第六章保护油气层的钻井液完井液技术

1、欢迎大家光临欢迎大家光临大家好大家好第一节第一节 保护油气层的水基钻井液保护油气层的水基钻井液 1. 无固相清洁盐水钻井液无固相清洁盐水钻井液 2. 水包油钻井液水包油钻井液 3. 无膨润土暂堵型聚合物钻井液无膨润土暂堵型聚合物钻井液 4. 低膨润土暂堵型聚合物钻井液低膨润土暂堵型聚合物钻井液 5. 改性钻井液改性钻井液 6. 屏蔽暂堵钻井液屏蔽暂堵钻井液 1. 无固相清洁盐水钻井液无固相清洁盐水钻井液 特点：特点：该类钻井液不含膨润土及其它任何固相，流变参数和该类钻井液不含膨润土及其它任何固相，流变参数和滤失量通过添加对油气层无损害的聚合物来进行控制，密度滤失量通过添加对油气层无损害的聚合物

2、来进行控制，密度通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节。 无机盐：无机盐：NaClNaCl、CaClCaCl2 2、KClKCl、NaBrNaBr、KBrKBr、CaBrCaBr2 2和和ZnBrZnBr2 2等。等。 防腐：防腐：加入适量缓蚀剂。加入适量缓蚀剂。各类盐水基液所能达到的最大密度各类盐水基液所能达到的最大密度 盐水基液盐水基液21时饱和溶液密度时饱和溶液密度/gcm-3NaCl1.18KCl1.17NaBr1.39CaCl21.40KBr1.20NaCl / CaCl21.32CaBr21.81CaCl2 / CaBr21.80

3、CaCl2 / CaBr2 / ZnBr22.30无固相清洁盐水钻井液类型无固相清洁盐水钻井液类型 （1 1）NaClNaCl盐水体系盐水体系 （2 2）KClKCl盐水体系盐水体系 （3 3）CaClCaCl2 2盐水体系盐水体系 （4 4）CaClCaCl2 2-CaBr-CaBr2 2混合盐水体系混合盐水体系 （5 5）CaBrCaBr2 2-ZnBr-ZnBr2 2与与CaClCaCl2 2-CaBr-CaBr2 2-ZnBr-ZnBr2 2 混合盐水体系混合盐水体系（1）NaCl盐水体系盐水体系 特点：特点：NaCl的来源最广，成本最低。其溶液的最大密度可的来源最广，成本最低。其溶液

4、的最大密度可达达1.18 g / cm3左右左右 。 常用的添加剂：常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。生物聚合物。 pH值控制剂：值控制剂：NaOH或石灰，若遇到地层中的或石灰，若遇到地层中的H2S，需提需提高高pH值至值至11.0左右左右 。 特点：特点：由于由于K+ 对粘土晶格的固定作用，对粘土晶格的固定作用，KCl盐水液被认为是盐水液被认为是对付水敏性地层最为理想的无固相清洁盐水钻井液体系对付水敏性地层最为理想的无固相清洁盐水钻井液体系。KClKCl与聚合物的复配使用使该体系对粘土水化的抑制作用更为增与聚合物的复配使用使该体系对粘土水化的抑制作用更为增

5、强。强。 常用的添加剂：常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。生物聚合物。 不足之处不足之处：单独使用单独使用KCl盐水液配制成本高，且溶液密度较盐水液配制成本高，且溶液密度较小。小。 解决办法：解决办法：KCl与与NaCl、CaCl2复配，组成混合盐水体系。复配，组成混合盐水体系。只要只要KCl浓度保持在浓度保持在37%，其抑制作用就足以得到充分的，其抑制作用就足以得到充分的发挥。发挥。 特点：特点：CaCl2盐水基液的最大密度可达盐水基液的最大密度可达1.39 g/cm3。为降低成为降低成本，可与本，可与NaCl配合使用，所组成的混合盐水的密度范围为配合使用

6、，所组成的混合盐水的密度范围为1.201.32 g/cm3。 常用的添加剂：常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。生物聚合物。 CaCl2：极易吸水的化合物。有两种，其纯度分别为极易吸水的化合物。有两种，其纯度分别为9497%（粒状，含水约（粒状，含水约5%）和）和7780%（片状，含水约（片状，含水约20% ）。）。 特点：特点：钻井液密度在钻井液密度在1.41.8 g/cm3范围内范围内。在相同钻压下，使用密度在相同钻压下，使用密度为为1.56 g/ cm3的的CaCl2-CaBr2-聚合物清洁盐水液钻聚合物清洁盐水液钻Berea砂岩的机械钻速，砂岩的机械钻

7、速，是使用密度相同的常规水基和油基钻井液的是使用密度相同的常规水基和油基钻井液的510倍（见图倍（见图1），对砂岩），对砂岩渗透率的损害程度却比常规水基和油基钻井液小得多。渗透率的损害程度却比常规水基和油基钻井液小得多。 添加剂添加剂：由于由于CaCl2 -CaBr2混合盐水液本身具有较高的粘度（可达混合盐水液本身具有较高的粘度（可达30100 s / qt），），因此只需加入较少量的聚合物。因此只需加入较少量的聚合物。HEC和生物聚合物的一和生物聚合物的一般加量范围均为般加量范围均为0.290.72 g /L。 适宜适宜pH值范围：值范围：7.58.5 。 注意：注意：当混合液密度接近于当混

