维素体系；（4 4）聚丙烯与聚乙二醇共聚物（）聚丙烯与聚乙二醇共聚物（COP/PPGCOP/PPG）体系；体系；这一阶段，油基钻井液也有了进一步的这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：发展：在在5050年代柴油为基油的油基钻井液基础上，年代柴油为基油的油基钻井液基础上，7070年代年代发展了低胶质油包水乳化钻井液，发展了低胶质油包水乳化钻井液，8080
5、年代年代低毒油包水乳化钻井液。低毒油包水乳化钻井液。在抗高温深井钻井液方面：在抗高温深井钻井液方面：研制出以研制出以ResinexResinex为代表的抗高温处理为代表的抗高温处理剂，使深井钻井液技术取得了很大进展。剂，使深井钻井液技术取得了很大进展。90年代以来，年代以来，（1）聚合物钻井液进一步发展）聚合物钻井液进一步发展（2）MMH钻井液钻井液（3）合成基钻井液）合成基钻井液（4）聚合醇钻井液）聚合醇钻井液（5）甲酸盐钻井液）甲酸盐钻井液（6）硅酸盐钻井液）硅酸盐钻井液二、我国钻井液技术二、我国钻井液技术发展概况发展概况50-60年代年代分散钻井液分散钻井液钙处理钻井液（以石灰、石膏及钙
6、处理钻井液（以石灰、石膏及氯化钙为絮凝剂）氯化钙为絮凝剂）盐水钻井液盐水钻井液70年代年代-80年代中期年代中期7070年代初年代初:低固相铁铬盐混油（或盐水）钻井液低固相铁铬盐混油（或盐水）钻井液褐煤氯化钙钻井液褐煤氯化钙钻井液褐煤石膏钻井液褐煤石膏钻井液低固相饱和盐水钻井液低固相饱和盐水钻井液高分子有机处理剂已广泛应用于钻井液中。高分子有机处理剂已广泛应用于钻井液中。7070年代末至年代末至8080年代中期年代中期 我国钻井液技术有了很大的发展。主要表现在：我国钻井液技术有了很大的发展。主要表现在：三磺（磺化丹宁或烤胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂）钻井液在全三磺（磺化丹宁或烤胶、磺化褐煤和磺化
7、酚醛树脂）钻井液在全国推广使用后，创下了钻超井国推广使用后，创下了钻超井71757175m m的纪录。的纪录。低固相不分散聚合物钻井液技术在我国得到全面推广。开始时仅低固相不分散聚合物钻井液技术在我国得到全面推广。开始时仅使用聚丙烯酰胺单一型聚合物絮凝剂，以后陆续研制成功不同基使用聚丙烯酰胺单一型聚合物絮凝剂，以后陆续研制成功不同基团、不同分子量的聚合物处理剂，形成了多种聚合物钻井液体系。团、不同分子量的聚合物处理剂，形成了多种聚合物钻井液体系。聚合物钻井液主要应用于井深聚合物钻井液主要应用于井深40004000m m以内的井，在当时曾有力地配以内的井，在当时曾有力地配合了高压喷射钻井，大大地
8、提高了钻井速度。由于聚合物处理剂合了高压喷射钻井，大大地提高了钻井速度。由于聚合物处理剂具有良好的护壁作用，所研制的钾基聚合物钻井液在很大程度上具有良好的护壁作用，所研制的钾基聚合物钻井液在很大程度上解决了泥、页岩地层的坍塌问题。解决了泥、页岩地层的坍塌问题。8080年代初期，研制成功了油包水乳化加重钻井液，并在华北、新年代初期，研制成功了油包水乳化加重钻井液，并在华北、新疆和中原等油田得到成功应用，有效地解决了钻遇大段岩膏层和疆和中原等油田得到成功应用，有效地解决了钻遇大段岩膏层和水敏性泥、页岩地层时所遇到的各种问题。水敏性泥、页岩地层时所遇到的各种问题。钻井液处理剂、原材料品种迅速增加，质
9、量不断提高。钻井液处理剂、原材料品种迅速增加，质量不断提高。19781978年，年，我国钻井液处理剂仅有我国钻井液处理剂仅有4040多种，多种，19831983年增至年增至7676种，种，19851985年已达到年已达到1616个门类，共个门类，共129129种。种。1986-1990 1986-1990年（年（“七五七五”期间）期间）在新的起点上对聚合物钻井液进行了全面、系在新的起点上对聚合物钻井液进行了全面、系统的研究，研制出两性离子聚合物钻井液和阳离子统的研究，研制出两性离子聚合物钻井液和阳离子聚合物钻井液等新体系，并在全国许多油田推广使聚合物钻井液等新体系，并在全国许多油田推广使用，取
