王中華

（1.中石化中原石油工程有限公司,河南濮陽 457001；2.中石化石油工程鉆完井液技術中心，河南濮陽 457001）

鉆井液技術的發(fā)展既與油氣勘探開發(fā)、所適用的作業(yè)環(huán)境和安全高效鉆井工藝的要求有關，也與處理劑的合成技術發(fā)展有關。近年來，針對頁巖地層和強水敏性易塌地層，以及深井超深井、海洋深水鉆井的需要，鉆井液研究人員圍繞鉆井液體系的完善與性能提高，以及新型鉆井液體系的開發(fā)開展了大量研究與探索，尤其是隨著油基鉆井液體系逐漸成熟配套，基本能夠滿足不同條件下安全鉆井的需要。水基鉆井液方面，為適應新的要求，主要是在傳統(tǒng)鉆井液體系的基礎上進行改造、完善與提高，如在聚合醇、胺基抑制、有機鹽和甲基葡萄糖苷等強抑制鉆井液體系的基礎上，形成了強抑制高性能水基鉆井液等[1–3]，從而奠定了水基鉆井液在強水敏性易塌或頁巖地層鉆井中推廣應用的基礎，同時為保證深井超深井、低壓易漏地層安全鉆井，以及儲層保護、環(huán)境保護的需要，相繼研發(fā)了超高溫鉆井液、微泡鉆井液、強封堵鉆井液、環(huán)保鉆井液和無土/固相水基鉆井液等體系[4–7]，尤其是超高溫水基鉆井液取得了突破性進展[8–9]，促進了水基鉆井液技術水平的提高。油基鉆井液方面，隨著油基鉆井液在頁巖油氣水平井，以及深層、超深層及復雜水敏性地層鉆井中表現(xiàn)出良好的效果[10–11]，油基鉆井液的應用不斷擴大，也激發(fā)了人們對油基鉆井液的研究興趣，尤其是在頁巖氣水平井鉆井中，油基鉆井液已成為主要應用的鉆井液體系[12–14]。針對油基鉆井液使用中的安全、環(huán)保和健康風險，合成基鉆井液也有了一些應用[15]，同時嘗試采用高性能水基鉆井液來替代油基鉆井液用于頁巖氣水平井鉆井，雖然在應用中見到了初步效果，但也暴露出一些固有缺陷，限制了其推廣應用[3]。

盡管鉆井液研究與應用已取得了一些可喜的成果，積累了一些成功的經驗，但在降低鉆井液費用和缺少高質量處理劑的大環(huán)境下，國內鉆井液，尤其是水基鉆井液的使用水平還有待提高，特別在認識上還缺少從配方優(yōu)化、工藝參數(shù)、過程控制等方面進行綜合考慮，使鉆井液技術發(fā)展前景堪憂。為此，筆者系統(tǒng)總結了近期國內鉆井液研究與應用現(xiàn)狀，簡要分析了目前存在的主要問題，并對今后的發(fā)展提出了有益的建議。

1 水基鉆井液

在水基鉆井液方面，圍繞提高鉆井液的抑制性以適用于頁巖氣水平井和強水敏性易塌地層，以及深井超深井、海洋深水鉆井的需要，不僅優(yōu)化完善了一些在用鉆井液體系，同時開展了新型鉆井液的研究和應用探索，尤其是近油基鉆井液的成功應用，為水基鉆井液部分替代油基鉆井液奠定了基礎，也為環(huán)境敏感地區(qū)復雜地層鉆井提供了技術支持。

1.1 抑制性鉆井液

抑制性鉆井液除了傳統(tǒng)抑制性鉆井液體系外，聚合醇、胺基、烷基糖苷和有機鹽鉆井液仍然是關注的重點，但大多是在傳統(tǒng)抑制性鉆井液基礎上進行改進，鮮見完全創(chuàng)新的鉆井液體系。

1.1.1 聚合醇鉆井液

聚合醇鉆井液是利用聚合醇的濁點效應，通過優(yōu)化其加量和選擇濁點而得到，具有良好的抑制、潤滑和封堵等性能。在聚合醇鉆井液的基礎上，通過引入Ca2+、有機鹽和硅酸鹽等，可以得到強化型的聚合醇鉆井液體系，與聚合醇鉆井液相比，其熱穩(wěn)定性、封堵性能和抑制性得到提高，能解決鉆進過程中強水敏性地層的水化、弱水敏性地層的掉塊與垮塌和鉆屑水化導致的鉆井液流變性不穩(wěn)定等問題[16–17]。

