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我国抗高温深井钻井液技术的发展大致可分为钙处理钻井液，硝化(三磺)钻井液和聚磺钻井液等三个阶段。钙处理钻井液是20世纪60年代至70年代初使用的基本钻井液类型，下面着重介绍近20年发展起来的后两类深井钻井液体系。
1．磺化钻井液 磺化钻井液是以SMC、SMP-1＼SMT和SMK等处理剂中的一种或多种为基础配制而成的钻井液。由于以上磺化处理剂均为分散剂，因此磺化钻井液是典型的分散钻井液体系。20世纪70年代后期，四川女基井和关基井分别用此类钻井液钻达6011m和7175m。其主要特点是热稳定性好，在高温高压下可保持良好的流变性和较低的滤失量，抗盐侵能力强，泥饼致密且可压缩性好，并具有良好的防塌、防卡性能，因而很快在全国各油田深井中推广应用。常用的磺化钻井液有以下几种类型；
(1)SMC钻井液
这种体系主要利用SMC既是抗温稀释剂，又是抗温降滤失剂的特点，在通过室内试验确定其适宜加量之后，用膨润土直接配制或用井浆转化为抗高温深井钻井液。一般需加入适量的表面活性剂以进一步提高其热稳定性，该类体系可抗180~220'C的高温，但抗盐、钙的能力较弱，仅适用于深井淡水钻井液。
其典型配方为：4％～7％膨润土+3％～5％SMC+0.3％～1％表面活性剂(可从AS、ABS、Span-80和OP-10中进行筛选)，并加入烧碱将pH值控制在9～10之间。必要时混入5％～10％原油或柴油以增强其润滑性。
在用膨润土配浆时，必须充分预水化，否则所配出钻井液的粘度、切力过低，不能得到满意的性能。但需注意膨润土切勿过量，若一旦出现膨润土过度分散或量过高时，可加入适量CaO降低其分散度，然后再加入SMC调整钻井液性能。在现场维护方面，可以使用与井浆浓度相同的SMC胶液(一般5～7％)控制井浆的粘度上升，并保持膨润土含量在100～130g／l之间。若因膨润土含量过低造成粘度达不到要求，则可补充预水化膨润土浆，并相应加入适量SMC。四川女基井曾使用该类钻井液顺利钻至6011m。
(2)SMC-FCLS混油钻井液
为了提高磺化钻井液抗盐、钙污染的能力，可将SMC与FCLS复配使用。试验表明，利用它们之间的相互增效作用，可有效地控制盐水钻井液的流变性和滤失造壁性。并常使用红矾(Na2Cr2O7)提高FCLS的抗温能力，使加重后的盐水钻井液在高温下具有良好的性能。该类体系抗温可达180℃，最高矿化度可达15×104mg／1，并能将钻井液密度提高至2.0g／cm3左右。
这种钻井液通常用井浆转化。经试验，膨润土的适宜含量为80～100g／1，SMS和FCLS的加量随体系中含盐量增加而增大。其典型配方为：3％～4％膨润土十2％～7％SMC十1％～5％FCLS。与此同时，加人0.1％～0．3％NaOH调节pH值至9～10，加入0．1％～0．2％红矾以提高抗温性。通常需混入5％～10％原油或柴油以降低泥饼的摩擦系数。由于盐水钻井液的pH值在钻进过程中呈下降趋势，试验发现，加入0．2％Span-80或0．3％AS有利于稳定pH值，并消除因使用FCLS而经常产生的泡沫。华北油田宁1井和四川油田鱼1井均使用该类钻井液，分别顺利钻达5300m和5 585m。
(3)三磺钻井液
这种体系使用的主处理剂为SMP-1(或SMP-2)、SMC和SMT(或SMK，也可用FCLS代替)。其中SMP-1与SMC复配，使钻井液的HTHP滤失量得到有效的控制SMT或SMK用于调整高温下的流变性能，从而大大地提高了钻井液的防塌、防卡、抗温以及抗盐、钙侵的能力。试验表明，抗盐可至饱和，抗钙达4000mg／1；钻井液密度可提至2.25g／cm3；若加入适量Na2Cr2O7，抗温可达200-220℃。
配制三磺钻井液时，可先配成预水化膨润土浆，再加入各种处理剂，亦可直接用井浆转化。维护时，通常加入按所需浓度比配成的处理剂混合液。若粘度、切力过高，可加入低浓度混合液或SMT(SMK和FCLS亦可)；若滤失量过高，可同时补充SMC和SMP-1。这类钻井液已在全国务油田广泛应用于深井中。