10、得良好效果。将聚合物处理剂的类型从阴离用，取得良好效果。将聚合物处理剂的类型从阴离子扩展到阳离子、两性离子，并对大、中、低分子子扩展到阳离子、两性离子，并对大、中、低分子量聚合物处理剂及其复配作用在抑制性、降滤失、量聚合物处理剂及其复配作用在抑制性、降滤失、降粘作用机理方面进行了系统研究。在此基础上研降粘作用机理方面进行了系统研究。在此基础上研制出以制出以FA-367FA-367、XY-27XY-27和和JT-888JT-888等处理剂组成的两性等处理剂组成的两性离子聚合物钻井液体系，和由阳离子包被剂、降滤离子聚合物钻井液体系，和由阳离子包被剂、降滤失剂、降粘剂、防塌剂等组成的全阳离子聚合物钻
11、失剂、降粘剂、防塌剂等组成的全阳离子聚合物钻井液体系；井液体系；为保护油气层，提高钻速，实现欠平衡压力钻为保护油气层，提高钻速，实现欠平衡压力钻井，发展了泡沫和充气钻井液技术。其中使用井，发展了泡沫和充气钻井液技术。其中使用泡沫钻成的油井的井深达到泡沫钻成的油井的井深达到32323232m m。为了有效地解决井壁失稳问题，系统地研究了为了有效地解决井壁失稳问题，系统地研究了各类钻井液及其处理剂与井壁稳定性的关系，各类钻井液及其处理剂与井壁稳定性的关系，研制出了各种具有强抑制性的防塌钻井液体系，研制出了各种具有强抑制性的防塌钻井液体系，并研制出可对付复杂盐膏层的过饱和盐水钻井并研制出可对付复杂盐
12、膏层的过饱和盐水钻井液和油包水乳化钻井液等。液和油包水乳化钻井液等。研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻井液和三液体系。该体系兼有聚合物钻井液和三磺钻井液的优点，既有很强的抑制性，磺钻井液的优点，既有很强的抑制性，又改善了高温高压条件下钻井液的性能。又改善了高温高压条件下钻井液的性能。并大大地减少了井下复杂情况的发生，并大大地减少了井下复杂情况的发生，提高了机械钻速。提高了机械钻速。1991199119951995年（年（“八五八五”期间）期间）我国钻井液技术又上了一个新的台阶。主要我国钻井液技术又上了一个新的台阶。主要体现在：体现在：
13、聚合物钻井液技术又有了新的进步。其中两性离聚合物钻井液技术又有了新的进步。其中两性离子聚合物钻井液技术更加成熟，据统计，该体系子聚合物钻井液技术更加成熟，据统计，该体系已在我国已在我国1515个油田的数千口井上推广使用，并成个油田的数千口井上推广使用，并成功研制出两性离子聚合物加重钻井液，最高密度功研制出两性离子聚合物加重钻井液，最高密度可达可达2.03/2.03/cmcm3 3。发展了混合金属层状氢氧化物（发展了混合金属层状氢氧化物（MMHMMH）钻井钻井液（又称为正电胶钻井液）技术。这类钻井液有液（又称为正电胶钻井液）技术。这类钻井液有其独特的流变特性，还具有强抑制性、防漏、减其独特的流变
14、特性，还具有强抑制性、防漏、减少油气层损害程度、有利于提高钻速等性能，目少油气层损害程度、有利于提高钻速等性能，目前已在全国多个油田上千口井上推广使用；前已在全国多个油田上千口井上推广使用；发展了水平井钻井液配套技术，成功地解决发展了水平井钻井液配套技术，成功地解决了钻水平井时所遇到的携岩、井壁稳定、防漏堵了钻水平井时所遇到的携岩、井壁稳定、防漏堵漏、钻井液润滑性和保护油气层等技术难题，其漏、钻井液润滑性和保护油气层等技术难题，其成果在总体上达到成果在总体上达到9090年代国际先进水平。年代国际先进水平。钻井液处理剂继续以较快速度发展，并逐步钻井液处理剂继续以较快速度发展，并逐步形成系列。形成
15、系列。19931993年，我国钻井液处理剂已有年，我国钻井液处理剂已有1616个个门类，共计门类，共计246246种。种。三、国内外钻井液技术三、国内外钻井液技术对比分析对比分析 与国外相比，虽然我国钻井液技术起步相与国外相比，虽然我国钻井液技术起步相对较晚，但由于发展速度较快，特别是进入对较晚，但由于发展速度较快，特别是进入8080年代以来，随着我国聚合物钻井液技术、深井年代以来，随着我国聚合物钻井液技术、深井钻井液技术和保护油气层技术等的不断发展，钻井液技术和保护油气层技术等的不断发展，以及钻井液处理剂不断走向系列化、标准化，以及钻井液处理剂不断走向系列化、标准化，使我国的钻井液工艺技术与
