储层保护钻井液体系

储层保护钻井液体系目前国内外正在研究与应用的保护油层钻井/完井液体系主要有无侵入、正电胶、硅酸盐、甲基葡萄糖酐、甲酸盐、全油基、合成基钻井/完井液体系。（1）无侵入钻井完井液体系及处理剂这是目前国外开发的一种新型钻井完井液体系，无侵入的意思是无液相与固相侵入损害。该钻井完井液具有超低固相质量浓度（低于28.4g/L）,利用表面化学原理，使钻井液在地层表面产生一种可以密封地层的非渗透性薄膜。国外该钻井完井液体系的主要处理剂包括增粘剂DWC2000TM、降滤失剂FLC2000和润滑剂KFA2000。国内目前相类似的处理剂有系列产品BST及超低渗透的处理剂。据SPE文献报道，无渗透钻井完井液技术的核心是一种聚合物油溶或水溶，它具有极其广泛的HLB值，能有效封堵储层。当加入水基液中时，该聚合物形成可变形的聚集体或膜在溶液中是分子成组式的，形成球状、棒状和片状，在井眼内液体的压力下，这些膜迅速地封闭地层喉道，从而大大限制了流体的侵入，压力继续增大时，由于这些成层的膜是可以变形的，从而更好地封闭地层孔隙喉道，进一步降低了渗透率，其机理如图1-3所示。图1-3无渗透钻/完井液封堵机理（2）正电胶MMH钻井完井液混合金属层状氢氧化物钻井完井液又称为正电胶钻井完井液。MMH是其主处理剂，带正电荷，MMH同时具有铝二八面体和铝三八面体，其正电荷主要来源于氢氧三八面体中未平衡的正电荷。该体系的主要优点是具有很强的携岩能力和抑制性（是KCL的10倍）；具有独特的流变性，有利于井壁稳定，有良好的抗温及抗污染能力，对储层有保护作用。目前这种钻井完井液体系已成为钻各类水平井、大位移井的重要手段。通过大量研究工作，正电胶钻井完井液保护储层机理为“中和”粘土表面负电荷，抑制粘土水化膨胀防止储层的碱敏性，防止储层微粒运移减少亚微米级颗粒进入储层。从发展方向来看，无机正电胶或有机正电从发展方向来看，无机正电胶或有机正电胶体系与双聚钻井液体系，例如聚合醇配合应用很有前途。从用途来看，钻开油层前与阳离子钻井完井液配合或完全按正电胶体系配方配制都可以，高、中、低渗透率储层均适用，用淡水及盐水海水配制均可得到性能良好的钻井完井液，用作钻井完井液、压井液、修井液均可。正电胶钻井完井液已在我国大部分油气田浅井、深井、超深井、直井、斜井、大位移井、水平井各种类型几千口井的钻井完井中使用，成本不高，且有良好的效果。（3）硅酸盐钻井完井液硅酸盐钻井完井液能够稳定各种复杂地层，具有类似于油基钻井液的优良抑制稳定性能，但也须通过聚合醇和低价无机盐的复配等来强化其整体性能。普遍使用的硅酸钠产品溶液模数为2:1,固相质量分数为42%，密度为1.5g/cm3。典型的硅酸盐钻井完井液的pH值控制在11.8-12.3之间。硅酸盐尺寸分布宽，通过吸附扩散等途径可堵塞井壁裂缝、孔洞，从而可抑制泥页岩膨胀和分散。在pH值小于9时，硅酸根与孔隙水相遇立即变成硅酸盐凝胶堵塞裂缝孔隙。硅酸盐与粘土矿物表面有强烈的超分子化学吸附，可使粘土矿物颗粒胶结成牢固的整体。硅酸盐与多数处理剂具有良好的配伍性，如PHP、SMP、XY-27等。近来，有关人员做了大量的保护油气层试验，证实硅酸盐钻井完井液对岩心的损害主要发生在岩心的开端处，对采油产量的影响可略而不计。（4） 聚合醇（PEM）钻井完井液钻井完井液体系是协调钻井工程技术要求和环境保护之间矛盾的新型钻井完井液。其优点主要有具有良好的润滑性，可延长钻头及马达的使用寿命；摩阻系数小，有良好的抑制性和井壁稳定性；保证井眼的稳定和井下的安全具有无荧光的特点，荧光在五级以下，无油类和重金属盐类，可直接排放，有利于环保。PEM浆主要由水基润滑剂PF-JLX和防塌剂PF-WLD组成，其中PF-JLX分子量为500-2000。在浊点温度以上时，PF-JLX中的JLX分子从水中分离，吸附在钻具、套管、岩石和滤饼表面，增加其润滑性，还可以进入泥页岩裂缝地层，起到封堵作用。