聚合醇鉆井液用于水平井鉆井，能夠保持較好的流變性、懸浮穩(wěn)定性和潤滑性，抑制能力強，攜巖、防漏和封堵效果較好，可以有效減少井下復雜，保證水平段施工順利[18]。近年來，嘗試將該類鉆井液用于頁巖氣水平井鉆井，但與油基鉆井液相比還存在一些難以克服的問題，故現(xiàn)場應用較少。聚合醇鉆井液用于海洋深水鉆井時，鉆井液不僅具有良好的流變性、濾失性、潤滑性、抑制性和封堵性，還可以防止天然氣水合物的生成，是深水鉆井常用的一種鉆井液體系[19]。

1.1.2 胺基抑制鉆井液

以胺基抑制劑為主劑的胺基抑制鉆井液，因其具有良好的抑制性、潤滑性和攜巖能力，能滿足儲層保護和環(huán)保要求而深受重視，并常用于鉆進各種易坍塌地層[2，20]。由胺基抑制劑、鈣鹽、鉀鹽與其他處理劑配制鉆井液，可進一步提高鉆井液的性能，尤其是鉆井液的抑制性。例如，低活度高鈣聚胺鉆井液和多元抑制防塌的高性能防塌水基鉆井液可以滿足水敏性易塌地層對抑制、封堵防塌及高溫穩(wěn)定性的要求，鉆進過程中鉆井液性能穩(wěn)定，無井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，施工順利[21–22]。

實踐表明，氯化鉀聚合物鉆井液體系中引入胺基抑制劑，可以使氯化鉀聚合物鉆井液的抑制防塌能力更強[23]。氯化鉀聚合物鉆井液在柴達木盆地第一口超高溫超深井（昆2 加深井）的應用表明，KCl 與有機鹽及聚胺的結合，極大地提高了鉆井液的抑制性能，泥巖巖心膨脹量降低率達93.33%[24]。

1.1.3 烷基糖苷鉆井液

甲基葡萄糖苷（MEG）鉆井液體系具有良好的抑制、潤滑性能及突出的儲層保護和環(huán)境保護特性，特別適用于大位移井和大斜度井鉆井，能夠滿足油氣田開發(fā)在儲層保護及環(huán)境保護等方面的要求。針對頁巖氣水平井鉆井需要，在MEG 鉆井液的基礎上，開發(fā)了改性烷基糖苷鉆井液體系。例如，以陽離子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷為主劑的ZY-APD 高性能水基鉆井液在川南黃金壩和長寧區(qū)塊3 口井的應用表明，該鉆井液體系對川南龍馬溪組頁巖井壁穩(wěn)定周期較長，潤滑性與相同密度的油基鉆井液相當，長期穩(wěn)定性良好，便于維護與回收利用，環(huán)保性能優(yōu)異[3]；使用該鉆井液體系鉆進武隆等常壓頁巖地層時井壁穩(wěn)定，潤滑性好，定向無托壓，機械鉆速高，井眼清潔度高，起下鉆通暢，解決了小河壩組、龍馬溪組等頁巖地層的井壁穩(wěn)定難題，可滿足常壓頁巖氣鉆完井的施工要求[25]。在分析上述鉆井液體系存在的問題和應用經驗基礎上形成的近油基鉆井液在現(xiàn)場應用中也見到明顯效果，有望完全替代油基鉆井液[26]。

1.1.4 有機鹽鉆井液

實踐證明，有機鹽鉆井液在生態(tài)保護、油層保護、抑制地層坍塌及抗高溫抗污染方面都有顯著優(yōu)勢，特別適用于鉆進高溫高壓層、產層、易水化膨脹易坍塌泥頁巖層、巖鹽層和鹽膏層等地層，也適用于小井眼和環(huán)境保護要求高的地區(qū)。為解決高溫深層水平井鉆井液儲層保護問題，利用甲酸鹽與碳酸鈣復配形成的高溫高密度低固相鉆井液抗溫能力較好，抗氯化鈣、硫酸鈣、頁巖巖屑侵污能力強，儲層保護效果良好，能夠滿足不同溫度條件下的水平井鉆進要求[27]。針對瑪東油田長水平井面臨的三疊系泥頁巖地層失穩(wěn)和井眼凈化問題，應用了鉀鈣基聚胺有機鹽鉆井液，鉆井過程中鉆井液性能穩(wěn)定，維護方便，井壁穩(wěn)定性好，井眼凈化能力強，同比機械鉆速提高45.6%，復雜時率降低79.0%[28]。實踐表明，高性能有機鹽鉆井液用于頁巖氣井鉆完井作業(yè)，不僅為頁巖氣順利鉆井施工提供了技術支持，也有利于安全鉆進和環(huán)境保護[29]。