16、国际先进水平的差使我国的钻井液工艺技术与国际先进水平的差距不断地缩小。可以认为，目前我国的钻井液距不断地缩小。可以认为，目前我国的钻井液工艺技术在总体上已经基本上达到国际先进水工艺技术在总体上已经基本上达到国际先进水平。在某些技术领域，我们已处于领先或者已平。在某些技术领域，我们已处于领先或者已后来居上，但在有些领域，与国外相比还有一后来居上，但在有些领域，与国外相比还有一定差距。定差距。已达到国际先进水平的技术领域大致已达到国际先进水平的技术领域大致有以下方面：有以下方面：阳离子聚合物钻井液首先首先在国外研制出来，阳离子聚合物钻井液首先首先在国外研制出来，但目前我国对该类体系的研究和应用已走
17、在前但目前我国对该类体系的研究和应用已走在前面。面。两性离子聚合物钻井液首先由我国研制出来，两性离子聚合物钻井液首先由我国研制出来，并已得到广泛应用。该类钻井液所使用的处理并已得到广泛应用。该类钻井液所使用的处理剂已经系列化，在机理研究方面亦处于先进水剂已经系列化，在机理研究方面亦处于先进水平平。混合金属层状氢氧化物（混合金属层状氢氧化物（即正电胶即正电胶）钻井液是）钻井液是国外国外8080年代研制的一种新型钻井液，我国在该年代研制的一种新型钻井液，我国在该项技术的研究和应用方面，基本上与国际先进项技术的研究和应用方面，基本上与国际先进水平保持同步。这类钻井液在我国已广泛应用水平保持同步。这类
18、钻井液在我国已广泛应用于水平井钻井作业中。特别是利用其独特的流于水平井钻井作业中。特别是利用其独特的流变特性，保证了我国第一口短半径水平井的顺变特性，保证了我国第一口短半径水平井的顺利钻成。利钻成。自自“七五七五”以来，我国在保护油气层的钻井液、以来，我国在保护油气层的钻井液、完井液技术领域已有很大发展。目前在损害机完井液技术领域已有很大发展。目前在损害机理的评价、预测技术、油气层损害室内评价技理的评价、预测技术、油气层损害室内评价技术和暂堵技术等方面，均达到国际先进水平。术和暂堵技术等方面，均达到国际先进水平。其中屏蔽暂堵技术为我国首次提出，形成了自其中屏蔽暂堵技术为我国首次提出，形成了自己
19、的技术特色。己的技术特色。在以下方面与国际先进水平相比仍存在在以下方面与国际先进水平相比仍存在着一定的差距：着一定的差距：虽然钻井液、完井液处理剂在品种上发展较快，但质虽然钻井液、完井液处理剂在品种上发展较快，但质量方面问题较多。完井液原材料和处理剂尚未形成系量方面问题较多。完井液原材料和处理剂尚未形成系列配套，品种也不齐全。另外，抗温、抗盐处理剂及列配套，品种也不齐全。另外，抗温、抗盐处理剂及缓蚀剂等也尚需完善。缓蚀剂等也尚需完善。性能良好的性能良好的固控设备固控设备，从数量上、质量上远远不能满，从数量上、质量上远远不能满足油田的需要。除砂器、除泥器效果仍然欠佳，离心足油田的需要。除砂器、除
20、泥器效果仍然欠佳，离心机还没推广应用，细目振动筛还处于研究阶段，固控机还没推广应用，细目振动筛还处于研究阶段，固控设备与固控工艺技术的优选仍停留在初级阶段。这项设备与固控工艺技术的优选仍停留在初级阶段。这项工作直接影响钻井速度和成本。工作直接影响钻井速度和成本。基础理论研究薄弱，研究部门的仪器设备与国际基础理论研究薄弱，研究部门的仪器设备与国际先进水平相比差距较大，严重影响我国处理剂与先进水平相比差距较大，严重影响我国处理剂与钻井液技术进一步发展与创新。钻井液技术进一步发展与创新。深井、超深井钻井液技术，复杂地层钻井液技术，深井、超深井钻井液技术，复杂地层钻井液技术，水平井、丛式井钻井液和完井
21、液技术，特别是短水平井、丛式井钻井液和完井液技术，特别是短半径、超短半径钻井液技术，小井眼钻井液和完半径、超短半径钻井液技术，小井眼钻井液和完井液技术，都应进一步深入研究解决井液技术，都应进一步深入研究解决。保护油气层系统工程的研究亟待解决，从钻开油保护油气层系统工程的研究亟待解决，从钻开油层、测试、生产、增产措施以及提高采收率系统层、测试、生产、增产措施以及提高采收率系统地整装地保护储层，以及预测、诊断、评价、预地整装地保护储层，以及预测、诊断、评价、预防及处理全套技术的研究。防及处理全套技术的研究。环境保护方面的研究工作尚处于起步阶段，应积环境保护方面的研究工作尚处于起步阶段，应积极进行无
