１３６　内蒙古石油化工　２０１３年第４期　

抗高温高密度水基钻井液研究　

艾关林　

（长江大学石油工程学院，湖北武汉４３０１００）　

摘要：本文针对高温深井钻井对钻井液抗高温高密度性能的要求，在分析研究目前抗高温高密度　水基钻井液处理剂性能的基础上，优选、研制出高温降滤失剂ＬＯＳＲ、高温降粘剂ＴＨＩＮ、高温稳定剂ＸＰ　

和储层保护剂ＸＢ。在大量实验的基础上，优化各处理剂加量，组配可抗２２０℃，密度为１．９ｇ／ｍＬ￣２．４ｇ／　ｍＬ抗高温高密度水基钻井液体系，并对体系进行室内评价。结果表明：该体系具有较强的抗电解质能　力，抗钙达３０００ｍｇ／Ｌ，抗盐达１．５　０１／；通过储层保护荆的引入，储层渗透率恢复值可达９３　；该体系具有　

极好的抗钻屑和红土污染性能，体系中钻屑和红土含量达５　９，５时，体系性能无明显变化；体系具有良好的　沉降性，静置７２小时后，上下密度差为０．０２ｇ／ｃｍ０。　

关键词：抗高温ｆ高密度；水基钻井液；评价　中图分类号：ＴＥ２５４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－７９８１（２Ｏ１３）０４—０１３６～０３　