PF-WLD多元醇聚合物是类硅酸盐结构的化学剂，具有很好的抑制性，有利于井壁稳定。PEM钻井完井液在塘沽、渤海湾、南海西部、新疆、胜利、江汉等陆上油田应用。（5） 甲基葡萄糖苷（MEG）钻井完井液MEG钻井完井液体系具有强抑制泥页岩水化性能，良好的润滑性能，润滑系数为0.06，环境可接受性好，无毒，具有生物降解性良好的稳定性，抗温性可达170-240°C，可有效保护油气层，钻速高，可用海水配制，滤失性、加重性良好，可配制密度为性能稳定的钻井完井液。钻井完井液可由淡水、盐水、海水或适当水相（含NaCl、KC1和CaCl2）等，以MEG为主处理剂，再添加适量的降滤失剂，如改性淀粉、聚阴离子纤维素及流型调整剂等组成。MEG分子结构上有4个亲水的羟基，它可以吸附在井壁岩石和钻屑上，如果液体中加量较大，则在井壁岩石和钻屑上形成一层吸附膜，可将岩石和水隔开。这一层吸附膜称作半渗透膜，可通过调节活度实现活度平衡钻井，控制钻井液与地层内水的运移，有效阻止泥页岩水化膨胀，以保持井壁稳定，另外MEG环状分子上含有个氢氧根，可与水分子形成牢固的氢键结合。因此，MEG钻井完井液的滤液进入地层后有脱水作用。试验表明，其脱水作用比KCl钻井完井液和甘油钻井完井液高，可防止泥页岩水化分散及微粒的产生，因而可以大大减少对油气层的损害。MEG钻井完井液具有低的表面张力，当滤液进入储层后，返排出来比较容易，防止或减少水分滞留在油气层，减少储层渗透率的下降。（6）甲酸盐钻井液HCOONa和HCOOK饱和溶液的密度分别为1.34g/cH和1.60g/cm3，因而所配制的甲酸盐钻井液具有较宽的密度范围。如需更高密度，还可使用甲酸铯（HCOOCs）钻井液，其最高密度可达2.3g/cm3。由于不需另添加膨润土和固体加重材料，因此非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。显而易见，该类钻井液与完井液不仅水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速，而且对储层具有很好的保护作用。甲酸盐与常用的聚合物处理剂具有很好的配伍性，并能减缓多种粘度控制剂和降滤失剂在高温高压条件下的水解和氧化降解速度。因此，甲酸盐钻井液可抗高温，并且性能稳定。（7）全油基钻井完井液油基钻井完井液在防塌、防卡、防漏等方面能起到良好作用，可抗盐层及粘土污染，耐温200°C粘土膨胀保持井壁稳定，适用于水平井、大位移井钻井。目前油基钻井完井液已发展到全油基钻井完井液，其优点为剪切稀释性能良好，不形成乳状液，乳化稳定性好携屑能力强，井眼清洁化学剂成本低，密度可保持在0.8g/cm3，可提高钻速，有良好的润滑性，保护油气层使用。全油基钻井完井液在国外应用较多，国内应用相对较少，吐哈油田陵井、新疆柯克亚柯井、新疆塔里木油田东河井均应用了全油基钻井完井液，取得良好效果。全油基钻井完井液如果能够多口井重复使用，即可减少由于其成本较高与劳动条件较差所带来的一系列问题。（8）合成基钻井液合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，以及乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成的体系。与油基钻井液相比较，其区别在于，将油基泥浆中的基油—柴油或矿物油替换成可生物降解又无毒性的改性植物油类。最初提出的要求是：①合成有机物的物理性质应与矿物油的物理性质相似；②其毒性必须很低；③无论在好氧或厌氧的条件下都是可以生物降解的。目前，在墨西哥湾和北海油田等地区，使用合成基钻井液已非常普遍。据不完全统计，在世界范围内已有500多口井使用了合成基钻井液。(9)可循环微泡钻井液技术美国ActiSystems公司研制成一种在近平衡压力钻井中使用的微泡钻井液。这种钻井液在不注入空气和天然气的情况下可产生均匀气泡，并把这种钻井液叫“Aphron”钻井