1.2 超高溫鉆井液

近年來，國內井底溫度高于200 ℃的深井、超深井普遍增加，針對現(xiàn)場需要，在超高溫鉆井液方面開展了一些新的探索，但多以滿足應用為主，缺乏系統(tǒng)性研究。例如，針對堿探1 井鉆井需要（完鉆井深為6343 m，實測井底最高溫度達到235 ℃），在有機鹽鉆井液的基礎上，通過優(yōu)化降濾失劑、封堵防塌劑、潤滑劑和熱穩(wěn)定劑等，形成的抗240 ℃超高溫有機鹽水基鉆井液，高溫老化72 h 后，高溫高壓濾失量小于10 mL，潤滑系數(shù)小于0.10，砂床侵入深度小于12 cm，滿足了超高溫井堿探1 井的鉆探需求[30]；為解決長探1 井（完鉆井深5400 m）三開井段中存在的井底溫度高、設計鉆井液密度低、火成巖地層坍塌掉塊和CO2侵等技術難點，形成了一套抗溫200 ℃、流變性好、封堵性強的抗溫防塌水基鉆井液。現(xiàn)場應用表明，該鉆井液高溫穩(wěn)定性好，抗污染和抑制能力強，解決了火成巖地層坍塌及井底火成巖掉塊攜帶問題[31]。翼探1 井設計完鉆井深6500 m，預測井底溫度235～266 ℃，應用抗240 ℃高溫的高密度復合有機鹽鉆井液后，全井施工順利，鉆井液高溫流變性良好，高溫高壓濾失量小于12 mL，較好地解決了高溫流變性、沉降穩(wěn)定性、漏失、破碎性地層垮塌和酸性氣體污染等難題[32]。

此外，超高溫鉆井液用于干熱巖鉆井也引起關注，并在青海共和盆地高溫干熱巖鉆探GR1 井施工中見到初步效果，為下步應用積累了經驗[33]。

1.3 微泡鉆井液

微泡鉆井液是針對枯竭地層開發(fā)需要而開發(fā)的，屬于泡沫鉆井液范疇。微泡鉆井液的特性使其能減輕鉆井液侵入滲透性地層或微裂縫性地層，維護處理容易方便，井眼清潔和攜巖效果好。文23 儲氣庫是以巨厚鹽層為蓋層的枯竭砂巖氣藏型儲氣庫，地層孔隙度高，滲透率變化大，壓力系數(shù)低，虧空嚴重，鉆井過程中井漏、地層污染等問題突出，為此開發(fā)了抗溫120 ℃微泡鉆井液。現(xiàn)場66 口井應用了該鉆井液，這66 口井的漏失發(fā)生率僅為13.6%，鉆井期間井壁穩(wěn)定，防漏效果良好，有效保護了儲層，為文23 儲氣庫安全建設提供了保障[34]?？垢邷貜姺舛掠材z微泡沫鉆井液流變性良好，穩(wěn)泡效果優(yōu)異，密度在0.60～1.00 kg/L 之間可調，配制及維護處理不需要特殊設備，可用于高溫深井低壓易漏地層防漏堵漏[35]。

為解決煤層儲層段鉆井過程中出現(xiàn)的易傷害、易塌等技術難題，采用雙子型陰離子起泡劑LHPF-1、兩性離子起泡劑BS-12 和XC 增黏劑復配形成低傷害高性能微泡沫鉆井液。在滇東地區(qū)老廠勘探區(qū)應用該鉆井液后，鉆井施工安全順利，井徑規(guī)則，濾失量低，該鉆井液表現(xiàn)出良好的流變性、攜巖性、抑制性、封堵性和儲層保護性能[36]。

1.4 其他鉆井液

除上述鉆井液體系外，近年來從強調封堵和環(huán)保的角度，針對性應用了一些強封堵和環(huán)保鉆井液；從改善儲層保護效果和提速提效出發(fā)，應用了無土/固相鉆井液體系。但這些鉆井液體系多是基于實驗數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)鉆井液體系的基礎上改良而得，缺少必要的理論支撐。

