正电聚醇钻井液体系性能及在水平井中的应用探讨

白秋颖

（大庆油田钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163000）

1 概述

随着我国老油田多进入开发后期，油气产量下降，主力油气藏勘探及开发程度越来越高，为了寻找油气资源接替量，各油田加大了对非主力油藏、非常规油气资源的开发力度，这些油气藏开发难度大，单井产量低，为了提升开发效益，多使用水平井开发，水平井井身结构复杂，钻井施工难度大，对钻井液性能要求较高，钻井液的选择是钻井成功与否的关键因素之一[1]。钻井液的作用除了冷却钻头、携带岩屑、保持钻具润滑性外，还要求能够提高井眼稳定性、保护油气层[2]。正电聚醇钻井液具有优良性能，在水平井钻井过程中应用效果好，加强对正电聚醇钻井液性能研究，在实钻过程中合理选择及优化钻井液性能，对于保障水平井钻井成功率具有重要意义。

2 水平井钻井液要求

水平井井身结构特殊，不同于直井，水平井具有造斜段和较长的水平段，并且水平段能够在储层中穿行，由于井身结构特殊，受力情况不同，对钻井液提出了更高的要求。

（1）钻井液对井眼净化。由于水平井井身结构特殊，在造斜段角度较大，研究表明，当井斜角在30°～60°之间时，岩屑容易堆积，形成岩屑床，岩屑床形成后，会越堆积越大，无法随钻井液循环出地面。岩屑床的形成通常是受到重力作用，岩屑堆积在井壁下方，一旦岩屑床形成，会增加钻井液流动的阻力。在固井时，岩屑床的存在会影响泥浆顶替效率，造成固井水泥浆胶结出现问题，在岩屑床存在的部位，出现空隙，导致出现气窜，影响固井质量。

（2）润滑井眼及降低摩擦阻力。由于水平井存在造斜段和较长水平段，钻柱受到重力作用，在造斜段和水平段钻柱与井壁接触，受到的摩擦阻力较大。为了保证钻井顺利施工，要求钻井液具有较好的润滑性，以降低摩阻。研究表明，水平井钻井液的密度、粘度、液柱产生的压力、钻井液中固相颗粒及形成的泥饼等，都会影响钻井摩擦阻力。因此，选择合理的钻井液体系，优化钻井液性能，以便降低钻具钻井过程中摩擦阻力，减少钻具损耗。

（3）稳定井壁。水平井水平段受重力作用，容易发生垮塌，特别是井壁长期浸泡在钻井液中，一旦发生水化膨胀，发生垮塌的几率大增。对于泥页岩地层来说，更容易发生水化膨胀，因此，要求钻井液必须具有较强的隔离效果，能够在井壁上形成一层保护膜，保护膜能够有效避免钻井液中水分进入井壁，从而避免出现井壁垮塌。此外，钻井液密度应配置合理，能起到支撑井壁的效果。

（4）保护储层。由于水平井存在较长水平段，且水平段是在储层中穿行，与储层接触面积大，如果钻井液对储层保护性差，会对油气层造成不可逆转的伤害，给后期采油生产作业带来难题，影响油气井产量。因此，水平井钻井液对储层的保护显得尤为重要，必须优化钻井液性能，在满足钻井施工要求的情况下，避免储层伤害的情况发生。

（5）保护自然环境。水平井钻井液为了满足施工要求，在配制钻井液体系时，通常需要加入抑制剂、润滑剂及降滤失剂等各种添加剂，这些添加剂大多具有环境危害性，在施工过程中钻井液撒到井场或废液处理不当，都会造成土壤或地表污染，造成严重的环境污染，危及人类生活环境。因此，水平井钻井液在设计时，必须考虑环保要求，将环境危害降至最低，以实现油田的可持续健康发展。

3 正电聚醇钻井液作用机理

正电聚醇钻井液体系的发展是基于正电醇钻井液体系而来的，通过在正电醇钻井液体系中引入阳离子基团，形成正电聚醇钻井液体系，比普通的正电聚醇能够起到更好的稳定井壁的效果。

正电醇分子结构的典型特征是有两亲结构（RO-R），在一定温度下具有浊点效益。即在低温情况下，正电聚醇分子具有亲水性，当升高到一定温度时，正电聚醇分子具有亲油性，这个温度的界限即为浊点[3]。正是由于正电聚醇钻井液体系的浊点效应，使得水基钻井液的正电聚醇能够形成类似与油基钻井液的泥饼，吸附在井壁上，同时还能形成胶团，能够有效降低泥饼的渗透率[4]，由于其在井下温度条件下具有亲油疏水性，能够在井壁与钻井液之间形成封隔界面，有效地降低钻井液中水分子向地层中流动。

正电聚醇钻井液体系比普通正电醇钻井液体系防塌效果更好。普通正电醇钻井液属于非离子型有机物，能够吸附在井壁上是因为正电醇分子与地层矿物质分子形成氢键，但氢键的吸附力较弱。正电聚醇分子较普通正电醇分子在主链上加入了阳离子基团，形成了具有正电性的正电醇高分子化合物，对井壁的吸附力由普通的氢键变为电性吸附，吸附力大大增强，与井壁的胶结能力得到提升，防塌效果也更好。

4 正电聚醇钻井液应用

泥页岩地层通常具强水敏性和强应力的特点，随着非常规油气藏勘探成为热点，特别是页岩气勘探受到重视，页岩气水平井的井壁稳定成为研究重点。以往对于强应力和强水敏性泥页岩地层，水平井钻井液多使用油基钻井液，近年来对于环境保护的要求越来越高，油基钻井液由于环境污染大，应用越来越少，正电聚醇等水基钻井液应用较为普遍，该钻井液体系不仅能够提升钻井施工效率，对井壁保护效果好，还能有效保护储层，降低对环境的污染。在性能方面，正电聚醇钻井液具有与油基钻井液相同的效果，且对环境危害小，对于地质录井油气储层发现干扰小，具有较好的技术经济效益。

正电聚醇钻井液体系通过向正电醇体系中引入阳离子基团，提升井壁保护效果。正电聚醇钻井液中乳液大分子及多元聚合物能够吸附在泥页岩地层上，形成一层保护膜，具有亲油疏水性，能够阻止水分子与泥页岩地层接触，从而有效防止泥页岩地层水化膨胀。目前油田常用的正电醇钻井液体系配方采用膨润土、正电聚醇、高分子絮凝剂、降滤失剂等，其实验室测定的性能如表1所示。

表1 正电聚醇钻井液体系性能分析

从表1中可以看到，正电聚醇钻井液系统性能优异，满足水平井钻井施工要求，能够有效保护井壁，对储层保护效果好。

5 结束语

随着油田进入开发后期，常规主力油气藏开发程度越来越高，资源潜力有限，为了增储上产，页岩油、页岩气等非常规油气资源受关注程度越来越高，有望成为重要的接替资源。页岩油、页岩气等非常规油气资源开发难度大，常规直井开发效益有限，水平井是提升单井产量的有效手段。但这类非常规油气藏储层多为泥页岩，地层稳定性差，遇水易水化膨胀，对钻井液提出了更高要求。正电聚醇钻井液具有优良的特性，在水平井钻井中具有较好应用效果，针对页岩油气水平井钻井施工难题，需要不断优化及提升正电聚醇钻井液体系性能，提升水平井钻井成功率，为油田可持续发展提供技术保障。