高温深井钻完井液体系的研究进展

摘 要：【目的】勘探开发的深入、井深的增加常常伴随着一定的钻井事故的发生，针对高温深井的不同工况选择适用的钻完井液体系，可以更好地实现安全钻井，提高产量。【方法】通过查阅大量文献，结合目前面临的难题及其研究进展，综述高温深井钻井过程所使用的钻完井液体系类型。【结果】现场钻遇高温深井时，容易出现机械转速低、钻井周期长等情况，可以根据不同地质因素或井下环境，优选出能够提高井壁稳定性，使钻速达到一定要求且满足储层保护的钻完井液体系，提高现场施工效率和质量。【结论】钻完井技术的快速发展，加速了石油与天然气的开采。高温深井钻完井液体系的研究具有重要意义。

关键词：高温深井；高密度；低密度；钻完井液

中图分类号：TE254" " 文献标志码：A" " 文章编号：1003-5168（2024）14-0084-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.14.017

Research Progress on Drilling and Completion Fluid Systems for High-Temperature Deep Wells

Abstract： [Purposes] The deepening of exploration and development and the increase of well depth are accompanied by the occurrence of certain drilling accidents， and the selection of suitable drilling and completion fluid system for different working conditions of high-temperature deep wells can better achieve safe drilling and improve production. [Methods] In this paper， a large number of literatures are reviewed， combined with the current problems and research progress， and the types of drilling and completion fluid systems used in the drilling process of high-temperature deep wells are reviewed. [Findings] According to different geological factors or downhole environment， the drilling and completion fluid system that can improve the stability of the borehole， make the drilling rate meet certain requirements and meet the reservoir protection， so as to improve the efficiency and quality of on-site construction. [Conclusions] The rapid development of drilling and completion technology has accelerated the exploitation of oil and gas， and the research on high-temperature deep well drilling and completion fluid system is of great significance in the future.

Keywords： high-temperature deep wells; high density; low density; drilling and completion fluids

0 引言

随着钻探技术的精进，钻井深度越来越深，井下问题越来越复杂。关于深井、超深井的储层特征损害机理仍不够明确，油气开采进程面临着很大的阻碍。因此，钻完井液体系的完善至关重要。钻完井液体系不但要能以良好的性能保证钻井速度，满足储层保护的要求，还需要具备良好的承压能力与封堵能力，防止漏失、卡钻等复杂情况的发生。

1 高温高密度钻完井液体系

1.1 甲酸盐钻完井液体系

甲酸盐钻完井液是由贝克休斯与Cobot两大公司首次研究提出的。甲酸盐钻完井液具有多种优势，相较于高密度饱和盐水磺化钻完井液而言，甲酸盐钻完井液在不影响泥浆体系流变性的情况下，能够显著降低体系固相含量，提高体系的稳定性含量，同时还解决了饱和盐水磺化钻完井液抗温能力弱、维护周期频繁、失水造壁性差等问题。叶艳等［1］针对超深井高温高压高矿化的“三高”井下环境，构建了高密度甲酸钾饱和盐水磺化钻井液体系，从高温稳定性、抑制性等方面进行了评价，得出该体系抗温能力、抑制性能均远强于常用无机盐钻井液，还可回收循环利用，具有良好的环保性能，可以适应深井、超深井、巨厚复合盐层，以及盐下储层的钻井。张伟等［2］针对环境条件严峻的塔里木油田现场，合理筛选出一系列处理剂保证其性能能达到现场应用的要求，研发了一套抗高温高密度无土相甲酸盐完井液，应用于高温深井并保证现场作业的顺利进行。林均贺［3］根据甲酸盐的基本性质，通过室内实验对降失水剂、油层保护剂和增黏剂进行筛选，最终确定一套甲酸盐无固相钻完井液体系配方并进行评价，其结果具有良好的流变性，能够保护储层不受伤害，并且滤失量低，可抗高温。