1.4.1 強封堵性鉆井液

鉆遇水敏性強、膠結性差，以及裂縫發(fā)育、裂縫走向雜亂、破碎等復雜地層時，為了保證鉆井過程中不出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、掉塊卡鉆和電測遇阻等復雜情況，常通過引入與地層特征相匹配的封堵劑形成具有良好封堵性能的鉆井液。實踐表明，強封堵性鉆井液可以改善濾餅質量、阻止壓力傳遞、減小進入地層的濾液量、保證井壁穩(wěn)定，減少井下復雜[37]。例如，通過優(yōu)選封堵劑、潤滑劑等形成的BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale 強抑制強封堵高性能水基鉆井液，能降低頁巖滲透率，阻止壓力傳遞，保證井壁穩(wěn)定，大港油田36 口頁巖油水平井應用該鉆井液后，平均井徑擴大率6.8%，未發(fā)生井下復雜[38]；具有較好封堵和防塌性能的非磺化低活度鉆井液在瑪湖油田MaHW1602 井三開井段的應用結果表明，疏松易塌井段井壁穩(wěn)定，井眼規(guī)則，平均井徑擴大率6.5%，且鉆進中無明顯托壓現(xiàn)象，電測、下套管順利[39]。為解決順北油氣田奧陶系碳酸鹽巖破碎性地層易發(fā)生井壁坍塌問題，通過強化封堵、控制高溫高壓濾失量和優(yōu)化鉆井液動塑比等形成了防塌鉆井液，其在順北X 井的試驗表明，鉆進中扭矩穩(wěn)定，機械鉆速較高，井徑擴大率較小，防塌效果良好[40]。

1.4.2 環(huán)保鉆井液

廢棄鉆井液一直是鉆井工程的主要污染物之一，而研發(fā)環(huán)保型水基鉆井液體系，從源頭上控制廢棄鉆井液污染環(huán)境，已成為現(xiàn)階段實現(xiàn)綠色鉆井、清潔生產的重要途徑。易生物降解的環(huán)保型可循環(huán)利用BIODRILL A 水基鉆井液在渤海油田的應用表明，可從淺層軟泥巖直接開鉆，實現(xiàn)全程“零排放”、零置換；現(xiàn)場46 口井應用后，鉆井井眼穩(wěn)定，并實現(xiàn)鉆井液連續(xù)重復使用，平均單井鉆井液使用量減少約60%、減排60%，大大節(jié)省了環(huán)保處理費用[41]。以天然高分子/無機納米復合材料環(huán)保降濾失劑EFR-1 等形成的抗溫170 ℃的高溫高壓高性能環(huán)保水基鉆井液，組分簡單，流變性和濾失性能穩(wěn)定，高溫高壓濾失量為7.8 mL，生物毒性EC50為56800 mg/L，在勝利油田、新疆準中區(qū)塊等現(xiàn)場應用20 余口井，鉆井施工順利，應用井段井徑擴大率不大于5%[42]。用改性淀粉類環(huán)保降濾失劑HBFR等形成的抗高溫（150 ℃）環(huán)保型水基鉆井液體系SLHB，不僅具有良好的流變性、濾失性、抑制性及抗污染性能，且EC50大于1×105mg/L，BOD5/CODCr為16.2%，可達到國家污水排放二級標準，現(xiàn)場10 余口井應用表明，其能夠滿足勝利油田環(huán)保鉆井液技術需求[43]。

1.4.3 無土/固相水基鉆井液

針對不同地質特點，開發(fā)應用了一些無土/固相鉆井液，實踐表明，無土/固相鉆井液可以減少對儲層的污染，有利于提高機械鉆速。例如，具有解除水鎖、抑制水敏及儲層保護效果顯著等優(yōu)點的無土相防水鎖低傷害鉆井液，適用于長北區(qū)塊壓力衰減儲層，長北區(qū)塊2 口氣井試驗表明，鉆井過程中未發(fā)生井下復雜，起下鉆順暢，井眼凈化效果好，能夠滿足長水平段水平井鉆井安全及儲層保護要求[44]。無黏土低固相水基鉆井液在陜北神木氣田米38 區(qū)塊致密砂巖氣藏3 口水平井的應用表明，該鉆井液流變性良好、抑制性和封堵能力強，鉆進中摩阻小、無明顯托壓，起下鉆順暢，未出現(xiàn)井下復雜，鉆井周期較設計平均縮短10.85 d，下套管一次成功，單井產氣量與鄰井相比顯著提高[45]。南海東部惠州區(qū)域使用儲層保護性能好的抗高溫150 ℃的無固相鉆井液體系，滿足了前古近系地層高溫和儲層保護要求，不僅確保了井下作業(yè)安全，也為測試作業(yè)順利進行提供了保障[7]。盡管無土/固相鉆井液在應用中見到了一定效果，也積累了一些經驗，但構建時還不夠規(guī)范，不同體系缺乏統(tǒng)一的構建依據(jù)。

2 油基鉆井液

近年來，油基鉆井液的應用范圍不斷擴大，從頁巖油氣水平井、復雜水敏性地層到深層、鹽膏層等，有效解決了井壁穩(wěn)定、攜巖和潤滑防卡等難題，應用的鉆井液體系包括柴油基和白油基鉆井液。