8、合液密度接近于1.80 g/cm3时，要防止结晶的析出。时，要防止结晶的析出。 一般用密度为一般用密度为1.70 g/cm3的的CaBr2溶液作为基液。溶液作为基液。 如果所需密度在如果所需密度在1.70 g/cm3以下，就用密度为以下，就用密度为1.38g/cm3的的CaCl2溶液加入上述基液内进行调整；溶液加入上述基液内进行调整； 如果需将密度增至如果需将密度增至1.70 g/cm3以上，则需加入适以上，则需加入适量的固体量的固体CaCl2，然后充分搅拌直至然后充分搅拌直至CaCl2完全溶完全溶解。解。 两种混合盐水体系的密度均可高达两种混合盐水体系的密度均可高达2.30 g/cm3，专门

9、专门用于某些超深井和异常高压井。用于某些超深井和异常高压井。 配制时应注意溶质组分之间的相互影响（如密度、互配制时应注意溶质组分之间的相互影响（如密度、互溶性、结晶点和腐蚀性等）。溶性、结晶点和腐蚀性等）。 对于对于CaCl2-CaBr2-ZnBr2体系，增加体系，增加CaBr2和和ZnBr2的的浓度可以提高密度，降低结晶点，然而成本也相应增浓度可以提高密度，降低结晶点，然而成本也相应增加；而增加加；而增加CaCl2的浓度，则会降低密度，使结晶点的浓度，则会降低密度，使结晶点上升，配制成本却相应降低。上升，配制成本却相应降低。 优点：优点： 可避免因固相颗粒堵塞而造成的油气层损害；可避免因固相

10、颗粒堵塞而造成的油气层损害； 可在一定程度上增强钻井液对粘土矿物水化作用的抑可在一定程度上增强钻井液对粘土矿物水化作用的抑制性，减轻水敏性损害；制性，减轻水敏性损害； 由于无固相存在，机械钻速可显著提高。由于无固相存在，机械钻速可显著提高。 缺点：缺点： 配制成本高、工艺较复杂，对固控要求严格。配制成本高、工艺较复杂，对固控要求严格。 对钻具、套管腐蚀较严重。对钻具、套管腐蚀较严重。 易发生漏失等问题。易发生漏失等问题。 实质：实质：水包油钻井液是将一定量的油（通常选用柴水包油钻井液是将一定量的油（通常选用柴油）分散在淡水或不同矿化度的盐水中，形成的一种油）分散在淡水或不同矿化度的盐水中，形成

11、的一种以水为连续相、油为分散相的无固相水包油乳状液以水为连续相、油为分散相的无固相水包油乳状液 。 组分：组分：水、油，水相增粘剂、降滤失剂和乳化剂等。水、油，水相增粘剂、降滤失剂和乳化剂等。 密度调整：密度调整：改变油水比和加入不同类型、不同浓度改变油水比和加入不同类型、不同浓度的可溶性无机盐来调节，最低密度可达的可溶性无机盐来调节，最低密度可达0.89 g/cm3。 滤失量和流变性能：滤失量和流变性能：可通过在水相或油相中加入可通过在水相或油相中加入各种与储层相配伍的处理剂来调整。各种与储层相配伍的处理剂来调整。 特点：特点： 特别适用于技术套管下至油气层顶部的低压、裂缝特别适用于技术套管

12、下至油气层顶部的低压、裂缝发育、易发生漏失的油气层发育、易发生漏失的油气层 ； 是欠平衡钻井中的一种常用钻井液体系。是欠平衡钻井中的一种常用钻井液体系。 缺点：缺点： 配制成本高；配制成本高； 机械钻速低，对固控的要求较高，维护处理也有一定机械钻速低，对固控的要求较高，维护处理也有一定难度难度 ； 不利于环保，影响地质荧光录井。不利于环保，影响地质荧光录井。 组成：组成：由水相、聚合物和暂堵剂（由水相、聚合物和暂堵剂（Bridging agent）固相颗粒组成固相颗粒组成 。 密度调整：密度调整：依据油气层孔隙压力，通过加入依据油气层孔隙压力，通过加入NaCl、CaCl2等可溶性盐进行调节，但

13、也不排除在某些情况等可溶性盐进行调节，但也不排除在某些情况下（地层压力系数较高或易坍塌的油气层）仍然使用下（地层压力系数较高或易坍塌的油气层）仍然使用重晶石等加重材料重晶石等加重材料 。 滤失量和流变性能：滤失量和流变性能：选用各种与油气层相配伍的选用各种与油气层相配伍的聚合物来控制，常用的聚合物添加剂有高粘聚合物来控制，常用的聚合物添加剂有高粘CMC、HEC、PHP和和XC生物聚合物等。暂堵剂也在很大程生物聚合物等。暂堵剂也在很大程度上起降滤失的作用。度上起降滤失的作用。 作用：作用：在一定的正压差作用下，暂堵剂在近井壁地带形成内在一定的正压差作用下，暂堵剂在近井壁地带形成内泥饼和外泥饼，可

14、阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入泥饼和外泥饼，可阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入 。 分类：分类：常用的暂堵剂按其不同的溶解性分为以下三类：常用的暂堵剂按其不同的溶解性分为以下三类： 酸溶性暂堵剂酸溶性暂堵剂 水溶性暂堵剂水溶性暂堵剂 油溶性暂堵剂油溶性暂堵剂 简介：简介：理想的酸溶性暂堵剂理想的酸溶性暂堵剂CaCO3极易溶于酸，化学性质稳极易溶于酸，化学性质稳定，价格便宜，颗粒有较宽的粒度范围。当油井投产时，可通定，价格便宜，颗粒有较宽的粒度范围。当油井投产时，可通过酸化而实现解堵，恢复油气层的原始渗透率。但不宜在酸敏过酸化而实现解堵，恢复油气层的原始渗透率。但不宜在酸敏性油气层中使用。性油

