美国钻井液技术研究新进展

美国页岩气水平井钻井提速提效案例与启示摘　要：自２００４年起，美国开始大规模应用水平井开发页岩气，水平井钻井数量呈爆发式增长。

随着技术的进步，美国页岩气水平井的平均水平段长度不断增加，钻井周期不断缩短，单位进尺钻完井费用持续降低。

通过美国的Ｆａｙｅｔｔｅｖｉｌｌｅ气田、Ｍａｒｃｅｌｌｕｓ页岩气产区、Ｅａｇｌｅ　Ｆｏｒｄ页岩气产区３个案例，具体分析了该国页岩气水平井钻井提速提效措施，主要包括简化井身结构，应用工厂化作业模式及配套钻机，采用个性化高效钻头及油基钻井液，以及高效实用的常规导向钻井技术或旋转导向钻井技术。

最后针对我国现状，提出了大力推行工厂化钻井、加快发展旋转导向钻井、重点发展个性化钻头和钻井液、提高钻井设备可靠性和耐用性等建议。

关键词：美国　水平井　钻井　页岩气　钻井周期　提速提效　启示ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－３０２ｘ．２０１３．０６．０１２杨金华　田洪亮　郭晓霞　吕建中　何艳青中国石油集团经济技术研究院＊基金项目：国家科技重大专项“我国油气勘探开发工程技术和装备发展战略研究”（编号：２０１１ＺＸ０５０４３－００３）部分研究成果。

第一作者简介：杨金华，１９６３年生，高级工程师，现主要从事钻井技术跟踪与战略研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｈ＠ｃｎｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ美国水平井钻井数量从２０００年的１１４４口快速增至２０１２年的１７７２１口，占年度钻井总数的比例从２０００年的３．６８％升至２０１２年３６．６５％，预计２０１３年美国水平井钻井数将逼近２００００口大关。

美国水平井钻井进尺从２０００年的２３７．７４×１０４ｍ快速增至２０１２年的６９７９．９２×１０４ｍ，占比从２０００年的５．２３％升至２０１２年６０．３３％。

从２０１０年起，美国水平井钻井进尺超过直井钻井进尺，水平井取代直井成为钻井工作量大的井型。

美国用于钻水平井的在用旋转钻机数从２０００年的５５台增至２０１２年的１１５１台，占比从２０００年的６％增至２０１２年的６０％。

页岩气钻井过程中的钻井液技术背景页岩气开发目前成为全球关注的热点。

在我国，由于现有的天燃气产量难以持续满足中国国民经济的发展和社会高速发展的需求，也由于北美页岩气勘探开发的成功经验，所以中国页岩气的发展引起政府、企业和民众的高度关注。

中国的页岩气勘探开发技术刚刚起步，缺乏相关的经验和技术；美国是最早进行页岩气研究和开采的国家，目前已形成相当的规模，并且进入了开发的快速发展阶段。

页岩气钻井方式的选择美国开发页岩气的成功经验表明，水平井和多种储层压裂改造技术是成功开发页岩气的关键。

在页岩气层钻水平井，可以获得更大的泄流面积，更高的天然气产量。

根据美国页岩气开发的经验，水平井成本平均为直井的3倍，但日均产气量及最终产气量是直井3~5倍，产气速率则提高10倍。

因此，水平井成为了开发页岩气最主要的钻井方式。

页岩气水平井钻井存在的主要问题一方面，页岩是以粘土矿物为主的沉积岩，钻井过程中粘土矿物水化造成强度降低，进而产生缩径、井壁垮塌、卡钻等复杂事故；另一方面，在页岩气水平井钻井中，水平段较长，井壁失稳、摩阻、携岩及地层污染等问题非常突出。

因此，钻井液的选择及其配方直接影响钻井效率、工程事故的发生率及储层保护效果。

从钻井液角度看，要求钻井液能提高地层承压能力，防漏堵漏效果好，最重要的是抑制粘土水化膨胀，造成储层伤害。

选择钻井液体系的原则为：要使钻井液有较强的抑制性、封堵性能和较低的渗透性和活度；能阻止滤液进入页岩地层，防止页岩吸水、强度降低。

油基钻井液传统的页岩气钻井过程中，使用最多的是油基钻井液。

油基钻井液具有以下优点；（1）强的抑制性，能防止和减少水敏性地层的水化、膨胀、分散而引起的缩径或井塌；（2）在钻遇石膏层、盐层及水泥塞时，对Ca、Mg、Na等离子具有很强的抗污染能力；（3）由于以油为外相，油基钻井液润湿效果极佳，能大大降低钻进及起下钻时的扭矩、阻力和张力，减少由于阻、卡引起的井下复杂事故；（4）对钻井设备无腐蚀；（5）具有极好的油气层保护特性；（6）与其他水基钻井液相比，油基钻井液的滤饼滤失速率较小，滤液基本不会引起粘土矿物水化膨胀；（7）滤液进入亲水型硬脆性泥页岩阻力大，从而能较好地稳定泥页岩地层。