2.1 純油基鉆井液

純油基鉆井液也稱全油基鉆井液，與油包水乳化鉆井液相比，更有利于提高機械鉆速、穩(wěn)定井壁和保護儲層。由于純油基鉆井液在高溫下的懸浮穩(wěn)定性和流變性控制難度大，且對增黏劑和提切劑性能要求高，國內應用較少，一般只在特別復雜的地質條件下使用。例如，針對準噶爾盆地吉木薩爾凹陷長裸眼段鉆井過程中極易因泥巖吸水膨脹引發(fā)井壁垮塌、阻卡等問題，采用具有良好的流變性、抑制性、抗污染和抗溫能力的全白油基鉆井液，解決了泥巖地層井壁易失穩(wěn)的問題，J1 井二開3300 m 長裸眼段鉆進過程中井壁穩(wěn)定，二開井段平均機械鉆速大幅度提高，鉆井周期顯著縮短，鉆井成本大幅降低[46]；針對北部灣盆地潿洲組斷層多、易垮塌、易井漏、易卡鉆和儲層保護難度大等難題，通過優(yōu)化配方形成的全油基鉆井液不僅比常規(guī)油基鉆井液具有更強的封堵和抑制能力，且潤滑性好、抗污染能力強、井眼清潔和儲層保護效果好，能有效提高機械鉆速[47]。

2.2 油包水乳化鉆井液

油包水乳化鉆井液對乳化劑、潤濕劑的性能要求比純油基鉆井液要高，由于水的存在，處理劑在高溫下的穩(wěn)定性比純油基鉆井液差，無形中會增大處理劑的消耗。多數(shù)人認為，由于水的引入，油包水乳化鉆井液的安全性和環(huán)保性能比純油基鉆井液有所改善，故油包水乳化鉆井液的應用更多，尤其在頁巖氣水平井鉆井施工。例如，油水比80∶20、密度2.20 kg/L 的高密度柴油基鉆井液不僅乳化穩(wěn)定性、流變性好，且抗污染能力強、高溫高壓濾失量低，陽101H3-6 井長水平段應用表明，其能夠滿足頁巖氣水平井鉆井施工需求[48]。長寧區(qū)塊現(xiàn)場10 余口井應用強封堵油基鉆井液后，龍馬溪組和五峰組水平段均未出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的問題，與同區(qū)塊采用常規(guī)鉆井液鉆井相比，井徑擴大率大幅降低，建井周期平均縮短4.5 d，解決了長寧區(qū)塊頁巖氣水平井龍馬溪組和五峰組水平段井壁失穩(wěn)的問題[49]。

除頁巖氣水平井鉆井外，在鉆進鹽層、高溫高壓地層和強水敏性地層時，為了滿足安全順利鉆井的需要，也逐步采用油基鉆井液[50–51]，尤其在鉆進鹽層時應用油基鉆井液，鉆進過程中鉆井液性能穩(wěn)定，未出現(xiàn)卡鉆或其他井下復雜，解決了深井鉆遇巨厚鹽膏層或高壓鹽水層污染的問題。盡管油基鉆井液在鉆進復雜地層時取得了較好的效果，但使用過程中還存在高溫下穩(wěn)定性變差、井壁失穩(wěn)和起下鉆遇阻、卡鉆等問題，需要針對存在的問題不斷完善提高。

2.3 無土相油基鉆井液

無黏土相油基鉆井液是在傳統(tǒng)的油基鉆井液組成中去掉有機土組分，并對各種組分進行優(yōu)化形成的不含有機土的油基鉆井液體系。它克服了傳統(tǒng)的油基鉆井液高溫易降解失效和高密度下流變性差的缺點，特別是在鉆遇油氣層時能夠有效地控制濾失量，并盡可能在不用或少用強親油性處理劑的情況下使鉆井液保持良好的流變性、懸浮穩(wěn)定性和濾失性，降低循環(huán)壓耗，不僅有利于提高機械鉆速，還能降低儲層損害程度。例如，在傳統(tǒng)油基鉆井液的基礎上用聚合物增黏提切劑代替有機土，通過優(yōu)選乳化劑、潤濕劑和降濾失劑等，形成了柴油基無土相油包水乳化鉆井液，在現(xiàn)場應用中取得良好效果[52]。但由于可選的處理劑較少，目前無土相油基鉆井液還沒有規(guī)模化應用。

為了降低油基鉆井液對環(huán)境可能造成的污染，不斷探索應用低毒油基鉆井液[53]，但由于成本和配套處理劑的限制，目前成熟的低毒油基鉆井液還很少，從而限制了其廣泛應用，今后應在這方面開展研究，以盡可能降低油基鉆井液對環(huán)境的影響。

