油基钻井液优缺点及应用 (2)

油基钻井液优缺点及应用李贺（中国石油大学（华东）石油工程学院，海洋油气工程专业， 11042105）摘要：油基钻井液具有抗高、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点。

国外早在20世纪60年代就十分重视油基钻井液技术的开发与应用。

现已广泛作为钻深井、超深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层及储层保护的重要手段。

国外油基钻井液体系及配套技术比较成熟。

国内在油基钻井液方面尽管开展了一些工作，但应用较少还没有形成体系。

目前，国内非常规油气资源的开发已经启动，对油基钻井液有了迫切需求。

我国应在油基钻井液应用方面尽快行动起来，在借鉴国外经验和国内初步实践的基础上，首先开展油基钻井液的应用，在应用中积累经验、完善体系。

并通过油基钻井液处理剂、降滤失剂、提黏切剂、封堵剂及润湿剂的研制，逐渐形成具有国内特点、能够满足现场需要的油基钻井液体系，以及钻井液回收处理循环再利用的配套设备与方法。

同时，开展油基钻井液高温下流变性、稳定性研究，以形成系统的流变性控制方法为油基钻井液体系的应用提供理论支撑，促进国内页岩气等非常规油气资源的开发。

关键词：油基钻井液水平井页岩气非常规油气资源油气层保护水敏性复杂地层0.引言与水基钻井液相比，油基钻井液在井壁稳定、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆，以及快速钻进等方面具有明显优势，已成为钻探高温深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井、各种复杂井段和储层保护的重要手段。

早在20世纪60年代，国外就十分重视油基钻井液体系的开发与应用，70年代就针对深井、超深井钻井的需要，先后研制出一系列高温油基钻井液体系，并成功应用。

目前，国外在复杂井钻井及非常规油气井钻探中，油基钻井液的应用占主导地位。

国内20世纪80年代以来，先后在部分油田使用过油基钻井液，并开展了大量的室内研究工作，但考虑到油基钻井液的安全、成本、需求和环境保护问题，油基钻井液在我国应用十分有限，尚未形成体系。

随着对油基钻井液性能认识的不断提高，以及油基钻井液的市场需求不断扩大，尤其是近期，随着非常规油气资源开发的全面铺开，人们虽然开始重视油基钻井液，但重视程度还不够。

基于油基钻井液的特点及对油基钻井液的需求，国内应加快发展油基钻井液，并尽快形成配套的工艺技术及钻井液体系。

本文结合国内外油基钻井液文献资料及初步实践，对为什么要发展油基钻井液，以及发展油基钻井液需要解决的问题进行初步探讨。

1.发展油基钻井液的原因钻井液是钻井工程的血液，在钻井过程中起到携带和悬浮岩屑、稳定井壁、平衡地层压力、冷却和润滑钻头和钻具、传递水动力以及提供所钻地层录井资料等作用，是关系钻井尤其是特殊工艺井成败及质量好坏的决定性因素。

目前，我国中浅层油气资源的勘探开发已进入中后期，因此，随着国民经济发展对能源需求的增加以及钻探技术的发展，向深部地层和复杂地层寻找油气资源已成必然。

从全球范围看，石油勘探开发也正朝着复杂地层、深层、深海等地区进军。

这样，深井、超深井、定向井、大位移井和水平井等特殊工艺井钻探，必将成为我国乃至全世界石油工业的一个重要发展方向。

特殊工艺井的钻探对钻井液提出了更高的技术要求，例如，定向井、大位移井和水平井的钻探，要求钻井液具有更优异的润滑性、携岩性和储层保护性能；深井、超深井的钻探由于井底高温高压、裸眼井段长和钻遇地层复杂等，要求钻井液具有优良的高温稳定性、抑制性、携岩性和储层保护性能。

普通水基钻井液无法满足这样的要求，而油基钻井液由于具有页岩抑制性强、润滑性好、抗高温、抗污染能力强和储层保护性能好等优点，是钻高难度井和复杂井的优先选择。

2.油基钻井液概述2.1油基钻井液简介油基钻井液主要是指以柴油或低毒的矿物油（如白油）作为连续相，以水为分散相，在一定条件下形成的表现出类似油类的一些性质的油包水（W/O）乳化钻井液，也称逆乳化钻井液。