22、毒原材料处理剂和钻井液、完井液的研极进行无毒原材料处理剂和钻井液、完井液的研究，加速解决废弃钻井液固液分离问题，并发展究，加速解决废弃钻井液固液分离问题，并发展固化等新技术。固化等新技术。在钻井液技术领域，开发的软件还很少，建立实在钻井液技术领域，开发的软件还很少，建立实用的人工智能专家系统仍处于探索阶段。用的人工智能专家系统仍处于探索阶段。四、钻井液工艺技术的关键内容四、钻井液工艺技术的关键内容深井高温、高密度钻井液技术；深井高温、高密度钻井液技术；特殊工艺井钻井液技术；特殊工艺井钻井液技术；防塌钻井液技术；防塌钻井液技术；处理剂系列和钻井液体系的发展与应用；处理剂系列和钻井液体系的发展与应
23、用；保护储层的钻井液、完井液技术；保护储层的钻井液、完井液技术；钻井液润滑性及防卡、解卡技术；钻井液润滑性及防卡、解卡技术；钻井液防漏、堵漏技术；钻井液防漏、堵漏技术；钻井液流变性及其与携岩的关系；钻井液流变性及其与携岩的关系；钻井液固控技术；钻井液固控技术；废弃钻井液处理技术。废弃钻井液处理技术。五、国内外钻井液技术五、国内外钻井液技术发展动态发展动态（一）水基钻井液（一）水基钻井液1 1、聚合物钻井液、聚合物钻井液国外传统的聚合物钻井液主要有部分水解聚丙烯国外传统的聚合物钻井液主要有部分水解聚丙烯酰胺（酰胺（PHPA）钻井液、钻井液、XC生物聚合物钻井液、羟乙生物聚合物钻井液、羟乙基纤维素
24、（基纤维素（HEC）钻井液等。钻井液等。近年来，国外发展较快的是近年来，国外发展较快的是M-I公司研制的阳离子公司研制的阳离子聚合物钻井液体系，主要用作防塌钻井液使用。该体聚合物钻井液体系，主要用作防塌钻井液使用。该体系所使用的处理剂主要包括高分子阳离子聚合物系所使用的处理剂主要包括高分子阳离子聚合物（MCAT）和低分子阳离子聚合物（和低分子阳离子聚合物（ACAT-A）。）。俄罗斯也研制出多种聚合物处理剂，主要是各种俄罗斯也研制出多种聚合物处理剂，主要是各种类型的丙烯酸脂和甲基丙烯酸脂的聚合物。类型的丙烯酸脂和甲基丙烯酸脂的聚合物。2、MMH钻井液钻井液 混合金属层状氢氧化物（混合金属层状氢氧
25、化物（MMH）最初是最初是DOW化化学试剂公司产品。它属于无机处理剂，从分子中学试剂公司产品。它属于无机处理剂，从分子中Li、Mg、Al元素的氢氧化物结构中取得正电荷，是一种元素的氢氧化物结构中取得正电荷，是一种很强的絮凝剂，可与易水化的粘土矿物发生作用，从很强的絮凝剂，可与易水化的粘土矿物发生作用，从而抑制其分散。其水溶液具有很高屈服值和较弱的凝而抑制其分散。其水溶液具有很高屈服值和较弱的凝胶强度，因而表现出胶强度，因而表现出“动即流，静即凝动即流，静即凝”的特性。国的特性。国内称之为正电胶，因此内称之为正电胶，因此MMH钻井液被称为正电胶钻钻井液被称为正电胶钻井液。用井液。用MMH处理低膨
26、润土含量的水基泥浆可获得处理低膨润土含量的水基泥浆可获得较高的粘切、较低的塑性粘度和特优的剪切稀释特性。较高的粘切、较低的塑性粘度和特优的剪切稀释特性。但其降滤失性能较差，必须配合使用非离子型的降滤但其降滤失性能较差，必须配合使用非离子型的降滤失剂才能满足钻井要求。这类钻井液主要用于解决复失剂才能满足钻井要求。这类钻井液主要用于解决复杂地层的携岩与防塌问题杂地层的携岩与防塌问题，同时它对油气层的损害程，同时它对油气层的损害程度较小。度较小。3 3、水基防塌钻井液、水基防塌钻井液国外学者对国外学者对K+、NH4+和聚合物抑制页岩和聚合物抑制页岩水化的机理进行了研究。进入水化的机理进行了研究。进入
27、90年代以来，年代以来，对井壁稳定性的机理问题开展了更深入的研对井壁稳定性的机理问题开展了更深入的研究，指出井内流体和井壁页岩中水的总势能究，指出井内流体和井壁页岩中水的总势能大小决定了水的流向大小决定了水的流向。若井眼内水的总势能。若井眼内水的总势能大于页岩中水的总势能，则泥浆中的水就会大于页岩中水的总势能，则泥浆中的水就会向地层中的页岩渗入，造成水化和井塌。并向地层中的页岩渗入，造成水化和井塌。并指出井壁失稳过程可分为四个不同的阶段，指出井壁失稳过程可分为四个不同的阶段，即原始页岩状态、页岩膨胀、井壁坍塌以及即原始页岩状态、页岩膨胀、井壁坍塌以及页岩在泥浆中分散。页岩在泥浆中分散。常用防塌