现如今，国内外以甲酸钾为基液的钻井完井液在高温高压井中应用良好，既可以抑制地层黏土矿物的水化，防止钻井完井液性能恶化，还能避免井塌、缩径等井下复杂情况，保持井壁稳定，整个体系能够对油气层进行保护，大大地提高了固井的质量。

1.2 低固相钻完井液体系

含固相体系实际有两种：一种是曾经用于钻井的液体，另一种是为了完井、修井而特别配制的液体，两者有严格的区别。特制的完井、修井液含有地层固相（有些是超细的），同时加入钻井完井控制所需的固相。使用钻井液作为完井液虽有许多优点，如钻井液就在现场，不需要重新配置，可以控制滤失量，成本低，但其中的固相容易造成地层堵塞。一般来说，把钻井液作为完井液不是一个好的选择。虽然控制滤失量是把钻井液作为完井液的第一步，但选择含固相的完井液的首要原则应该是易于溶解或通过水、酸、碱和碳氢化合物（油或凝析油）易于把固相溶解或者清除。这样在油基或水基体系中应用黏土或不溶加重剂较少。因此，配制含固相液体合适的固相应该是在饱和盐水体系中加水溶性盐、碳酸盐粉（碳酸铁、碳酸钙等）、金属氧化物（氧化镁、氧化锌、和一些合成的氧化铁）、溶解的或半溶解的天然聚合物（粒状植物物料）。

20世纪80年代初，酸溶性完井液的密度可达2.16 g/cm3，用于从井壁除去滤饼或从储层去除掉微粒，此设计中所有的固相成分均为水溶性或者油溶性的微粒。1994年，我国川东气田采用了含酸溶性桥堵物的液体改造成的完井液进行完井施工。7口井的现场应用效果表明，改造后的完井液性能优质、稳定、维护处理少，酸化解堵后增产显著。杨泽星等［4］经过大量的室内试验研究，成功研制出抗高温高密度水基钻井完井液体系。该体系具有良好的润滑性能，容易配制和维护，且高温稳定性能够满足高温深井井底220 ℃的要求，并且钻井作业过程中可以保持钻井液应用的连续性，不需要更换钻井液体系，能够节约工艺成本。卢淑芹等［5］针对冀东油田南堡油气藏的汽油比大、微裂缝发育等储层特征，优选出2种共聚物作为体系中的高温增黏剂和降滤失剂，研究出抗220 ℃高温低密度低固相钻井液体系。现场应用结果显示，该体系能够满足高温深井的要求且具有良好的携岩和清洁井眼的能力，以最大程度保护了油气储层。贺春明［6］根据奥陶系储层特征，通过使用高矿化度的油田水配浆，研制出一套低固相钻完井液体系，实现了“去土相、低固相、非磺化、不混油”，强化钻井液的封堵防塌能力，现场应用时能减少钻井液固相颗粒对储层的伤害，同时降低成本。

1.3 超微重晶石钻完井液体系

常规水基钻井液在高温井中应用时，易发生一系列物理化学反应，造成完井液性能的恶化，导致卡钻等问题。针对深井测试与完井研制出了超微重晶石钻完井液体系。普通重晶石作为加重剂在高密度完井液中使用时，在高温情况下会发生高温固化或产生硬质沉淀，影响作业管柱的下放。超微重晶石颗粒表面经过改性处理，其粒径在0.1～10 μm之间，粒子表面形成双电层，增加了超微粉体颗粒间的静电斥力，能够减弱固相颗粒的沉降趋势。超微重晶石颗粒在溶液中形成胶体，在静电斥力和布朗运动双重作用下，形成一个动力学稳定体系。该体系中使用的处理剂抗温性能好，组成成分简单，不易在高温井中产生固化或者分解、交联等现象，极大程度保证了井下作业的安全［7］。