国外钻井技术发展现状张东海Ξ(中原石油勘探局钻井二公司) 席继强　贾建明(中原石油勘探局采油五厂)摘　要　美国及西欧一些发达国家一直处于钻井技术的前列,了解国外钻井技术现状,利于我们在战略上决策钻井科技发展的方向。

本文首先概述了国外比较成熟的大位移井钻井、欠平衡钻井、小井眼钻井、超深井钻井、老井重钻等技术,对国外正在研究和开发的钻井技术,如分枝井钻井技术、连续管技术、旋转导向钻井系统、套管钻井工艺、三维可视化技术等也作了一定介绍,对促进我国钻井技术的发展具有一定的借鉴意义。

主题词　国外　钻井　大位移　小井眼　侧钻　现状 钻井技术从上世纪末至今已经历了经验钻井、科学化钻井、自动化智能钻井3个发展阶段。

美国、西欧等西方发达国家一直处于钻井技术的前沿,完成了大批超深井、高难度定向井、水平井、径向井、分枝井。

与之相配套的各种工艺技术,如化学处理剂应用开发、冶金铸造技术、工具设计制造、精密仪器的研制加工等都有了长足的进步,从而有力推动了地球科学、石油工业及其他有关行业的发展。

一、　国外比较成熟的钻井技术(一)　大位移井钻井技术[1]大位移井(Extended 2ReachDrilling ,简称ERD )是指水平位移深度(HD )与垂直深度(TVD )之比大于2.0以上的定向井或水平井;当比值大于3时,则称为特大位移井。

80年代末,随着水平井钻井高潮的到来,促进了大位移井技术的发展;在1994年SPE 第69届钻井会议上,大位移井成为讨论的主题之一。

钻大位移井的主要原因是基于经济上的考虑,在海洋及滩海油气勘探和开发中,节省近三分之一以上的费用,并大幅度提高了油气采收率。

挪威国家石油公司(Statoil )是钻大位移井的代表,在挪威北海钻成了一批大位移井,从1990至1994年连续4年保持大位移井世界纪录。

1994年所钻的30/6C 226A 井,水平位移7850m ,垂深2760m ,HD/TVD 为2.84;英国石油(BP )公司于1998年12月在英国南部WF 油田完成的M11井,水平位移达10114m ,完钻井深10656m ,HD/TVD 达6.13,目前一直保持着大位移井世界纪录。