2．聚磺钻井液
聚磺钻井液是在钻井实践中将聚合物钻井液和磺化钻井液结合在一起而形成的一类抗高温钻井液体系。尽管聚合物钻井液在提高钻速、抑制地层造浆和提高井壁稳定性等方面确有十分突出的优点，但总的来看其热稳定性和所形成泥饼的质量还不适应于在井温较高的深井中使用。特别是对硬脆性页岩地层，常常需加入一些磺化类处理剂来改善泥饼质量，以降低钻井液的HTHP滤失量。因此，很自然地逐渐将两种体系结合在一起。聚磺钻井液既保留了聚合物钻井液的优点，又对其在高温高压下的泥饼质量和流变性进行了改进，从而有利于深井钻速的提高和井壁的稳定。该类钻井液的抗温能力可达200～250℃，抗盐可至饱和。从20世纪80年代起，这种体系已广泛应用于各油田深井钻井作业中。
聚磺钻井液的配方和性能应根据井温、所要求的矿化度和所钻地层的特点，在室内试验基础上加以确定。一般情况下膨润土含量为40～808／1，随井温升高和含盐量、钻井液密度增加，其含量应有所降低。
高相对分子质量的聚丙烯酸盐，如80A51、FA367、PACl41和KPAM等通常在体系中用做包被剂，其加量应随钻井液含盐量增加而增大，随井温升高而减少，一般加量范围为0.1％～1.0％。
某些中等分子量的聚合物处理剂，如水解聚丙烯腈的盐类，常在体系中起降滤失和适当增粘的作用，其加量为0．3％～1.0％。
某些低分子量的聚合物，如XY-27等，在体系中主要起降粘、切的作用，其一般加量为0.1％～0.5％。
磺化酚醛树脂类产品，如SMP-1、SPNH和SLSP等，常与SMC复配使用，用于改善泥饼质量和降低钻井液的HTHP滤失量。前者加量一般为1％～3％，后者为0～2％。此外，1％～3％的磺化沥青常用于封堵泥页岩的层理裂隙，增强井壁稳定性和进一步改善泥饼质量。必要时还需加入0.1％～0.3％Na2Cr2O7或K2Cr2O7，以提高钻井液的热稳定性。
聚磺钻井液大多由上部地层所使用的聚合物钻井液在井内转化而成。转化最好在技术套管中进行，可以先将聚合物和磺化类处理剂分别配制成溶液，然后按配方要求与一定数量的井浆混合，或者先用清水将井浆进行稀释，使其中膨润土含量达到一个适宜范围，然后再加入适量的磺化类处理剂和聚合物。如果在裸眼中进行转化，则最好按配方将各种处理剂配成混合液，在钻进过程中逐渐加入井浆内，直至性能达到要求。
通常使用与配方等浓度的各种处理剂的混合液来对井浆进行维护。若发现井浆性能发生变化，可适当调整混合液中各种处理剂的配比。
适宜的膨润土含量是聚磺钻井液保持良好性能的关键，必须严加控制。如果泥饼质量变差，HTHP滤失量增大，应及时增大SMP-1、SMC和磺化沥青的加量；若流变性能不符合要求，可调整不同相对分子质量聚合物所占的比例以及膨润土的含量；若抑制性较差，可适当增大高分子聚合物包被剂的加量或加人适量KCl。
聚磺钻井液所使用的主要处理剂可大致地分成两大类：一类是抑制剂类，包括各种聚合物处理剂及KCl等无机盐，其作用主要是抑制地层造浆，从而有利于地层的稳定；另一类是分散剂，包括各种磺化类、褐煤类处理剂以及纤维素、淀粉类处理剂等，其作用主要是降滤失和改善流变性，从而有利于钻井液性能的稳定。在深井的不同井段，由于井温和地层特点各异，对两类处理剂的使用情况应有所区别。上部地层应以增强抑制性和提高钻速为主，而下部地层应以抗高温降滤失为主。目前，我国钻井液科技人员在聚磺钻井液的现场应用方面已积累了丰富的经验。他们通常将以上两类处理剂分别简称为“聚"类和"磺"类，提出了深井上部地层"多聚少磺"或"只聚不磺"；而下部地层"少聚多磺"或"只磺不聚"的实施原则，其分界点大致在井深2500～3000m。依据这一原则，聚磺钻井液已在我国得到广泛应用。
文章来源：中国地质大学
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发表于 2015-5-8 14:01
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