28、剂类型：常用防塌剂类型：（1 1）阴离子高分子聚合物类，主要指聚丙烯酰）阴离子高分子聚合物类，主要指聚丙烯酰胺盐类胺盐类 品种有聚丙烯酰胺钾盐（品种有聚丙烯酰胺钾盐（K-HPAM)、聚、聚丙烯酰胺钙盐（丙烯酰胺钙盐（Ca-HPAM）和聚丙烯酰胺铵和聚丙烯酰胺铵盐盐(NH4-HPAM）。）。PAC-141和和 80A-51亦属此亦属此类。该类防塌剂均以丙烯酰胺和丙烯酸盐为基类。该类防塌剂均以丙烯酰胺和丙烯酸盐为基本原料共聚而成，其水解度多在本原料共聚而成，其水解度多在3060%之间，之间，分子量一般在分子量一般在200500万之间，均具有较强的万之间，均具有较强的“包被包被”作用，是防塌泥浆中的
29、主处理剂。作用，是防塌泥浆中的主处理剂。（2）沥青类产品）沥青类产品 主要品种为磺化沥青（主要品种为磺化沥青（SAS）。）。该类产品主要从抑该类产品主要从抑制水化和降滤失两方面起防塌作用。特别是通过填堵页制水化和降滤失两方面起防塌作用。特别是通过填堵页岩的微裂缝，阻止水的侵入。岩的微裂缝，阻止水的侵入。（3）阳离子聚合物）阳离子聚合物 为了增强聚合物处理剂的包被、抑制特性，将有机为了增强聚合物处理剂的包被、抑制特性，将有机阳离子基团（如季胺盐）引入聚合物分子链中而制成该阳离子基团（如季胺盐）引入聚合物分子链中而制成该类产品。其主要品种有聚胺甲基丙烯酰胺（类产品。其主要品种有聚胺甲基丙烯酰胺（C
30、PAM，俗俗称称“大阳离子聚合物大阳离子聚合物”），其中阳离子基团所占比例），其中阳离子基团所占比例（即阳离子度）一般在（即阳离子度）一般在30%以上。该处理剂在页岩上有以上。该处理剂在页岩上有较强的吸附性能，与较强的吸附性能，与PHPA相比，抑制分散的能力大大相比，抑制分散的能力大大增强增强;此外还有小分子量的有机化合物此外还有小分子量的有机化合物（俗称（俗称“小阳离小阳离子子”）,如双三甲基乙基氯化胺（如双三甲基乙基氯化胺（NW-1）等，主要用作等，主要用作粘土稳定剂，其抑制分散的能力与十倍加量的粘土稳定剂，其抑制分散的能力与十倍加量的KCl大致大致相当；相当；（4）聚合醇类）聚合醇类既是
31、十分有效的页岩抑制剂，又是润滑剂。既是十分有效的页岩抑制剂，又是润滑剂。生物毒性低，可满足环保要求。例如：生物毒性低，可满足环保要求。例如：DowDow化学试剂公司研制生产的化学试剂公司研制生产的W-80W-80是具有代表是具有代表性的甘油基材料，其组成如下：性的甘油基材料，其组成如下：101013%13%甘油，甘油，161623%23%二聚甘油，二聚甘油，5 57%7%三聚甘油，三聚甘油，4 46%6%四聚四聚甘油，甘油，3 34%4%五聚甘油，少量高聚甘油，以及五聚甘油，少量高聚甘油，以及2 24%4%NaClNaCl和和222228%28%水。这种甘油基在泥浆中的加水。这种甘油基在泥浆中
32、的加量范围为量范围为6 640%40%。由它配制的泥浆具有与油基泥。由它配制的泥浆具有与油基泥浆相似的特性而又不存在环境污染问题。通常称浆相似的特性而又不存在环境污染问题。通常称之为之为“仿油基泥浆仿油基泥浆”，用于钻易塌地层时可取得，用于钻易塌地层时可取得良好效果，尤其适于海洋钻井。只是成本要高于良好效果，尤其适于海洋钻井。只是成本要高于水基泥浆。水基泥浆。（5）无机防塌处理剂）无机防塌处理剂硅酸盐类硅酸盐类 硅酸钠、硅酸钾等。试验表明（见丁锐博士硅酸钠、硅酸钾等。试验表明（见丁锐博士论文，论文，1999年）：硅酸盐能有效阻止粘土水化年）：硅酸盐能有效阻止粘土水化分散，并能封堵岩石孔隙，具有
33、固结井壁的作分散，并能封堵岩石孔隙，具有固结井壁的作用。用。无机盐类无机盐类KCl等。尽管目前普遍认为有机聚合物防塌等。尽管目前普遍认为有机聚合物防塌剂的效果高于无机盐，但无机盐的防塌作用仍剂的效果高于无机盐，但无机盐的防塌作用仍不可忽视。不可忽视。金属层状氢氧化物（金属层状氢氧化物（MMH）（二）油基钻井液（二）油基钻井液 80 80年代以来，我国先后在华北、新疆、中年代以来，我国先后在华北、新疆、中原、大庆等油田使用过油基泥浆。但由于考虑原、大庆等油田使用过油基泥浆。但由于考虑其成本问题，油基泥浆在我国应用十分有限，其成本问题，油基泥浆在我国应用十分有限，但国外一直将使用油基泥浆当作钻深井