国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向近年来，页岩气的开采已成为全球能源产业的热点之一。

然而，页岩气开采过程中存在一些技术难题，其中水基钻井液技术是影响页岩气开发的重要因素。

本文将从国际国内两个方面，简要分析页岩气井水基钻井技术现状，并探讨中国的发展方向。

在国际上，水基钻井液技术已经成为页岩气开采的主要技术之一。

当前，美国水基钻井液已经急速发展，成为了世界上最主要的液态钻井液市场。

因此，美国是目前全球页岩气开采最发达的国家之一。

从国外的经验可以看出，水基钻井液技术主要分为两种类型：聚合物和无机盐水基。

聚合物水基钻井液主要包含了烃类聚合物、胶状物、树脂、丙烯酸醋酸盐等成分。

这种钻井液具有良好的稳定性、强附着力、良好的防漏性能等优点，但缺点在于成本较高，不适合大规模应用。

无机盐水基钻井液成分则主要包括水、无机盐超过10种成分etc. 与聚合物水基钻井液相比，无机盐钻井液生产成本较低，但却容易对地下水质造成污染。

在国内，随着页岩气开采的稳步前进，钻井液技术也得到了长足的发展。

尽管面临诸多困难和挑战，但是在各方共同的推动下，我国页岩气井水基钻井液技术逐渐成熟，并获得了一系列的技术突破。

目前，国内的研发人员主要采用国内外先进技术，发展新的水基钻井液体系。

据悉，目前国内石油钻井液并不足以满足页岩气钻井的要求，需要结合页岩气特殊性采取适合性的钻井液体系。

与此同时，新开发的乳胶钻井液、纳米胶钻井液体系也在受到关注和追捧。

在我国页岩气开采过程中，水基钻井液技术的研发必须注意保护环境，避免地下水污染。

因此，未来的发展方向是把握新型水基钻井液技术的切入点，汇聚全球水基钻井液技术领域的技术优势，继续开拓、优化和完善我国的钻井液技术，充分利用自己的资源优势，推进我国页岩气井水基钻井液技术的健康持续发展。

总之，页岩气井水基钻井液技术是影响页岩气开发的重要因素。

我们可以借鉴国际的先进经验，继续优化和探寻新型的钻井液技术，为我国发展页岩气提供坚强的技术支持。

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钻井液技术新进展摘要：钻井液技术的革新对加强石油勘探开发，提高石油采收率具有重要作用。

本文介绍了国外钻井液技术的新进展，包括井壁稳定、防漏堵漏、抗高温钻井液、提高机械钻速的钻井液、低密度钻井液流体、储层保护等技术，同时介绍了国内钻井液技术的相关进展，通过分析比较，指出开发新型钻井液技术的关键在于研发新的处理剂，为钻井液技术的发展指明了方向。

关键词：水基钻井液；油基钻井液；钻井液处理剂；纳米技术油气井工作液指在钻井、完井、增产等作业过程中所使用的工作流体，包括钻井液、钻井完井液、水泥浆、射孔液、隔离液、封隔液、砾石充填液、修井液、压裂液、酸液及驱替液等。

近年来，钻井液在保障钻井井下安全、稳定井壁、提高钻速、保护储层等方面的作用日益突出，随着当前复杂地层深井、超深井及特殊工艺井越来越多，对钻井液技术提出了更高的要求。

为此，国内外对应用基础理论和新技术方面进行了广泛的研究，取得了一系列的研究成果和应用技术，有效的解决了钻井过程中迫切的难题，并为钻井液技术的进一步发展奠定了基础指明了方向。

本文在调研近几年国内外钻井液新技术的基础上，对国外和国内钻井液技术的新进展分别进行阐述[1-3]。

1国外钻井液技术新进展1.1井壁稳定技术1.1.1高性能水基钻井液技术国外各大钻井液公司均研发了一种在性能、费用及环境保护方面能替代油基与合成基钻井液的高性能水基钻井液（HPWM）代表性技术有M-I公司的ULTRADRIL体系、哈利伯顿白劳德公司的HYDRO-GUADRTM体系[4-5]。

该钻井液体系中，聚胺盐的胺基易被黏土优先吸附，促使黏土晶层间脱水，减小水化膨胀；铝酸盐络合物进入泥页岩内部后能形成沉淀，与地层矿物基质结合，增强井壁稳定性；钻速提高剂能覆盖在钻屑和金属表面，防止钻头泥包；可变形聚合物封堵剂能与泥页岩微孔隙相匹配，形成紧密填充[6]。

在墨西哥湾、美国大陆、巴西、澳大利亚及中国的冀东、南海等地的现场应用效果表明，高性能水基钻井液具备抑制性强、能提高机械钻速、高温稳定、保护储层及保护环境的特点[7-8]。

摘要在石油钻井完井作业中，钻头钻进时避免不了会产生各种摩擦，造成设备磨损。

为了减少机械零部件在运行中因摩擦而产生的能量损失及设备损坏，世界各国积极研制各种用以降低摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质，即钻井液润滑剂，以达到润滑减阻的目的。

