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1、高温（220）高密度（2.3g/cm3）水基钻井液技术研究孙金声 杨泽星 （中国石油钻井工程技术研究院，北京）摘要：针对国内钻井工程需求，评价优选出抗高温钻井液高温保护剂、降滤失剂包被剂、抑制剂、封堵剂等钻井液处理剂。并进一步优选出抗高温（220）高密度（1.802.30g/cm3）水基钻井液配方。室内评价表明：该配方具有良好的流变性能、高温高压降滤失性能、抗污染性能、抑制性和润滑性。关键词：高温高密度 水基钻井液 钻井液处理剂 0 引言随着世界石油资源需求日益增加和已探明储量被不断开采，需要有足够的后备储量才能保证石油工业的长期可持续发展，深井和超深井德钻探已成为今后钻探工业发展的一个重要方
2、面1。深井、超深井钻井液技术是衡量钻井技术水平的重要标志，也是扩大油气勘探开发新领域的重要措施。钻井液是钻井的血液，深井、超深井钻井液技术更是关系深井钻井成败及其质量好坏的决定因素之一，是目前国内外钻井液工作者研究的主要课题。近年来，随着超深井、特殊井和复杂井数量的增多，钻井作业对钻井液处理剂的抗温性要求越来越高2。大庆徐家围子深层天然气的勘探取得重大突破，是大庆油田增储上产最主要、最现实的地区。在该地区钻井存在的主要难题之一是地层地温梯度高为4.1/100m，很多井底温度都在200250之间；我国南海西部的莺琼盆地是一个很有开发潜力的油气田，但这个地区的地质条件恶劣，地温梯度高，异常压力大，
3、预测井底最商温度能达240，钻井液密度要求2.33g/cm3，属于世界上三大高温高压并存的地区之一2-4；塔西南油田、四川的川东气田、新疆的克拉玛依油田等地区都不同程度的高温高压钻井和完井问题5。我国目前的水基钻井液体系最高使用温度在180以内。国内海洋钻井所钻遇的地层温度最高达200，所使用的钻井液密度最高达2.33g/cm3。这些钻井液由外国公司承包，所使用的主要处理剂也由外国公司提供6。基于以上情况，在大量调研国外资料的基础上，经过大量的室内试验研究，成功研制出抗高温（220）高密度（1.802.30g/cm3）水基钻井液体系。1 处理剂的优选与评价通过大量的室内研究，优选出下列适于抗高
4、温水基钻井液体系的处理剂：1.1 高温保护剂GBH 由中国石油勘探院钻井所合成，是一种磺化多元共聚物，具有以下功能：抗温性能好，在膨润土颗粒表面吸附能力强，高温下具有护胶作用。在钻井液中具有协同增效的作用，与其他处理剂可形成络合物，可以有效地提高其他处理剂的抗温性能，因而提高了整个钻井液体系的抗温能力。在高密度水基钻井液中具有高温稀释作用，能改善钻井液的流变性能和HTHP滤失性能。具有一定的页岩水化膨胀的作用，可稳定井眼。1.2 降滤失剂GJL、GJL在高温高压条件下，单一的降滤失剂很难满足钻井工艺要求，只有采用两个或两个以上的高温降滤失剂才能互相促进完善，达到设计要求。本配方采用的两个降滤失
5、剂均为磺化树脂型降滤失剂，抗温性能好降滤失能力强，对钻井液的增粘作用不大，在井壁上能形成低渗透、柔韧、薄而致密的泥饼，与其他处理剂的配伍性好；1.3 防塌封堵剂GFD具有良好的抑制页岩水化膨胀的作用，高温下能有效封堵井壁地层裂缝，有利于深井防塌和储层的保护同时它可以有效地填充与钻井液泥饼中，改善泥饼质量，降低泥饼的渗透性、摩阻系数和HTHP滤失量；2 高温、高密度水基钻井液的性能2.1 配方的确定通过室内系列配方的优选实验，最终确定新型抗高温钻井液的基本配方为：2夏子街土2保护剂GBH6降滤失剂GJL-4GJ-L4封堵剂GFD重晶石2.2 高温、高密度钻井液抗温性能按照2.1配方，低速搅拌依次
6、加入各种处理剂后，高速搅拌20min，装入瓶中密封养护24h。把养护好的钻井液移入高搅杯中，高速搅拌10min，测其流变性能和API滤失量。然后装入老化罐中在不同的温度下老化16h，冷却至室温，移入高搅杯中高速搅拌5min。测其流变性能、中压滤失量和高温高压滤失量。同一配方不同密度的钻井液在不同温度老化后的流变性能及滤失性能见表14及图14。表1 密度为1.80g/cm3钻井液在不同温度下老化后性能 序号温度老化情况（16 h）AVmPa.sPVmPa.sYPPaG/GPa/PaAPI FLmLHTHP/TML/pH值125热滚前5341122/15114.6/22092180热滚后35305
7、1/1.51.26/18093200热滚后363062/4.5110.4/20094220热滚后393271/22.49.8/2209表2 密度为2.00g/cm3钻井液在不同温度下老化后性能 序号温度老化情况（16 h）AVmPa.sPVmPa.sYPPaG/GPa/PaAPI FLmLHTHP/TmL/pH值125热滚前76.55521.55/24.5112.8/22092180热滚后39.5354.51/3.518.6/18093200热滚后363062/4.5111/20094220热滚后433673/15113/2209表3 密度为2.20g/cm3钻井液在不同温度下老化后性能 序号