15、气层中使用。 粒径选择：粒径选择：三分之一架桥规则三分之一架桥规则 Krp8一般使用200目的CaCO3颗粒，其平均粒径为60 mm，最大粒径为160 mm。加量：35%。 简介：简介：常用的水溶性暂堵剂有细目氯化钠和复合硼酸盐常用的水溶性暂堵剂有细目氯化钠和复合硼酸盐（NaCaB5O9 8H2O）等。这类暂堵剂可在油井投产时，用低等。这类暂堵剂可在油井投产时，用低矿化度水溶解盐粒而解堵。正是由于投产时储层会与低矿化度矿化度水溶解盐粒而解堵。正是由于投产时储层会与低矿化度的水接触，故该类暂堵剂不宜在强水敏性的储层中使用。的水接触，故该类暂堵剂不宜在强水敏性的储层中使用。 粒径选择：粒径选择：三

16、分之一架桥规则三分之一架桥规则 使用水溶性暂堵剂的钻井液通常称为悬浮盐粒钻井液体系。它使用水溶性暂堵剂的钻井液通常称为悬浮盐粒钻井液体系。它主要由饱和盐水、聚合物、固体盐粒和缓蚀剂等组成，密度范主要由饱和盐水、聚合物、固体盐粒和缓蚀剂等组成，密度范围为围为1.042.30 g / cm3。 简介：简介：常用的油溶性暂堵剂为油溶性树脂，可被产出的原油常用的油溶性暂堵剂为油溶性树脂，可被产出的原油或凝析油自行溶解而得以清除，也可通过注入柴油或亲油的表或凝析油自行溶解而得以清除，也可通过注入柴油或亲油的表面活性剂将其溶解而解堵面活性剂将其溶解而解堵 。 分类与作用：分类与作用： 一类是一类是脆性油溶

17、性树脂脆性油溶性树脂，在钻井液中主要用于架桥颗粒，如油，在钻井液中主要用于架桥颗粒，如油溶性的聚苯乙烯、改性酚醛树脂和二聚松香酸等；溶性的聚苯乙烯、改性酚醛树脂和二聚松香酸等； 另一类是另一类是可塑性油溶性树脂可塑性油溶性树脂，其微粒在一定压差作用下可以变，其微粒在一定压差作用下可以变形，主要作为充填颗粒。形，主要作为充填颗粒。 优点：优点：机械钻速高、保护油气层效果好机械钻速高、保护油气层效果好。 缺点：缺点：配制成本高，使用条件较为苛刻，特别对固配制成本高，使用条件较为苛刻，特别对固控的要求很高控的要求很高 。 适用条件：适用条件：只适于在技术套管下至油气层顶部，并只适于在技术套管下至油气

18、层顶部，并且油气层为单一压力层系的油气井中使用且油气层为单一压力层系的油气井中使用 。 特点：特点：在组成上尽可能减少膨润土的含量，使之既在组成上尽可能减少膨润土的含量，使之既能使钻井液获得安全钻进所必须的性能，又能够对油能使钻井液获得安全钻进所必须的性能，又能够对油气层不造成较大的损害，膨润土的含量一般不得超过气层不造成较大的损害，膨润土的含量一般不得超过50 g/L 。 滤失量和流变性能：滤失量和流变性能：选用各种与油气层相配伍的选用各种与油气层相配伍的聚合物来控制。聚合物来控制。 应用情况：应用情况：与无膨润土暂堵型聚合物钻井液相比，与无膨润土暂堵型聚合物钻井液相比，在我国各油田得到广泛

19、应用。在我国各油田得到广泛应用。 改性：改性：将原钻井液从组成和性能上加以适当调整，以满足保将原钻井液从组成和性能上加以适当调整，以满足保护油气层对钻井液的要求护油气层对钻井液的要求 。 调整措施：调整措施： （1）废弃一部分钻井液后用水稀释，以降低膨润土和无用固相）废弃一部分钻井液后用水稀释，以降低膨润土和无用固相含量。含量。 （2）根据需要调整钻井液配方，尽可能提高钻井液与油气层岩）根据需要调整钻井液配方，尽可能提高钻井液与油气层岩石和流体的配伍性。石和流体的配伍性。 （3）选用适合的暂堵剂，并确定其加量。）选用适合的暂堵剂，并确定其加量。 （4）降低钻井液的）降低钻井液的API和和HTH

20、P滤失量，改善其流变性和泥饼滤失量，改善其流变性和泥饼质量。质量。 优点：优点：应用方便，对井身结构和钻井工艺无特殊要求，而且应用方便，对井身结构和钻井工艺无特殊要求，而且原钻井液可得到充分利用，配制成本较低。原钻井液可得到充分利用，配制成本较低。 应用情况：应用情况：在国内外均得到广泛的应用在国内外均得到广泛的应用 。 基本原理基本原理 利用正压差，在一个很短的时间内，使钻井液中起利用正压差，在一个很短的时间内，使钻井液中起暂堵作用的各种类型和尺寸的固体颗粒进入油气层的暂堵作用的各种类型和尺寸的固体颗粒进入油气层的孔喉，在井壁附近形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带孔喉，在井壁附近形成渗透率接近于