2 高温低密度钻完井液体系

2.1 气基钻井液体系

连续相为气相的钻井液被称为气基钻井液，包括空气、雾化、泡沫等钻井液体系。该类钻井液的使用能够实现负压钻进，提高钻速，易于发现油气层，有效保护储层不受伤害。阳君奇等［8］根据塔里木盆地库车山前构造带的现场状况，采用连续循环空气钻井，提高机械钻速，缩短钻井周期，大大节约了钻井成本。常见雾化钻井井壁稳定时间短，苏雪霞等［9］提出一套防塌雾化钻井技术，以非离子型与阴离子型表面活性剂作为雾化剂，优选出其他添加剂，使得该体系具有强抑制、强吸附和强包被性能，能够达到地层出水量增大、井壁长期稳定等要求，为现场应用提供了技术保障。明广玉等［10］针对常规泡沫钻井液钻遇深井、超深井时高温稳定性差、抗压能力弱等问题，研制出关键处理剂并优选出最优加量，制备出抗高温高压、抗原油污染、强抑制性能的深井抗高温泡沫钻井液体系。通过现场应用，该体系综合性能优良，高温井中依旧能够保持性能稳定并具有良好的携岩能力。气基钻井液的使用能够延长钻井设备的使用寿命，减少储层伤害，有效解决井漏问题，特别适合灰岩带有缝洞的储层，应用前景十分广阔。

2.2 低密度水包油钻井液体系

水包油钻井液因其密度低、井壁稳定性强、能有效保护油气层的优点而得到广泛应用。渤海潜山油气区块高温深井裂缝发育，易发生漏失。刘鹏等［11］为降低钻井难度，研究出所需材料种类少、配制及维护简单的可抗高温的低密度水包油钻井液体系。该体系的高温稳定性、强抑制性与良好的油气层保护能力保证了现场钻井的安全。马文英等［12］通过室内研究制备出一套具有良好乳化稳定性且防塌能力强的可抗180 ℃水包油钻井液体系，能够起到保护低压储层的作用，并且还具备抗CO2污染、提高钻速等优点，满足深井近平衡、欠平衡钻井的要求。王荐等［13］将海水用作外相，用生物毒性低的5#白油用作内相，使用抗高温乳化剂研究出一套抗高温海水水包油钻井液体系，通过一系列评价试验得出结果：该体系具有乳化稳定性能强、抗温稳定性能好等特点，并且与原油具有相容性，有良好的储层保护能力，满足海上高温深井的作业要求。水包油钻井液体系的连续相是水，分散相为油、乳化剂等处理剂，该类钻井液配置成本较高，但相较于常规水基钻井液，具有很强的抑制黏土水化的能力，润滑性能也很强。

2.3 无固相低密度钻井液体系

无固相低密度钻井液中不添加膨润土及其他任何固相，通过加入不同可溶性无机盐调节其该体系的密度，加入不同聚合物调节该体系的基本性能参数和滤失量，并且还会加入一些缓蚀剂防止钻具产生腐蚀现象。张海忠等［14］根据哈德油田区块水平段的漏失情况分析，为能够在低密度情况下保证井眼稳定、防止黏卡等，研制出哈德油田水平井低密度无固相钻井液体系。该体系在现场应用中性能稳定，具有良好的储层保护性能，润滑防卡性能优异，提速明显。为减轻钻井泥浆对气层造成的伤害，俞宪生［15］针对大牛地气田的低压低渗地层，提出了玻璃微珠低密度无固相钻井液体系，通过现场应用调节玻璃微珠的型号，最终使该体系密度控制在设计范围之内，能够达到欠平衡的目的。无固相低密度钻井液体系常利用聚胺、聚合醇等液体调节钻井液密度，控制在1.0 g/cm3以内，该类处理剂类型多、来源广、成本低，体系技术成熟、性能容易控制，有利于发现和保护油气层。