8、温度老化情况（16 h）AVmPa.sPVmPa.sYPPaG/GPa/PaAPI FLmLHTHP/TmL/pH值125热滚前10380234.5/271.518/22092180热滚后514561.5/51.912.4/18093200热滚后514294/6.5111/20094220热滚后5545104/11.519.2/2209表4 密度为2.30g/cm3钻井液在不同温度下老化后性能 序号温度老化情况（16 h）AVmPa.sPVmPa.sYPPaG/GPa/PaAPI FLmLHTHP FLmL/pH值125热滚前127.59334.56/35224/2292180热滚后75.56
9、312.52.5/6.51.410/18093200热滚后6651154.5/7110.4/20094220热滚后7153186/121.612/2209图1 AV随老化温度的变化曲线 图2 PV随老化温度的变化曲线图3 YP随老化温度变化曲线 图4 HTHPFL随老化温度的变化趋势由以结果可以得出以下结论：高密度钻井液经高温老化后AV、PV均比老化前降低，老化温度对AV、PV影响不明显；密度增加AV、PV增大。动切力随着老化温度的增加而提高，但远低于老化前数值；密度增加动切力增大。老化前后，钻井液API 滤失量均很低，小于2ml。HTHP 滤失量老化后低于老化前，其值均低于15ml，随着温度
10、的提高HTHP滤失量均有所增加，密度对HTHP滤失量均影响不明显.老化后钻井液的流变性能与高温高压滤失性能都有所改善，这是由于高温保护剂在高温下发挥作用，与其他处理剂起协同作用，改善了整个体系的抗温性能，高温高压滤失性能和流变性能也随之改善。2.3钻井液的抑制性抑制性好坏是评价钻井液对井壁稳定能力的一项衡量尺度，抑制性强则井眼稳定性好，抑制性差则井眼稳定性不好，以下用页岩滚动试验和膨胀性试验来评价钻井液的抑制性能。2.3.1页岩滚动试验将钻屑（冷科1井1367m）粉碎后，取610目筛中间钻屑，105下干燥2h。分别往老化罐中加入350ml清水和不同密度的钻井液，在每个罐中加入35g（m1）处理
11、后的钻屑，密封后放置于滚子炉中，在220下滚动16小时。待自然冷却后，倒出试验液体与岩屑，过40目筛，将筛上的钻屑于105下干燥2h、称重(m2)。回收率公式如下：回收率=(m2/ m1)100%清水与不同密度的钻井液回收率见表5表5 钻屑粉在不同密度的钻井液中的回收率配方密度g/cm3热滚条件回收率()清水22016h0.81#1.822016h44.52#2.022016h55.33#2.222016h55.44#2.322016h57.8图5 清水与不同密度钻井液回收率从试验结果可见，220老化后，清水钻屑回收率仅0.8，而钻井液具有较高的回收率，并且随着钻井液密度的增加回收率也相应增加
12、。这说明高密度钻井液在高温下具有较强的抑制页岩水化分散的能力。2.3.2膨胀性试验称取10.00 g膨润土，在压片机上制得压片，压力10 Mpa，时间5 min。把压片放入页岩膨胀仪中，加入清水与不同密度的钻井液，测定浸泡过程中的线性膨胀高度，试验时间8小时。粘土的膨胀量越小，说明钻井液的抑制粘土水化膨胀的能力越强；反之则越差。其性能见表6。表6 膨润土压片在几种钻井液配方中的膨胀率配方膨 胀 率 热滚前热滚后2h4h6h8h2h4h6h8h1#0.660.800.910.990.560.610.861.0332#0.610.690.740.840.810.870.951.0493#0.800
13、.830.940.990.280.420.540.844#0.921.021.071.140.300.430.550.655#1.074.289.8913.41.154.08.013.4注：1、1#1.8；2#2.0；3#2.2；4#2.32、热滚条件22016h从试验结果可见，随着时间的延长，线形膨胀量随之增加但2h后增加较缓慢。且在钻井液体系中膨润土的8h线形膨胀量小于1，约占清水膨胀量的7左右。热滚后膨胀量稍有增加，但变化趋势不大,这从另一方面说明钻井液抗高温稳定性。综上所述，抗高温高密度钻井液体系具有较强的抑制水化膨胀能力。为钻井过程中，保持井壁稳定、实现安全快速钻进。2.4钻井液的润滑性能对不同密度的抗高温钻井液的润滑性进行了评价，考察钻井液在热滚前后的摩阻系数，结果见表7。表7 不同密度的钻井液热滚前后的摩阻系数（22016h）配 方密 度g/cm3摩 阻 系 数热 滚 前热 滚 后1#1.80.0510.0592#2.00.0430.0643#2.20.0400.0534#2.30.03