21、零的屏蔽暂堵带（或称为屏蔽环），从而可以阻止钻井液以及水泥浆（或称为屏蔽环），从而可以阻止钻井液以及水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层。中的固相和滤液继续侵入油气层。 由于屏蔽暂堵带的厚度远远小于油气井的射孔深由于屏蔽暂堵带的厚度远远小于油气井的射孔深度，因此在完井投产时，可通过射孔解堵。度，因此在完井投产时，可通过射孔解堵。技术要点技术要点 用压汞法测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。用压汞法测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。 按平均孔喉直径的按平均孔喉直径的1/22/3选择架桥颗粒（通常用细目选择架桥颗粒（通常用细目CaCO3）的粒径，并使这类颗粒在钻井液中的含量大于的粒径，并使

22、这类颗粒在钻井液中的含量大于3%。 选择粒径更小的颗粒（大约为平均孔喉直径的选择粒径更小的颗粒（大约为平均孔喉直径的1/4）作为充填）作为充填颗粒，其加量应大于颗粒，其加量应大于1.5%。 再加入再加入12%可变形的颗粒，其粒径应与充填颗粒相当，其可变形的颗粒，其粒径应与充填颗粒相当，其软化点应与油气层温度相适应。这类颗粒通常从磺化沥青、氧软化点应与油气层温度相适应。这类颗粒通常从磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等物质中进行选择。化沥青、石蜡、树脂等物质中进行选择。 特点：特点：油为连续相，水为分散相，其滤液为油，能有效地油为连续相，水为分散相，其滤液为油，能有效地防止油气层水敏，对油气层损害程

23、度低，此类钻井液最低密防止油气层水敏，对油气层损害程度低，此类钻井液最低密度可达到度可达到0.80g/cm3。 优点：优点：抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好、抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好、保护油气层。保护油气层。 缺点：缺点： 因润湿反转和乳化堵塞引起损害，同时钻井液中过多的固因润湿反转和乳化堵塞引起损害，同时钻井液中过多的固相颗粒可能侵入储层。相颗粒可能侵入储层。 配制成本高。配制成本高。 不利于环保和地质荧光录井。不利于环保和地质荧光录井。四、气体类钻井液四、气体类钻井液 空气空气 雾雾 泡沫泡沫 充气钻井液充气钻井液 特点特点：空气钻井流体是由大气中的空气（有时亦

24、使用天然空气钻井流体是由大气中的空气（有时亦使用天然气）、缓蚀剂和干燥剂等组成的一种循环介质气）、缓蚀剂和干燥剂等组成的一种循环介质。此种流体密此种流体密度最低，可以在负压下钻进，本身又不含固相和液相，因而度最低，可以在负压下钻进，本身又不含固相和液相，因而可最大限度地减轻对油气层的损害。可最大限度地减轻对油气层的损害。 优点：优点：钻速快、钻时短、钻井成本较低等特点，还可有效钻速快、钻时短、钻井成本较低等特点，还可有效地防止由于井漏对油气层造成的损害地防止由于井漏对油气层造成的损害 缺点：缺点： 受到井壁不稳定和地层出水等问题的限制。受到井壁不稳定和地层出水等问题的限制。 需在井场配备大排量

25、的空气压缩机等专用设备。需在井场配备大排量的空气压缩机等专用设备。 特点特点：由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成的循环流体。空气作为分散介质，液体为分散相，液的循环流体。空气作为分散介质，液体为分散相，液体中可加入体中可加入35%的的KCl和适量聚合物以利于防塌。和适量聚合物以利于防塌。 适用条件：适用条件：适用于钻开低压、易漏失和强水敏性的适用于钻开低压、易漏失和强水敏性的油气藏。注入压力不得低于油气藏。注入压力不得低于2.5 MPa，环空返速应保环空返速应保持在持在15 m/s以上，其空气需要量应比空气钻井时高以上，其空气需要量应比空气钻井时高15

26、%50%。 分类：分类：按其中水量不同可分为干泡沫、湿泡沫和稳定泡沫。按其中水量不同可分为干泡沫、湿泡沫和稳定泡沫。 稳定泡沫稳定泡沫：在地面形成泡沫后再泵入井，又称作预制稳定在地面形成泡沫后再泵入井，又称作预制稳定泡沫。其液相（分散介质）是发泡剂和水，气相是空气。形成泡沫。其液相（分散介质）是发泡剂和水，气相是空气。形成稳定泡沫的气液体积比范围为（稳定泡沫的气液体积比范围为（7598）/（252），即含液），即含液量量2%25%。 典型配方：典型配方：发泡剂（发泡剂（1%），稳定剂（），稳定剂（0.40.5%），增粘），增粘剂（剂（0.5%）。）。 配制方法：配制方法：用一台注塞泵将发泡剂等

27、各种添加剂、水和一用一台注塞泵将发泡剂等各种添加剂、水和一定比例的空气同时注入泡沫发生器内，经过剧烈搅拌，便形成定比例的空气同时注入泡沫发生器内，经过剧烈搅拌，便形成由细小气泡组成的稳定泡沫，然后经由立管泵入井内。由细小气泡组成的稳定泡沫，然后经由立管泵入井内。 密度密度0.030.09 g/cm3，流体的静压力只有水的流体的静压力只有水的1/501/20。钻。钻井时呈负压状态，泡沫中液体含量少，可大大减少滤液和固相井时呈负压状态，泡沫中液体含量少，可大大减少滤液和固相进入储层的机会。进入储层的机会。由于钻进时其环空流速高达由于钻进时其环空流速高达30100m/min，又由于泡沫自身具又由于泡