3 合成基鉆井液

與油基鉆井液相比，合成鉆井液的使用范圍相對較窄，合成基鉆井液作為油基鉆井液的替代或補充，其成本相對較高，因此，應用沒有油基鉆井液廣泛。通常應用的合成基鉆井液以烴類合成基為主，如準噶爾盆地南緣的永進油田鉆進清水河組和西山窯組時井壁失穩(wěn)問題突出，數(shù)口井的鉆井實踐表明，采用全合成基鉆井液體系，解決了井壁失穩(wěn)、懸浮攜巖和潤滑防卡等難題[54]。合成基鉆井液具有良好的環(huán)保性能和易于達到恒流變的特點，在海洋深水鉆井中比較受重視，是深水、超深水鉆井常用的鉆井液體系。例如，南海東部超深水井荔灣22-1-1井作業(yè)水深達2619.35 m，實測海底溫度為1.9 ℃，為滿足窄安全密度窗口作業(yè)的要求，使用了黏度、切力受溫度和壓力影響小，尤其是動切力、靜切力和低剪切速率黏度等在4.0～65.5 ℃溫度下變化平穩(wěn)的FLAT-PRO 合成基鉆井液體系，現(xiàn)場作業(yè)時其恒流變性能穩(wěn)定、攜巖能力強、井眼清潔效果好和ECD 較低，起下鉆及測井順利[55]。

實踐證明，酯類和生物質合成基比烴類合成基環(huán)保性能更好。四川長寧區(qū)塊HA 平臺3 口頁巖氣井在水平段試用了改性植物油酯基油包水乳化鉆井液，發(fā)現(xiàn)其抑制性、封堵性和潤滑性好，鉆進、電測和下套管等施工順利，環(huán)保風險和廢棄物處理成本低，能滿足安全環(huán)保要求[56]。利用天然生物油脂，通過催化加氫、分子異構等合成了生物合成基礎油，形成的生物合成基鉆井液乳液穩(wěn)定，抗污染性能、潤滑性、抑制性、儲層保護性能和安全環(huán)保性能良好，濾失量低，96 h 半致死濃度大于1.0×106mg/L，能滿足鉆井及環(huán)保要求[57]。

生物酯基鉆井液在長期高溫和堿性條件下會發(fā)生水解，使鉆井液性能變差，維護處理難度增大，且無法重復使用，為此，研制了基于生物質合成基液LAE-12 的抗溫150 ℃的生物質合成基鉆井液[58]，密度1.20～2.50 kg/L 可調。該鉆井液不僅具有良好的流變性、濾失量控制能力、乳液穩(wěn)定性、潤滑性和抑制性，且鉆井液在鉆屑上吸附量小，無毒、易降解，可滿足安全和環(huán)保要求，在中江204H 井首次現(xiàn)場試驗中表現(xiàn)出良好的效果，具有推廣前景。

4 存在的問題與發(fā)展建議

4.1 存在的問題

1）鉆井液體系命名不規(guī)范。構建鉆井液體系時，沒有從關鍵材料所起的主體作用出發(fā)，多數(shù)情況下鉆井液體系命名存在隨意性，很少針對鉆井液組成、性能與特征命名，名稱與實際存在偏差，從名稱難以看出鉆井液的實質性內容。鉆井液體系（名稱）、組成與鉆井液應具有的性能缺乏內在聯(lián)系，命名時缺少對其綜合或基本性能的準確理解，很少考慮不同處理劑之間的協(xié)同增效作用和處理劑的性能變化等因素，常以某一種材料或處理劑或處理劑作用作為命名依據(jù)，而很少考慮其是否決定鉆井液體系的性質。

2）鉆井液體系配方設計不明確。很少考慮某一材料的標志作用或產生的突出效果，配方設計缺乏理論和實踐依據(jù)（沒有明確為什么采用該材料和該配方），未針對現(xiàn)場需要和處理劑本質特性，常常是將幾種處理劑列出就是所謂鉆井液體系的配方，對為什么要用某一處理劑、處理劑的主要和輔助作用，以及如何確定主要材料和輔助材料等往往論述不清楚。對材料的基本要求或執(zhí)行標準、選擇依據(jù)等也很少體現(xiàn)。支撐構建鉆井液體系的基礎研究還存在大的差距。

3）水基鉆井液體系不僅缺少高質量、高效的處理劑，還缺少科學的評價方法和標準。正是由于缺乏高效處理劑，使井下高溫條件下具有良好懸浮穩(wěn)定性的鉆井液、海洋深水恒流變鉆井液、適用于環(huán)境敏感地區(qū)的綠色鉆井液等仍不完善，適用于頁巖油氣水平井的水基鉆井液依然不成熟；由于標準和評價方法的限制，對于一些從名稱看具有儲層保護和環(huán)境保護性能的鉆井液，由于缺少其應用時儲層保護和環(huán)保性能的評價結果，體現(xiàn)不出儲層和環(huán)境保護效果。