本论文系统地对钻井液润滑剂的作用、分类、测试评价、应用以及近年国内外的油田应用研发动态进行研究讨论，为钻井液润滑剂的研发提供进一步的依据。

近年来，随着石油勘探开发技术的不断发展，为保证钻井液的润滑及抗磨性能适应各种不同的钻井条件和工艺技术，对钻井液润滑性提出了更高的要求。

我国正在积极开展“安全、健康、高效”的钻井液润滑剂的基础理论和应用技术的研究，并且取得了一系列的研究成果。

相信随着钻井液润滑剂技术的进一步发展，这一技术必将更好地应用于钻井工艺中，产生更大的经济效益。

关键词：钻井液；减阻；润滑剂；钻井工艺AbstractIn the oi l drilling and completion operations，drill bit can not be avoided a variety of caused by the device friction and wear. To reduce the friction loss and equipment damage caused by friction in the operation of drilling，various countries around the world are making active study on the wear of lubricating medium to reduce friction，that is，drilling fluid lubricant，in purpose of the reducing the friction. This thesis systematically discuss the drilling fluid lubricant’s function，classification，testing and evaluation，application and applied research in recent years，the dynamic research in domestic oil fields for the development of drilling lubricant to provide further basis.In recent years，as the development of the oil technology，we put more emphasis on drilling fluid lubricity to ensure the drilling fluid lubrication and wear properties can adapt to different conditions of drilling technology. China is actively make a study on the basic theory and applied technology research of "safe，healthy and efficient" drilling fluid lubricant，and has made a series of research results. I believe that with further development drilling fluid lubricant technology will be better used in drilling process，and will result in greater economic benefits.Key words: drilling；lubricants；friction reduce；drilling technology目录第1章概述 (1)1.1 摩擦的概述 (1)1.2 润滑和润滑剂 (3)1.3 钻井液用润滑剂 (4)1.4 本研究目的与意义 (6)第2章钻井液润滑剂 (8)2.1钻井液润滑剂的分类 (8)2.2 钻井液润滑剂的作用机理 (12)2.3环境友好钻井液润滑剂 (13)2.4常见国产润滑剂组分和特性 (15)第3章钻井液润滑性能的选用与测评 (17)3.1 钻井液润滑剂的选用 (17)3.2 润滑剂的测评 (18)3.3 影响润滑剂润滑性的因素 (21)3.4 实验评价仪器 (22)3.5 实验数据的可靠性问题 (25)3.6 应用实例 (26)第4章钻井液润滑剂的研发动态 (30)4.1国内外润滑剂的应用及研发进展 (30)4.2钻井液润滑剂的发展方向 (34)结语 (36)参考文献 (37)致谢 (41)第1章概述1.1 摩擦的概述当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。

国内外钻完井技术新进展一、本文概述随着全球能源需求的日益增长，石油和天然气等能源资源的勘探与开发显得尤为重要。

钻井技术是石油天然气勘探开发过程中的核心技术之一，其技术水平的高低直接影响到勘探开发的成功与否。

近年来，随着科技的不断进步，国内外钻完井技术也取得了显著的新进展。

本文旨在概述这些技术进展，包括新型钻井设备、钻井液技术、完井技术等方面的创新与应用，分析其对提高钻井效率、降低开发成本、提升油气采收率等方面的作用。

本文还将探讨未来钻完井技术的发展趋势和挑战，以期为相关领域的科技人员和管理者提供参考和借鉴。

二、国内钻完井技术新进展近年来，随着国内石油天然气勘探开发力度的不断加大，我国钻完井技术也取得了显著的新进展。

这些进步不仅体现在技术创新和装备升级上，更体现在提高钻井效率、降低开发成本以及保障生产安全等多个方面。

在钻井技术方面，国内已经成功研发并应用了多项新技术，如旋转导向钻井技术、水力喷射钻井技术、三维地震导向钻井技术等。

这些技术的应用大大提高了钻井速度和精度，减少了钻井事故的发生率，同时也为复杂地质条件下的油气勘探开发提供了新的解决方案。

在完井技术方面，国内同样取得了显著成果。

例如，随着水平井、大位移井等复杂井型的大量应用，国内已经成功开发出多种完井工艺和工具，如套管开窗侧钻完井技术、水力压裂完井技术等。

这些技术的应用不仅提高了完井质量，也有效降低了完井成本，为油气田的高效开发提供了有力保障。

在钻井液和完井液技术方面，国内也取得了重要突破。

通过不断研究和探索，国内已经成功开发出多种新型钻井液和完井液体系，如环保型钻井液、高性能完井液等。

这些新型钻井液和完井液的应用不仅提高了钻井和完井效率，也有效保护了油气田的环境，实现了绿色、环保、高效的开发目标。

国内钻完井技术的新进展为油气勘探开发提供了强有力的技术支持和保障。

未来，随着技术的不断创新和进步，相信国内钻完井技术将取得更加显著的成果，为我国的石油天然气工业发展贡献更大的力量。