28、沫自身具有较高的粘度，其携屑能力是水的有较高的粘度，其携屑能力是水的10倍，是常规钻井液的倍，是常规钻井液的45倍。这样可保证井内的岩屑颗粒能及时地携出井口，从而减少倍。这样可保证井内的岩屑颗粒能及时地携出井口，从而减少了固相颗粒进入储层的机会。了固相颗粒进入储层的机会。与储层有较好的配伍性，能有效地对付地层水，并且抗污染能与储层有较好的配伍性，能有效地对付地层水，并且抗污染能力强。力强。泡沫作为循环流体只能使用一次，因此所携出的岩屑颗粒不可泡沫作为循环流体只能使用一次，因此所携出的岩屑颗粒不可能重新进入地层。能重新进入地层。机械钻速高，泡沫与储层的接触时间短。机械钻速高，泡沫与储层的接触时间

29、短。配制成本较高配制成本较高作业时对气液比的要求十分严格，控制气液比有一定作业时对气液比的要求十分严格，控制气液比有一定难度难度废泡沫的排放问题必须加以考虑废泡沫的排放问题必须加以考虑需配置一整套专用设备需配置一整套专用设备 特点特点：将空气注入钻井液内所形成的钻井液体系，空气是分将空气注入钻井液内所形成的钻井液体系，空气是分散相，钻井液是分散介质。最低密度一般可达散相，钻井液是分散介质。最低密度一般可达0.6 g/cm3，钻井钻井液与空气的混合比一般为液与空气的混合比一般为10:1。 使用要求：使用要求：环空流速应保持在环空流速应保持在110 m/s，地面正常工作压地面正常工作压力为力为3.

30、58MPa。在经过地面除气器后，气体从充气钻井液中在经过地面除气器后，气体从充气钻井液中脱出，液相再进入泥浆泵继续循环。脱出，液相再进入泥浆泵继续循环。 适用范围：适用范围：主要适于钻开压力系数为主要适于钻开压力系数为0.61的储层，并经的储层，并经常在欠平衡压力钻井时使用。常在欠平衡压力钻井时使用。 102.04= mmmHP油层的密度附加值1.53.5 MPa或0.050.10 g/cm3；气层的密度附加值3.05.0 MPa或0.070.15 g/cm3。 充气钻井液的基液应具有较好的质量。基液的粘度、切力切勿充气钻井液的基液应具有较好的质量。基液的粘度、切力切勿过高，以利于充气和脱气，

31、能够抗水泥、钻屑污染，并具有较过高，以利于充气和脱气，能够抗水泥、钻屑污染，并具有较强的抑制泥页岩水化膨胀与分散的能力。强的抑制泥页岩水化膨胀与分散的能力。要从装备上做好充分准备，如配齐混气器、携砂液混气器（先要从装备上做好充分准备，如配齐混气器、携砂液混气器（先期防砂井使用）、计量仪表和除气器等。期防砂井使用）、计量仪表和除气器等。充气后气泡应均匀稳定，气液不分层，以确保其基液的反复泵充气后气泡应均匀稳定，气液不分层，以确保其基液的反复泵送，满足钻井工艺的要求。送，满足钻井工艺的要求。应具有良好的流变性能，确保在漏斗粘度较低的情况下有较强应具有良好的流变性能，确保在漏斗粘度较低的情况下有较强

32、的携屑能力。应注意充气钻井液属于塑性流体，其塑性粘度和的携屑能力。应注意充气钻井液属于塑性流体，其塑性粘度和动切力均随气液比增加而有所增加。动切力均随气液比增加而有所增加。 密度可低至密度可低至0.7g/cm3，完全能满足低压油气层钻井和修井作业完全能满足低压油气层钻井和修井作业的需要。的需要。 具有良好的携带岩屑能力，返出岩屑的最大直径为具有良好的携带岩屑能力，返出岩屑的最大直径为23mm，且且井径规则，电测顺利。井径规则，电测顺利。 机械钻速快，达机械钻速快，达29.9 m/h，是邻井的是邻井的2.04.3倍。倍。 保护油层的效果显著，平均单井原油日产量是用常规钻井液保护油层的效果显著，平

33、均单井原油日产量是用常规钻井液钻成的先期防砂井平均单井原油日产量的钻成的先期防砂井平均单井原油日产量的1.39倍。倍。 使用充气钻井液的成本较低，仅为泡沫钻井液成本的四分之使用充气钻井液的成本较低，仅为泡沫钻井液成本的四分之一。一。 辽河油田为了满足在高升地区低压稠油油藏进行辽河油田为了满足在高升地区低压稠油油藏进行先期防砂井近平衡压力钻井施工的需要，研制出先期防砂井近平衡压力钻井施工的需要，研制出一种充气钻井液体系，其基液的主要处理剂类型一种充气钻井液体系，其基液的主要处理剂类型和加量如下：和加量如下： 增粘降滤失剂增粘降滤失剂高粘高粘CMC，加量加量0.81.0%； 粘土稳定剂粘土稳定剂羟

34、基铝，加量羟基铝，加量0.51.0%；暂堵剂暂堵剂SAS（磺化沥青），加量磺化沥青），加量0.51.0%。新型双保（新型双保（油油保保、环保）钻井液体系、环保）钻井液体系 甘油聚合物钻井液甘油聚合物钻井液 甲基葡萄糖甙钻井液甲基葡萄糖甙钻井液 丙烯酰胺类共聚物丙烯酰胺类共聚物聚丙烯乙二醇体系聚丙烯乙二醇体系（COP-PPG） 新型新型DAP聚合物钻井液聚合物钻井液 聚合醇钻井液聚合醇钻井液 甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液 硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液 合成基钻井液合成基钻井液 特点特点 甘油是一种对环境无害的化学品，具有超过最低要求甘油是一种对环境无害的化学品，具有超过最低要求的的LC50值，对环境无污