2.4 低密度油基钻井液体系

常规油基钻井液含有乳化水，乳化水滴容易造成严重的水锁现象，并且堵塞地层孔隙，而低密度油基钻完井液能够通过调整油水比等，控制其密度在1.0 g/cm3以下。范胜等［16］为在高温深井中保护低压油气层，合成了一种新型有机土，配置了一套高温低密度油基钻井液体系，通过室内研究可发现该体系在220 ℃高温下仍具有较强的切力且滤失量低于3 mL，其抗污染能力满足深井复杂地层的钻井液技术需求。肖怡等［17］以低密度矿物油为基础制备出的低密度全油基钻井液，在低压储层钻井中应用结果表示，该体系密度可控、钻速快、热稳定好、维护简易，并且具有良好的油气层保护效果。低密度油基钻完井液体系主要针对高温深井、黏卡和井壁失稳等复杂地层，但由于其配置成本高，应用具有一定限制性。

3 结语

钻完井液技术作为钻井工程的关键技术之一，具有良好的发展前景。随着高温深井、超深井数量的增加，钻井液体系的研究也愈加深入。针对不同类型的储层特征、现场应用状况应采用不同的钻完井液体系。要保证安全地进行油气田开发，其中最大限度地减少储层损害是未来需要突破的一大重点。

参考文献：

［1］叶艳，安文华，尹达，等.高密度甲酸盐钻井液配方优选及其性能评价［J］.钻井液与完井液，2014，31（1）：37-39，43，97-98.

［2］张伟，肖伟伟，耿海龙，等.完井液用处理剂与甲酸盐盐水相容性研究［J］.钻井液与完井液，2018，35（2）：56-61.

［3］林均贺.甲酸盐钻完井液体系配方及性能研究［J］.石油石化物资采购， 2020（29）：24-24.

［4］杨泽星，孙金声.高温（220℃）高密度（2.3g/cm3）水基钻井液技术研究［J］.钻井液与完井液，2007（5）：15-17，86.

［5］卢淑芹，姜薇，陈金霞，等.南堡潜山油气层钻井完井液技术［J］.钻井液与完井液，2015，32（6）：18-21，104.

［6］贺春明.塔河油田奥陶系储层油田水低固相钻完井液技术研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2023，43（9）：175-177.

［7］高尊升，朱良根，周梦秋，等.高密度超微重晶石完井液在塔里木油田超深井的应用［J］.钻井液与完井液，2013，30（5）：50-52，99.

［8］阳君奇，申彪，叶素桃，等.空气钻井在BZ24井的应用［J］.钻采工艺，2022，45（3）：146-150.

［9］苏雪霞，孙举，徐芳，等.防塌雾化钻井技术［J］.精细石油化工进展，2018，19（3）：21-24，28.

［10］明玉广，蓝强，李卉，等.深井抗高温泡沫钻井液技术研究与现场试验［J］.石油钻探技术，2018，46（6）：47-53.

［11］刘鹏，张启龙，李进，等.低密度水包油钻井液在渤中28-1S油田的应用［J］.石油工业技术监督，2021，37（4）：54-56，62.

［12］马文英，刘彬，卢国林，等.抗温180℃水包油钻井液研究及应用［J］.断块油气田，2013，20（2）：228-231.

［13］王荐，张荣，向兴金，等.低密度海水水包油钻井液的研制［J］.海洋石油，2008（3）：86-91.

［14］张海忠，陈君，刘长健，等.低密度无固相钻井液在哈德油田水平井的应用［J］.石化技术，2020，27（8）：100，125.

［15］俞宪生.玻璃微珠低密度无固相钻井液在DP3井中的应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2008（10）：14-15，27.

［16］范胜，周书胜，方俊伟，等.高温低密度油基钻井液体系室内研究［J］.钻井液与完井液，2020，37（5）：561-565.

［17］肖怡，陈林，张绍俊.封堵性低密度全油基钻井液在低压储层保护中的应用［J］.钻采工艺，2015，38（5）：89-91，11.