油基钻井液包括全油基钻井液、油包水钻井液、油基泡沫钻井液和合成基钻井液。

全油基钻井液中水的含量一般低于5%，而油包水钻井液由于油在此类钻井液中占的比例很大（一般大于80%）是基础组分，故而也称为油基钻井液。

油包水乳化钻井液主要由基油、水、乳化剂、有机土、润湿剂、降滤失剂、活度平衡剂、流型调节剂和加重剂等组成。

泡沫钻井液主要由油、水、发泡剂、稳泡剂等组成。

合成基钻井液组成与油基钻井液组成及性能相近，其优点主要体现在基油可生物降解，环境可接受性强等。

2.2油基钻井液的基本组分2.2.1基油基油是油基钻井液的分散介质，早期的全油基钻井液常用的基油为柴油，生物毒性高，随着海洋钻井对环境保护的要求越来越严格，目前普遍使用低毒的矿物油和气制油。

为了安全起见，闪点和燃点一般要求在82℃和93℃以上，苯胺点在60℃以上。

2.2.2提粘剂提粘剂用于提高钻井液粘度和切力，并同时可以降低钻井液的滤失量。

以前全油基钻井液常用沥青类产品作为提粘剂，容易引起油藏岩石润湿反转，由于其加量达5-10％，使得钻井液塑性粘度高，机械钻速较低。

为了提高钻速，目前使用树脂类提粘剂。

2.2.3有机土在全油基钻井液中，有机土主要用于提高粘度和切力，并起降滤失作用。

其加量一般在3％-6％范围内。

在油基钻井液中，有机土又称为亲油胶体。

2.2.4乳化剂和稳定剂尽管全油基钻井液中水的含量较少，但仍需要一定量的乳化剂和稳定剂使水相均匀地分散在油相中，同时使重晶石粉和岩屑的表面从亲水转变为亲油，便于在钻井液中的悬浮。

2.2.5氧化钙氧化钙(CaO)即生石灰。

其主要作用是与有机酸产生钙皂，以增强体系的稳定性。

氧化钙在体系中与水反应：生成的氢氧化钙[Ca(OH)2]主要以细分散状态悬浮在油相中，从而能够提高体系的结构强度，并增强热稳定性。

其次，它可调节体系的pH 值以满足性能要求。

2.2.6加重剂全油基钻井液中常用的加重剂有石灰石粉、重品石粉和铁矿粉，可根椐体系所需的密度进行选择。

由加重剂颗粒表面一般是强亲水的，因此体系中最好还有一定量的润湿剂，使其表面转化为亲油，以利于加重剂颗粒的悬浮。

一些乳化剂和稳定剂亦具有润湿剂的作用，是否需另加润湿剂，应根据室内实验结果来确定。

3.油基钻井液的优缺点3.1油基钻井液的优点3.1.1油基钻井液抗污染能力及防腐蚀能力强石灰是油基钻井液的必要组成。

过量的石灰可以提供Ca2+，从而有利于二元金属皂的形成，保证所添加的乳化剂可充分发挥效能；同时，石灰可以维持油基钻井液的PH维持在8.5~10范围内以利于防止钻具腐蚀；另外，它可以有效防止地层中CO2和H2S 等酸性气体对钻井液的污染。

3.1.2油基钻井液润滑性好，防塌能力强钻井液的润滑性通常包括泥饼的润滑性能和钻井液本身的润滑性两个方面。

钻井液和泥饼的摩阻系数是评价钻井液润滑性能的两个主要技术指标。

钻井液摩阻系数相当于物理学中的摩擦系数，用专用仪器进行测量，空气为0.5，清水为0.35，柴油为0.07，大部分有机钻井液的摩阻系数为0.08~0.09，各种水基钻井液的摩阻系数为0.20~0.35，如加有油品或各类润滑剂，则可降到0.10以下。