35、染值，对环境无污染 。 甘油钻井液含有大量多羟基醇，具有强吸水性，从而甘油钻井液含有大量多羟基醇，具有强吸水性，从而抑制了水化物的形成，降低了页岩中粘土的吸水趋势。抑制了水化物的形成，降低了页岩中粘土的吸水趋势。能有效地抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁。能有效地抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁。 甘油钻井液润滑性好，能有效地防止卡钻、提高机械甘油钻井液润滑性好，能有效地防止卡钻、提高机械钻速。钻速。 保护储层、提高采收率。保护储层、提高采收率。 钻井液易于维护、损耗少。钻井液易于维护、损耗少。特特 点点 MEG甲基葡萄糖甙（甲基葡萄糖甙（Methylglucoside）是葡萄糖的衍是葡萄糖的衍生物，无

36、毒性且易于生物降解，糠虾半致死浓度生物，无毒性且易于生物降解，糠虾半致死浓度96hLC50大于大于500000mg/L 。 MEG钻井液体系配方简单、配制和维护容易。钻井液体系配方简单、配制和维护容易。 具有强的页岩抑制性能、优异的润滑性能。具有强的页岩抑制性能、优异的润滑性能。 良好的储层保护特性和体系稳定性良好的储层保护特性和体系稳定性 。 MEG钻井液的页岩抑制性虽不如油基钻井液，但比钻井液的页岩抑制性虽不如油基钻井液，但比KCl钻井液和甘油钻井液要好钻井液和甘油钻井液要好 。3. 丙烯酰胺类共聚物丙烯酰胺类共聚物聚丙烯乙二醇体系聚丙烯乙二醇体系 特特 点点 以丙烯酰胺以丙烯酰胺2-丙烯

37、酰胺与丙烯酰胺与2-甲基丙烯磺酸共聚物和一种甲基丙烯磺酸共聚物和一种高分子量、不溶于水的聚丙烯乙二醇为基础，并加入表面活高分子量、不溶于水的聚丙烯乙二醇为基础，并加入表面活性剂来提高乳化程度。性剂来提高乳化程度。 聚丙烯乙二醇组分的体积浓度可以依据钻井需要从聚丙烯乙二醇组分的体积浓度可以依据钻井需要从1%变至变至5%。 在淡水体系中如需要可以使用降粘剂，如聚丙烯酸酯；在海在淡水体系中如需要可以使用降粘剂，如聚丙烯酸酯；在海水和较高密度（大于水和较高密度（大于1.67g/cm3）体系中，可以使用无铬木质体系中，可以使用无铬木质素磺酸盐和磺化苯乙烯马来酸酐（素磺酸盐和磺化苯乙烯马来酸酐（SSMA）

38、 。 钻井液体系毒性小，在聚丙烯乙二醇体积浓度为钻井液体系毒性小，在聚丙烯乙二醇体积浓度为5%时，其时，其96hLC50值为值为510000mg/L 。 特特 点点 磷酸氢二铵磷酸氢二铵(NH4)2HPO4 DAP（ Diammonium Phosphate ），可以提供铵离子，作为该体系中的页），可以提供铵离子，作为该体系中的页岩稳定剂；聚阴离子纤维素岩稳定剂；聚阴离子纤维素PAC作为降滤失剂，部作为降滤失剂，部分水解聚丙烯酰胺分水解聚丙烯酰胺PHP作为页岩稳定剂、增粘剂。作为页岩稳定剂、增粘剂。 DAP是肥料中的普通组分，该钻井液可被处理、用是肥料中的普通组分，该钻井液可被处理、用作肥料作

39、肥料 。 可望代替可望代替KCl聚合物钻井液、油包水乳化钻井液而得聚合物钻井液、油包水乳化钻井液而得到广泛的应用到广泛的应用 。 特特 点点 聚合醇是一类非离子型的低分子量聚合物。它既具有一般聚聚合醇是一类非离子型的低分子量聚合物。它既具有一般聚合物的特性，又具有非离子表面活性剂的某些特性。其结构合物的特性，又具有非离子表面活性剂的某些特性。其结构通式为通式为 (HOCH2CH2OH)n。 主要产品有聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇和聚甘油等主要产品有聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇和聚甘油等 。 在常温下易溶于水，但当升至一定温度时，会出现相分离现在常温下易溶于水，但当升至一定温度时，会出现相分离现象而

40、形成乳状液。象而形成乳状液。 当聚合醇钻井液在井下的温度超过浊点时，所形成乳状液的当聚合醇钻井液在井下的温度超过浊点时，所形成乳状液的乳滴容易吸附在井壁上，或包被在钻屑表面，形成一层类似乳滴容易吸附在井壁上，或包被在钻屑表面，形成一层类似于油的憎水膜，从而可提高钻井液的抑制、防塌和润滑性能。于油的憎水膜，从而可提高钻井液的抑制、防塌和润滑性能。当钻井液返回地面时，又因温度降至浊点以下，聚合醇重新当钻井液返回地面时，又因温度降至浊点以下，聚合醇重新恢复其水溶性。恢复其水溶性。 能增强钻井液的抗温性、抑制性和润滑性。能增强钻井液的抗温性、抑制性和润滑性。 与常用聚合物钻井液具有很好的配伍性，并且在