4）油基和合成基鉆井液體系還沒有完善配套，整體水平與國外存在差距。在油基鉆井液的井壁穩(wěn)定、攜巖清砂能力，有效的防漏、堵漏、回收利用，以及含油鉆井廢液等廢棄物高效處理方面，仍然還存在一些不足，需要在將來的研究和實踐中繼續(xù)努力、不斷攻關。

5）對固相控制技術，尤其是固相控制對鉆井液性能維護和復雜預防的重要性認識不足，缺少從系統(tǒng)工程的角度去制定鉆井液性能維護與處理措施或方案。在水基鉆井液固相及顆粒分布優(yōu)化、通過控制固相改善鉆井液性能、減少處理劑消耗、降低鉆井液維護處理次數(shù)和減少處理費用等方面沒有引起足夠重視，甚至缺少基本的認識，還未形成系統(tǒng)、有效的清除和利用固相的方法。

6）鉆井作業(yè)時，對鉆井液配制、維護處理、工藝參數(shù)設置，以及復雜預防與處理等，經驗仍然占主導作用，缺乏科學的實驗、分析和規(guī)范。鉆井液性能參數(shù)優(yōu)化不夠，不能視具體情況靈活掌握，常常由于為滿足某一性能指標而過度處理，甚至犧牲其他性能，這不僅不利于鉆井液作用的有效發(fā)揮，也不利于降低處理費用和鉆井液總費用。

7）鉆井液配方或組分復雜，處理劑類型多、數(shù)量多，用量大。如目前有相當多的鉆井液體系中處理劑種類超過10 種，而處理劑總用量在20%以上，維護處理時難以確定哪一種處理劑是關鍵處理劑，降低了維護處理的針對性。盡管處理劑種類或數(shù)量很多，但適用于復雜地層，尤其是高溫超高溫、高密度，以及長水平段水平井水基鉆井液的處理劑依然較少。

4.2 發(fā)展建議

為了更好地開展鉆井液體系研究，規(guī)范鉆井液體系，降低鉆井液成本，以及合理地選用、優(yōu)化鉆井液體系，提高鉆井液維護處理效果，滿足安全鉆井的需要，結合存在的問題和不足，對未來鉆井液的發(fā)展提出如下建議。

1）深入開展機理或基礎研究。隨著固相控制水平及鉆井液清潔性能的提高，水基鉆井液膨潤土含量越來越低，傳統(tǒng)的基于高膨潤土含量鉆井液的一些機理或規(guī)律會隨之改變，需要進一步研究證實膨潤土含量下降時濾失、降黏和井壁穩(wěn)定機理等是否有所改變，并根據(jù)研究結果對原有機理或規(guī)律進行完善或修正。同時，需要完善有效的儲層保護和環(huán)境保護性能評價方法。

2）重視低成本鉆井液開發(fā)及尋找降本途徑。石油工程降本增效之路會持續(xù)不斷，因此，如何實現(xiàn)鉆井液的高性能、低成本就顯得非常重要。為此，必須考慮尋找實現(xiàn)低成本高性能鉆井液的途徑。鉆井液材料中膨潤土最廉價，在一定條件下能更有效地降濾失、增黏，保證鉆井液具有良好的流變性、造壁性和潤滑性等綜合性能，因此，要用好膨潤土，使其在不同鉆井液體系中保證最適宜的加量，從而有效地發(fā)揮作用。在目前處理劑種類比較混亂的情況下，直接使用一些天然材料（如褐煤、栲膠、淀粉等）或農副、工業(yè)下腳料，既有利于降本，又有利于環(huán)保。重視老漿的有效利用，關鍵是充分發(fā)揮老漿中有效成分的作用，老漿作為可用固相和處理劑的載體用于配漿成分，不僅有利于減少廢漿排放，也有利于降低作業(yè)成本，可見，開展基于老漿的鉆井液體系改造方法研究非常有意義。

3）規(guī)范鉆井液體系命名。由于長期以來鉆井液體系命名缺乏規(guī)范，隨機性強，導致使用混亂，不僅影響了鉆井液體系的有效選擇和維護處理的針對性，也影響了鉆井技術的進步，因此，今后應建立規(guī)范的鉆井液體系命名方法，保證體系名稱與內容相對應，有利于促進鉆井液體系健康發(fā)展。