34、、超深但国外一直将使用油基泥浆当作钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段，同时也当作保护油气层的一个重的重要手段，同时也当作保护油气层的一个重要手段要手段。国外油基钻井液技术的发展国外油基钻井液技术的发展50-6050-60年代年代 全油钻井液全油钻井液 以柴油为基油的油包水乳化钻井液以柴油为基油的油包水乳化钻井液7070年代年代 活度平衡的油包水乳化钻井液活度平衡的油包水乳化钻井液 低胶质油包水乳化钻井液低胶质油包水乳化钻井液8080年代年代 以矿物油为基油的低毒油包水乳化以矿物油为基油的低毒油包水乳化 钻井液钻井液 90 90
35、年代以来，为了进一步提高油基钻井年代以来，为了进一步提高油基钻井液的携岩能力、提高机械钻速及减轻对环境液的携岩能力、提高机械钻速及减轻对环境造成的损害，又推出了一些新的体系，使油造成的损害，又推出了一些新的体系，使油基泥浆技术取得了新的进展。基泥浆技术取得了新的进展。（1 1）高油水比铁矿粉加重油包水乳化钻井液）高油水比铁矿粉加重油包水乳化钻井液 近年来，近年来，ExxonExxon公司在复杂深井中成功地公司在复杂深井中成功地使用了这种油基钻井液，其特点是将油基钻井使用了这种油基钻井液，其特点是将油基钻井液的含水量从液的含水量从151530%30%降至降至8 810%10%，并选用氧，并选用氧
36、化铁粉加重以降低体系中固相的体积百分含量。化铁粉加重以降低体系中固相的体积百分含量。其结果可使钻井液中乳化水滴的浓度、固相含其结果可使钻井液中乳化水滴的浓度、固相含量和悬浮颗粒数目大大减少，从而可明显降低量和悬浮颗粒数目大大减少，从而可明显降低塑性粘度和喷嘴处高剪速率下的流动阻力，使塑性粘度和喷嘴处高剪速率下的流动阻力，使机械钻速得以提高。试验表明，选用氧化铁粉机械钻速得以提高。试验表明，选用氧化铁粉加重可比用重晶石加重时的塑性粘度降低加重可比用重晶石加重时的塑性粘度降低252540%40%。（2）全油钻井液）全油钻井液由于油包水乳化钻井液存在着剪切稀释性能较差、由于油包水乳化钻井液存在着剪切
37、稀释性能较差、需备用大量乳化剂、易产生润湿反转和乳化堵塞对油需备用大量乳化剂、易产生润湿反转和乳化堵塞对油气层造成损害等问题，近年来美国气层造成损害等问题，近年来美国Intl泥浆公司研制泥浆公司研制出无水的全油钻井液。该体系具有类似于水基聚合物出无水的全油钻井液。该体系具有类似于水基聚合物钻井液的流变性，有较高的动塑比，剪切稀释性好，钻井液的流变性，有较高的动塑比，剪切稀释性好，因而提高了钻速，减少了井漏，改善了井眼清洗状况因而提高了钻速，减少了井漏，改善了井眼清洗状况及悬浮性。配制全油钻井液时应注意以下几点：及悬浮性。配制全油钻井液时应注意以下几点：（a）基油应选用芳香烃含量较低的柴油，最好
38、是无基油应选用芳香烃含量较低的柴油，最好是无毒矿物油；（毒矿物油；（b）需选用亲油的有机聚合物或胶质类需选用亲油的有机聚合物或胶质类处理剂作为降滤失剂；（处理剂作为降滤失剂；（c）使用有机土提高动切力，使用有机土提高动切力，必要时添加亲油的反絮凝剂降低粘切。该公司已使用必要时添加亲油的反絮凝剂降低粘切。该公司已使用这类钻井液钻井这类钻井液钻井60多口，密度调整范围为多口，密度调整范围为0.832.04 g/cm3,钻进深度已达钻进深度已达6309m，井底最高温度已达井底最高温度已达213 C，井斜达到井斜达到69 ，尤其在大斜度定向井中应用十分成，尤其在大斜度定向井中应用十分成功。功。（3 3