41、聚与常用聚合物钻井液具有很好的配伍性，并且在聚合物钻井液中，具有一定的降粘和降滤失作用。合物钻井液中，具有一定的降粘和降滤失作用。 有利于保护油气层。有利于保护油气层。 聚合醇毒性低，可生物降解，能满足环保要求。聚合醇毒性低，可生物降解，能满足环保要求。 聚合醇的荧光度很低，有利于识别和发现油气层。聚合醇的荧光度很低，有利于识别和发现油气层。33.5%膨润土浆膨润土浆 + 0.10.4%聚合物包被剂聚合物包被剂+ 0.5 1%改性淀粉（或改性淀粉（或NH4-HPAN）+ 25%聚合醇；聚合醇； 膨润土海水浆膨润土海水浆 + 0.25%低粘聚阴离子纤维素低粘聚阴离子纤维素 + 0.2%高粘聚阴离

42、子纤维素高粘聚阴离子纤维素 + 0.2% 80A-51 + 0.9% NH4-HPAN + 3% 聚合醇聚合醇 + 2% WLD。简简 介介 将甲酸（将甲酸（HCOOH）与与NaOH或或KOH在高温高压条件下进行反在高温高压条件下进行反应，可生成甲酸钠、甲酸钾等盐类。利用这些甲酸盐配制而成应，可生成甲酸钠、甲酸钾等盐类。利用这些甲酸盐配制而成的水基钻井液称为甲酸盐钻井液。的水基钻井液称为甲酸盐钻井液。 用用XC生物聚合物、淀粉以及其它聚合物处理剂与甲酸盐配合控生物聚合物、淀粉以及其它聚合物处理剂与甲酸盐配合控制滤失性和流变性。根据具体情况选用一些稀释剂、制滤失性和流变性。根据具体情况选用一些稀

43、释剂、pH缓冲剂、缓冲剂、H2S或二价金属离子清除剂以及暂堵剂等。或二价金属离子清除剂以及暂堵剂等。 最好不用固体加重材料。当所要求密度超过最好不用固体加重材料。当所要求密度超过1.60 g/cm3时，一般时，一般可使用可使用CaCO3、FeCO3和和Fe2O3等酸溶性加重材料。等酸溶性加重材料。 不仅能用于常规钻井，而且已在小井眼钻井、侧钻水平井钻井不仅能用于常规钻井，而且已在小井眼钻井、侧钻水平井钻井和连续软管钻井等新技术中得到应用，并取得了非常显著的效和连续软管钻井等新技术中得到应用，并取得了非常显著的效果果 。 较宽的密度范围：较宽的密度范围：HCOONa和和HCOOK饱和溶液的密度分

44、别为饱和溶液的密度分别为1.34g/cm3和和1.60g/cm3。如需更高密度，还可使用甲酸铯。如需更高密度，还可使用甲酸铯（HCOOCs）钻井液，其最高密度可达钻井液，其最高密度可达2.3 g/cm3。 由于不需另添加膨润土，有时甚至可不加固体加重材料，因此由于不需另添加膨润土，有时甚至可不加固体加重材料，因此非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。 水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速。水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速。 提高钻井液抗温性。提高钻井液抗温性。 很强的抑制作用，与储层岩石和流体配伍性好，有利很强的抑制作用，与

45、储层岩石和流体配伍性好，有利于保护储层。于保护储层。 抗盐、抗钙、抗固相污染的能力明显优于淡水钻井液。抗盐、抗钙、抗固相污染的能力明显优于淡水钻井液。 甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱。甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱。 甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。浓度为浓度为23.2%的的HCOONa水溶液水溶液 + 0.15% XC + 0.5% JS-3 + 5% 超细超细CaCO3简简 介介 组成：组成：硅酸盐的模数为硅酸盐的模数为2.843.22，加量为，加量为2%5%，采用，采用CMC或改性淀粉、水解聚丙烯腈、腐植酸类产品以及适量的降粘剂，或改性淀粉、水解聚丙烯腈、

46、腐植酸类产品以及适量的降粘剂，控制流变性与滤失性能。控制流变性与滤失性能。 防塌与油保：防塌与油保：用稀硅酸盐用稀硅酸盐-盐溶液加固潜在不稳定泥页岩地层，盐溶液加固潜在不稳定泥页岩地层，可用破碎剂来破坏硅酸盐在储层所形成的封堵层，恢复储层的可用破碎剂来破坏硅酸盐在储层所形成的封堵层，恢复储层的渗透率。渗透率。 应用情况：应用情况：在北海、阿拉斯加、纽芬兰、墨西哥湾等地区使在北海、阿拉斯加、纽芬兰、墨西哥湾等地区使用。我国于用。我国于1997年开始研究稀硅酸盐钻井液，现已在胜利油田年开始研究稀硅酸盐钻井液，现已在胜利油田十多口井中使用。十多口井中使用。 缺点：缺点：当膨润土含量高时或钻进含较多蒙

47、皂石或伊蒙无序间层当膨润土含量高时或钻进含较多蒙皂石或伊蒙无序间层的造浆性强的泥岩地层时，其流变性能不易稳定。的造浆性强的泥岩地层时，其流变性能不易稳定。 颗粒封堵：颗粒封堵：硅酸盐钻井液在水中可以形成不同大小的颗粒，硅酸盐钻井液在水中可以形成不同大小的颗粒，即离子的、胶体的和高分子的颗粒。这些颗粒通过吸附、扩散即离子的、胶体的和高分子的颗粒。这些颗粒通过吸附、扩散等途径结合到井壁上，封堵地层孔隙与裂缝。等途径结合到井壁上，封堵地层孔隙与裂缝。 沉淀封堵：沉淀封堵：进入地层中的硅酸盐与岩石表面或地层中的钙镁进入地层中的硅酸盐与岩石表面或地层中的钙镁离子起作用形成硅酸钙沉淀覆盖在岩石表面起封堵作