4）優(yōu)化鉆井液性能參數(shù)，簡化鉆井液配方。合理確定、優(yōu)化鉆井液性能指標，在滿足井壁穩(wěn)定和安全鉆井施工要求的前提下，設計鉆井液性能指標時不要一概而論，要視具體情況而定，以盡可能減少處理劑的用量。在準確認識處理劑作用及優(yōu)化鉆井液性能參數(shù)的前提下，盡可能簡化鉆井液配方；構建鉆井液配方時，利用處理劑之間的協(xié)同增效作用或開發(fā)多功能長效處理劑，從有利于鉆井液性能穩(wěn)定和維護處理的角度出發(fā)，減少構成鉆井液處理劑的品種和用量，不僅有利于鉆井液性能控制，也可以減少由于鉆井液液相黏度升高而帶來的循環(huán)壓耗增加、剪切稀釋能力變差和鉆具泥包等現(xiàn)象，減少井下復雜。

5）針對性地選擇和合理使用鉆井液體系。選擇鉆井液體系時，要視具體情況而定，要準確把握油基和水基鉆井液的特征和二者的異同，尤其是作用機理和穩(wěn)定機理。要認識到油基鉆井液和水基鉆井液不存在取代或替代關系，只是適用環(huán)境不同，能使用水基鉆井液，就盡可能不用油基鉆井液，以減少油基鉆井液帶來的安全環(huán)保風險；從安全作業(yè)角度考慮，在不適用水基鉆井液的情況下，應毫不猶豫地選用油基或合成基鉆井液。對于油基鉆井液而言，使用全油基鉆井液更有利于鉆井液性能維護與穩(wěn)定，以及其綜合性能的發(fā)揮。

6）優(yōu)化固相控制參數(shù)，完善鉆井液固相控制技術，充分利用好固相。要認識到固相控制不僅僅是清除固相，還要合理利用固相，合理設計或優(yōu)化固相控制參數(shù)，確保鉆井液性能良好，充分利用鉆井液中不同粒徑的固相顆粒來防漏堵漏，提高封堵能力；維護鉆井液性能時盡可能減少外加固相，不僅能減少廢棄物排放，也有利于減少封堵材料的用量，從而降低處理費用。提高對鉆井液中低密度固相控制的認識，通過控制低密度固相、減少抑制劑或其他處理劑在鉆井液中固相顆粒表面的吸附與消耗，以提高鉆井液井壁穩(wěn)定能力。圍繞提高鉆井液性能和有利于鉆井液重復利用，開展鉆井液固相控制技術優(yōu)化和有關基礎研究等，為進一步優(yōu)化鉆井液配方和性能提供支撐。

7）形成真正意義上的環(huán)保鉆井液。在建立有效環(huán)保性能評價方法的基礎上，研發(fā)能夠滿足環(huán)境保護要求的鉆井液，尤其是鉆進非儲層時，若能有針對性地使用環(huán)保鉆井液，可有效減少處理費用，降低綜合成本。建議采用有肥田作用的材料，以及能滿足環(huán)保要求的可生物降解的抑制性材料，避免無機鈉鹽的使用。從環(huán)保的角度講，當前所謂的去“磺化”雖不科學，也不現(xiàn)實，但仍有必要尋找能降低鉆井液高溫高壓濾失量的新材料。

8）不斷完善適用于特殊地質條件的鉆井液體系。研究解決超高溫鉆井液，尤其是超高溫高密鉆井液在井底高溫靜止狀態(tài)下長期穩(wěn)定的問題。通過開發(fā)樹形聚合物和無機聚合物處理劑，進一步完善適用于井底溫度大于200 ℃的具有長期老化懸浮穩(wěn)定性的高溫高密度鉆井液體系。進一步尋找提高水基鉆井液綜合性能的途徑，強化鉆井液的抑制性和封堵能力，尤其是研發(fā)生物質合成基及與油基鉆井液性能相近的近油基鉆井液體系，以盡可能減少油基鉆井液在頁巖氣水平井鉆井中的使用，減輕安全與環(huán)保壓力。

5 結束語

近年來，盡管圍繞深井超深井、強水敏性復雜地層，以及頁巖油氣水平井安全鉆井的需要，改造或開發(fā)應用了一系列鉆井液體系，取得了一定的成果，基本解決了鉆井過程中易發(fā)生“漏、塌、卡、慢”等問題，實現(xiàn)了鉆井提質提效的目標，但鉆井過程中與鉆井液有關的井下復雜仍時有發(fā)生，高溫下鉆井液性能不穩(wěn)定問題仍然突出，鉆井液規(guī)范、高效和綠色化，以及固相控制等方面仍然存在一些問題和不足。為此，需要針對存在的問題，開展適合不同地層的高性能鉆井液體系研究，并完善評價方法，優(yōu)化鉆井液性能和固相控制參數(shù)，簡化鉆井液配方，降低鉆井液成本，降低鉆井液對環(huán)境安全和健康的影響，以促進鉆井液技術進步。