39、）研制出可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的）研制出可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的新型处理剂新型处理剂CCSCCS使用油基钻井液时，钻屑上滞留的油量一般使用油基钻井液时，钻屑上滞留的油量一般不得超过不得超过150150g/kgg/kg，否则这些岩屑将不允许排放否则这些岩屑将不允许排放（尤其海洋钻探作业时）。美国（尤其海洋钻探作业时）。美国M-IM-I泥浆公司近泥浆公司近来研制出一种复合阳离子表面活性剂，添加至油来研制出一种复合阳离子表面活性剂，添加至油基钻井液后不仅可有效地减少钻屑表面所吸附的基钻井液后不仅可有效地减少钻屑表面所吸附的油量，同时还具有改善流变性和降滤失的作用。油量，同时还具有改善
40、流变性和降滤失的作用。（4）高温高密度油基钻井液）高温高密度油基钻井液 中国海洋石油南海西部公司与石油大学等单中国海洋石油南海西部公司与石油大学等单位共同承担的国家位共同承担的国家863项目。项目。主要技术指标：主要技术指标：密度密度 2.30 g/cm3抗温抗温220 C以上以上HTHP滤失量（滤失量（200 C）10 ml HTHP滤失量（滤失量（220 C）80 的有的有6口，其中一口井水平位移达口，其中一口井水平位移达7290 m，80 以上以上井斜段为井斜段为5470 m。2 2、醚基钻井液、醚基钻井液R-O-R型有机物，可由醇类与酸反应生成。型有机物，可由醇类与酸反应生成。醚类（醚
41、类（Ethers）与酯类的物理性质相似，抗温与酯类的物理性质相似，抗温可达可达240240 C。由于其分子结构中没有活泼的基团，。由于其分子结构中没有活泼的基团，因而性能较稳定，有较强的抗盐、抗钙能力。因而性能较稳定，有较强的抗盐、抗钙能力。（3 3）聚）聚-烯烃钻井液烯烃钻井液（Polyalphaolefin,缩写缩写PAO）聚聚-烯烃是由烯烃是由-烯烃聚合而成的。由于烯烃聚合而成的。由于-烯烃在分子链的端部带有双键，经聚合后烯烃在分子链的端部带有双键，经聚合后双键仍保留在生成物的分子中，因而易于降双键仍保留在生成物的分子中，因而易于降解。聚解。聚-烯烃的另一优点是，它不随温度和烯烃的另一优
42、点是，它不随温度和pHpH值的变化而改变其特性。酯基钻井液在碱值的变化而改变其特性。酯基钻井液在碱性条件下则可能发生分解。因此，该类钻井性条件下则可能发生分解。因此，该类钻井液比酯基钻井液更能抗高温和石灰污染。液比酯基钻井液更能抗高温和石灰污染。聚合方式举例：聚合方式举例：生成二聚物、三聚物、四聚物等。生成二聚物、三聚物、四聚物等。C8H16 C16H32+C24H48+C32H64辛烯-1 16烯 24烯 32烯 C10H20 C20H40+C30H60+C40H80 癸烯-1 20烯 30烯 40烯 第二代合成基钻井液第二代合成基钻井液 与第一代合成基钻井液相比，第二与第一代合成基钻井液相
43、比，第二代合成基钻井液的粘度较低，配制成本代合成基钻井液的粘度较低，配制成本也较低，而且有更强的生物降解能力。也较低，而且有更强的生物降解能力。总的来看，第二代合成基钻井液更适于总的来看，第二代合成基钻井液更适于在高温深井中使用。在高温深井中使用。（四）深井钻井液技术（四）深井钻井液技术定义定义深井：井深深井：井深 4570m（15 000英尺）英尺）超深井：井深超深井：井深 6100m（20 000英尺）英尺）特深井：井深特深井：井深 9144m（30 000英尺）英尺）美国美国1938年年第一口深井（第一口深井（4572m）1949年年第一口超深井（第一口超深井（6250m）1974年年第
44、一口特深井（第一口特深井（9583m）中国中国1966年年第一口深井第一口深井大庆松基六井（大庆松基六井（4719m）70年代年代东风东风2井（井（5006m）、）、新港新港57井（井（5127m）、）、王深王深2井（井（5163m）1976年年第一口超深井第一口超深井女基井（女基井（6011m）1978年年最深超深井最深超深井关基井（关基井（7175m）对深井钻井液的特殊要求对深井钻井液的特殊要求高温稳定性高温稳定性耐高温主处理剂的优选较强的抑制性较强的抑制性良好的润滑性良好的润滑性良好的流变性良好的流变性钻井液密度 2.0时，膨润土含量应17.1g/l；使用MMH或XC生物聚合物提高携屑能