48、用。离子起作用形成硅酸钙沉淀覆盖在岩石表面起封堵作用。 凝胶封堵：凝胶封堵：进入地层的硅酸根遇到进入地层的硅酸根遇到pH值小于值小于9的地层水，会的地层水，会立即变成凝胶而封堵孔隙与裂缝。立即变成凝胶而封堵孔隙与裂缝。 吸附固结：吸附固结：在温度低于在温度低于80时，稀硅酸盐稳定泥页岩的机理时，稀硅酸盐稳定泥页岩的机理是通过多个氢键、静电力和范德华力的叠加而与泥页岩中的粘是通过多个氢键、静电力和范德华力的叠加而与泥页岩中的粘土矿物结合土矿物结合 。 化学固结：化学固结：当温度超过当温度超过80时（在时（在105以上更明显），硅酸以上更明显），硅酸盐的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应，产生胶

49、结性物盐的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应，产生胶结性物质，把粘土等矿物颗粒结合成牢固的整体，封固井壁。质，把粘土等矿物颗粒结合成牢固的整体，封固井壁。 化学固结：化学固结：硅酸盐稳定含盐膏地层主要是硅酸根与地层中的硅酸盐稳定含盐膏地层主要是硅酸根与地层中的钙镁离子起作用，形成沉淀，从而在含膏地层表面形成坚韧致钙镁离子起作用，形成沉淀，从而在含膏地层表面形成坚韧致密的封固壳来加固井壁。密的封固壳来加固井壁。 合成基钻井液产生的背景合成基钻井液产生的背景 合成基钻井液的组成和类型合成基钻井液的组成和类型 合成基钻井液及其基液的性能合成基钻井液及其基液的性能 合成基钻井液的成本效益合成基钻井液

50、的成本效益 合成基钻井液的应用情况合成基钻井液的应用情况 油基钻井液基液，如柴油或矿物油能在海洋环境下放置油基钻井液基液，如柴油或矿物油能在海洋环境下放置多年而不降解，并且柴油中含有较多的芳烃，会对海洋多年而不降解，并且柴油中含有较多的芳烃，会对海洋环境带来不利影响。环境带来不利影响。 随着环保意识的增强，对钻井液的排放环境要求日益严随着环保意识的增强，对钻井液的排放环境要求日益严格，油基钻井液的使用相应受到了越来越严格的限制。格，油基钻井液的使用相应受到了越来越严格的限制。 为彻底解决油基钻井液对环境的污染问题而保留其优良为彻底解决油基钻井液对环境的污染问题而保留其优良特性，美国、英国、挪威

51、等国石油公司就投入一定的人特性，美国、英国、挪威等国石油公司就投入一定的人力和物力从事合成基钻井液的研究开发工作力和物力从事合成基钻井液的研究开发工作 。 以人工合成或改性有机物，即合成基液为连续相，盐水以人工合成或改性有机物，即合成基液为连续相，盐水为分散相，再加上乳化剂、有机粘土、石灰等组成的油为分散相，再加上乳化剂、有机粘土、石灰等组成的油包水乳化钻井液，根据性能要求加配降滤失剂、流变性包水乳化钻井液，根据性能要求加配降滤失剂、流变性调节剂和重晶石等。调节剂和重晶石等。 基基 液液 乳乳 化化 剂剂 其它处理剂其它处理剂 酯酯 醚醚 缩缩 醛醛 聚聚 - 烯烯 烃烃线性线性 -烯烃烯烃线

52、线 性性 石石 蜡蜡线性烷基苯线性烷基苯脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷酸酯、山梨糖醇酐酯类（酸酯、山梨糖醇酐酯类（Span）、）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加型）等聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加型）等 包括降滤失剂、增粘剂、降粘剂、低剪切速率流包括降滤失剂、增粘剂、降粘剂、低剪切速率流变性调节剂等变性调节剂等 合合成成基基钻钻井井液液基基 液液密度密度/gcm-3粘度粘度/10-6m2/s闪点闪点/倾点倾点/芳烃含量芳烃含量降解温度降解温度/酯酯0.855.0 6.0150160150100-10微量微量/毒性毒性

53、试验内容试验内容标准标准PAOIOLAOLC50(10天天)10001000071311268EC50(5天天)20525303277生物降解性生物降解性合成基液容易产生生物降解，在钻井过程中和合成基液容易产生生物降解，在钻井过程中和完井后排放的钻屑及污水对海底环境影响甚微，完井后排放的钻屑及污水对海底环境影响甚微，且恢复期短。且恢复期短。 挥发性挥发性条条 件件聚聚 -烯烯烃烃线性线性 -烯烯烃烃内烯烃内烯烃酯酯矿物油矿物油汽化物总量，汽化物总量，40/mgL-11.03.92.11.02.7汽化物总量，汽化物总量，65/mgL-11.0377.32.314汽化物总量，汽化物总量，90/mgL-13.41012225260合成物在岩屑的滞留量合成物在岩屑的滞留量 合成物在岩屑上的滞留量对控制或减少合成物合成物在岩屑上的滞留量对控制或减少合成物损失及环境污染方面起着重要作用。粘度影响损失及环境污染方面起着重要作用。