一般来说普通井钻井液摩阻系数在0.20左右就可以满足钻井需要，水平井泽要求钻井液的摩阻系数尽可能保持在0.08~0.10之间，以保持较好的摩阻控制。

除油基钻井液外，其他类型钻井液的润滑性能很难满足水平井钻井的需要，需要改善钻井液的润滑性能。

钻井液润滑性差，会造成钻具回转阻力增大，引起起下钻困难，甚至发生粘附卡钻；当钻具回转阻力过大时，会导致钻具振动，从而有可能引起钻具断裂和井壁失稳。

油基钻井液由于润滑性好，可以减少钻头，钻具和其他配件的磨损，延长使用寿命，同时可以防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。

如针对番禺30-1气田地层疏松、渗透性强，容易发生井漏、遇阻、卡钻等复杂情况，优选出一种适用于大斜度定向井的油基钻井液体系，室内评价及现场应用表明：该体系具有较好的流变性、沉降稳定性和润滑性能，添加石墨等润滑剂，可进一步改善该油基钻井液的润滑性，降低钻进扭矩和摩阻，降低顶驱等关键设备的故障率，且井壁更加稳定，同时解决了番禺30-1气田由于存在断层和裂缝发育而发生井漏的难题。

3.1.3油基钻井液抗温能力强油基钻井液表观粘度随温度和压力变化曲线在生产实践中我们发现：在实际钻井过程中，温度和压力同时随井深的增加而增大。

当钻进至深部地层时，虽然井下高温引起表观粘度的降低会由于压力增大使表观粘度增加而得到部分补偿，但前者降低的程度远远超过后者增加的程度。

即由于温度和压力的协同作用，钻井液的表观粘度是随井深的增加而逐渐减小的。

并且温度对油包水乳化钻井液屈服值的影响明显小于对表观粘度和塑性粘度的影响。

与水基钻井液相比，油包水乳化钻井液之所以在井底高温下能保持较高的表观粘度(204. 4℃和103. 4M P时，约为20mPa" s)并具有较好的携屑能力，与高温下其屈服值较高有关。

3.1.4油基钻井液抑制性强滤液主要为油和滤失量低是油基钻井液的重要特点，也是其适应于钻强水敏性易坍塌复杂地层以及能够有效保护油气层的主要原因。

通常情况下只要具有良好的乳化稳定性，油基钻井液的API滤失量可调整至接近于0。

HTHP滤失量也不超过10Ml。

低滤失主要是由于钻井液中的亲油胶体物质在井壁上的吸附和沉积可形成致密的滤饼，分散在油中的乳化水滴也有利于堵孔，水相的高含盐量（含Cacl2和或Nacl）可有效地防止有机钻井液中水分向井壁岩石运移等作用。

油基钻井液抑制性强，可有效保护油气层。

油基钻井液优良的抑制性，使其在钻复杂井，特别是在钻水敏性地层中优势更加明显。

如胜利油田王732区块，储层具有非速敏、极强水敏、强酸敏、弱碱敏特征，为了更好地保护油气层，满足勘探开发的要求，在该区块使用全油基钻井液，并在王73-平4井进行首次应用。

结果表明，全油基钻井液能够满足现场施工要求，有效保护了油气层，提高了油气产量。

3.2油基钻井液的缺点虽然油基钻井液已成为钻高难度高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，但其仍然存在一些缺点或不足。

如何克服缺陷，充分利用油基钻井液的优点，开发低污染、低成本，且与地层配伍性好的油基钻井液体系，将是油基钻井液研究和应用要面临的重要课题。

结合当前实际，认为发展油基钻井液需要解决如下一些问题。

3.2.1油基钻井液的悬浮性问题对于油基钻井液，加重材料的沉降问题特别突出。

油基钻井液特别是全油基钻井液，存在粘度较高而切力偏低的不足，使得油基钻井液悬浮性较差，不利于悬浮钻屑、加重材料以及超高密度油基钻井液的配制。

研究表明，加重剂的油润湿性及油包水钻井液中水相的组成，对重晶石的悬浮稳定性影响较大。

在白油中将加重材料(如重晶石)磨碎，可使其表面具有有效的油湿性和抗沉降能力。