45、力；加入解絮凝剂控制静切力等。国外抗高温聚合物处理剂国外抗高温聚合物处理剂SSMA 磺化苯乙烯磺化苯乙烯马来酸酐共聚物马来酸酐共聚物M=10005000，抗温230 C，美国产品。美国产品。CDP/TDS 丙烯酸钠丙烯酸钠乙烯磺酸盐共聚物乙烯磺酸盐共聚物 M=1005000，抗温260 C，美国产品。美国产品。Resinex 褐煤树脂褐煤树脂降滤失剂，抗温降滤失剂，抗温220 C，美国产品。美国产品。Polydrill 新型磺化聚合物新型磺化聚合物 M=20万，抗温260 C，德国产品。德国产品。各公司深井钻井液组成情况各公司深井钻井液组成情况 具有相似的组成，即具有相似的组成，即无机盐无机盐
46、抗高温聚合物包被剂抗高温聚合物包被剂高温稳定剂高温稳定剂M-I Durathem System聚合物包被剂：PHPA EMI-164高温稳定剂：Desco（磺化单宁）Resinex（褐煤树脂）Polysal（淀粉）Polypac（聚阴离子纤维素）Spersene（铁铬木质素磺酸盐）无机盐：Ca(OH)2BaroidPolynox聚合物包被剂：VSVA（乙烯酰胺-乙烯磺酸盐共聚物）AKTA（抗高温流型调节剂）高温稳定剂：Lignox（丙烯酸-木质素共聚物）Baronex（聚阴离子纤维素）Carbonex（褐煤类非离子型处理剂）DexTrid（淀粉）无机盐：Ca(OH)2MilparkPyro-D
47、rill聚合物包被剂：COP-1（AMPS/AM共聚物）COP-1（AMPS/AAM共聚物）高温稳定剂：SSMA（磺化苯乙烯马来酸酐共聚物）Chemral-x（改性褐煤）Filtrex（褐煤树脂）无机盐：Ca(OH)2IDFPoly Tempy聚合物包被剂：聚合物包被剂：ID-Bond（部分水解聚丙烯酰胺）部分水解聚丙烯酰胺）Hi-Temp（丙烯酸共聚物）丙烯酸共聚物）PTS-200（抗高温聚合物）抗高温聚合物）高温稳定剂：高温稳定剂：ID-FLR（聚阴离子纤维素）聚阴离子纤维素）ID-Thin500（抗高温聚合物降粘剂抗高温聚合物降粘剂）ID-Sperse XTC（抗高温聚合物降粘剂）抗高温
48、聚合物降粘剂）ID-FLO（抗高温降滤失剂）抗高温降滤失剂）无机盐：无机盐：KCl国内国内聚磺钻井液聚磺钻井液聚合物包被剂：聚合物包被剂：PAC系列、系列、SK系列等，但抗温性不够；系列等，但抗温性不够；可抗可抗200 C 的的AMPS/AM、AMPS/AAM、Polydrill等正在研制中。等正在研制中。高温稳定剂：高温稳定剂：SMK（磺化栲胶）磺化栲胶）SMC（磺化褐煤）磺化褐煤）SMP（磺化酚醛树脂）磺化酚醛树脂）SLSP（磺化木质素磺甲基酚醛树脂）磺化木质素磺甲基酚醛树脂）SPNH（磺化褐煤树脂）磺化褐煤树脂）以及纤维素类、改性淀粉类等。以及纤维素类、改性淀粉类等。无机盐：无机盐：Ca
49、(OH)2、KCl我国深井钻井液技术我国深井钻井液技术经历三个发展阶段：经历三个发展阶段：1、钙处理钻井液阶段（、钙处理钻井液阶段（60-70年代）年代）用用CMC、FCLS、NaC、表面活性剂调节流表面活性剂调节流变和降滤失性能；变和降滤失性能；用用Ca(OH)2、CaSO4H2O、CaCl2或或NaCl增增强抑制性，提高抗污染能力。强抑制性，提高抗污染能力。2、三磺钻井液阶段（、三磺钻井液阶段（70年代）年代）使用使用SMK、SMC、SMP，并配合并配合FCLS、CMC、Ca(OH)2、K2CrO7、表面活性剂（表面活性剂（SP-80、AS等），成功钻成女基井（等），成功钻成女基井（601
50、1m）和关基和关基井（井（7175m）。）。抗温超过抗温超过190 C，标志着我国深井钻井液技术标志着我国深井钻井液技术已接近于国际先进水平。已接近于国际先进水平。3、聚磺钻井液阶段（、聚磺钻井液阶段（80年代以后）年代以后）即聚合物钻井液与三磺钻井液相结合，其广泛即聚合物钻井液与三磺钻井液相结合，其广泛应用是我国深井钻井液技术的又一大进步。应用是我国深井钻井液技术的又一大进步。三磺钻井液三磺钻井液+阴离子型丙烯酰胺、丙烯腈类聚合物阴离子型丙烯酰胺、丙烯腈类聚合物三磺钻井液三磺钻井液+两性离子型聚合物（两性离子型聚合物（FA-367、XY-27、JT-888等）等）三磺钻井液三磺钻井液+阳离子