在超深井及地温梯度异常井的钻井过程中，由　于温度的作用，会使钻井液粘度失去控制、滤失量增　

隔夹层局部发育、连续性较差，三类隔夹层连续性　

差、识别困难、可靠性低。　

研究区主要为三角溯平原及前缘沉积，将其细　

分为分流河道、天然堤、决口扇、溢岸砂、泛滥平原、　

水下分流河道、席状砂及分流间湾一湖相泥８种微　

相。　［３］　

［４］　蒙古石油化工，２０１２（１３）：１３～１４．　赵可英．临盘油田大芦家沙二下段沉积微相研　

究口］．内蒙古石油化工，２０１２（３）：１３６～１３７．　

侯会军，王伟华，朱筱敏．塔里木盆地塔中地　

区志留系沉积相模式探讨［Ｊ］．沉积学报，　

１９９７；１５（３）：４１～４６．　将研究区沉积微相划分为单一条带状、窄条带　［５］　张辉，林春明，崔颖凯．三角洲沉积微相特征　

状、交织条带状及宽条带状４种分布形式。　及其地震识别方法［Ｊ］．石油物探，２００５；４４　

河道及非河道微相夹层厚度以小于０．５ｍ厚度　（６）：５５７＂－５６２．　

为主，夹层个数以小于等于１为主，河道微相夹层厚　［６］李凤杰，王多云，郑希民等．陕甘宁盆地华池　

度及夹层个数比例均高于非河道微相。　地区延长组缓坡带三角洲前缘的微相构成　

［参考文献］　［Ｊ］．沉积学报，２００２；２０（４）：５８２～５８７．　

Ｅｌｉ　崔连训．王集油田核三段ＩＩＩ油组沉积微相研　［７］　刘克奇，田海芹，王正蕾．卫城８１断块沙四段　

究［Ｊ］．内蒙古石油化工，２０１２（１０）；１３５～　沉积微相与储层非均质性口］．西南石油学院　

１３７．　学报，２００５；２７（２）：１～４．　

［２］　王佳．三角洲内前缘亚相沉积模武研究［Ｊ］．内　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｆａｃｉｅｓ　ｉｎ　ｍｕ－－ｌ４６　ｂｌｏｃｋ　Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｔｙｐｅｓ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｒｉｎｇ　ｗｅｌｌ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　８　ｍｉｃｒｏｆａｃｉｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔａｒｙ　ｃｈａｎｎｅｌ，ｎａｔｕｒａｌ　ｌｅｖｅｅ・　ｃｒｅｖａｓｓｅ　ｓｐｌａｙ，ｏｖｅｒｆｌｏｗ　ｓａｎｄ，ｆｌｏｏｄ　ｐｌａｉｎ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔａｒｙ　ｃｈａｎｎｅｌ，ｓｈｅｅｔ　ｓａｎｄ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔａｒｙ　ｂａｙ—ｌａｃｕｓｔｒｉｎｅ　ｍｕｄ．Ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ｍｉｃｒｏｆａｃｉｅｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｏｒｍ　ｃｏｎｔａｉｎ　４　ｔｙｐｅｓ：ｓｉｎｇｌｅ　ｓｔｒｉｐ，ｎａｒｒｏｗ　ｓｔｒｉｐ　ｓｈａｐｅ，ｗｅａｖｉｎｇ　ｂａｎｄｅｄ　ａｎｄ　ｗｉｄｅ　ｂａｎｄｅｄ．　Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ｍｉｃｒｏｆａｃｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｕ一１４６　ｂｌｏｃｋ；Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ；Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ　ｆａｃｉｅｓ；Ｚｏｎａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　

收稿日期：２Ｏ１２—１１—２７

　２０１３年第４期　艾关林　抗高温高密度水基钻井液研究　１３７　

加、固相容量限低，导致钻井液失效。钻井液的抗高　温性能已经成为深部地层油气勘探、开发的技术瓶　

颈［１］。因此，开展抗高温高密度的水基钻井液配方研　究具有重要的现实意义。　

ｌ　处理剂的优选　１．１　高温降滤失剂ＬｏＳＲ　降滤失剂选用实验室自制的二元共聚物降滤失　

剂ＬｏＳＲ。降滤失剂ＬＯＳＲ由于在分子链上引入了　磺酸基和酰胺基，具有降滤失效果显著，抗温、抗盐　

能力强的优点，在４　的钠膨润土基浆中的抗温性能　能达到２２０℃，抗盐可达２５　，抗石膏可达饱和．该类　

降滤失剂可在各种水基钻井液中使用。与国外的同　

类产品相比较具有明显的优势。完全能满足高温高　密度水基钻井液的要求．　

１．２高温降粘剂ＴＨＩＮ　降粘剂采用自行研制的聚合物类添加剂　ＴＨＩＮ。ＴＨＩＮ能显著降低水基钻井液粘度，能有效　抑制粘土水化膨胀和分散，具有抗２２０℃高温、抗盐、　

抗钙的特点，特别是ＴＨＩＮ在高固相的钻井液中的　降粘效果明显优于其它的降粘剂，保证了高温高密　

度水基钻井液的流变性控制和调节，很好地解决了　

深井泥浆的技术关键和技术难题。在研究抗高温高　密度的水基钻井液时，只选用了ＴＨＩＮ一种降粘剂　来控制泥浆的粘度和切力。　

１．３　高温稳定剂ＸＰ　高温保护剂ＸＰ是一种多元共聚物添加剂，具　

有以下功能［２］：①抗温能力强，能吸附在膨润土颗粒　

表面，高温环境中具有较好的护胶作用；②具有较好　的协同增效的作用，当与其它处理剂作用时，可形成　

络合物，从而提高其它处理剂的抗温能力；⑧在高密　

度水基钻井液中具有高温稀释作用，能改善钻井液　的流变性能和高温高压滤失性能；④具有抑制泥页　

岩水化膨胀的作用，稳定井壁，预防坍塌。　１．４储层保护剂ＸＢ　

用高分子脂肪酸和脂化剂合成的聚酯化合物，　在反应中加入阳离子，酸溶性暂堵剂，通过调节分子　

量和工艺配方，做出软化点１１０—１２０℃，油溶率≥　８５　的低荧光储层保护剂。　

２抗高温高密度水基钻井液配方的确定　基浆的配制取５Ｌ热水（４０～６０℃）边搅拌边缓　

慢加入２００ｇ膨润土和３　Ｎａ２ＣＯ３（膨润土含量），待　膨润土分散均匀后将配好的基浆静置２４ｈ备用。本　次研究采用单因素法对泥浆体系进行研究，即对于　

所有待研究的泥浆体系，采取其它组分加量固定，一　种组分加量变化的方法来测定这种组分的加量对整　个泥浆体系性能的影响，先测其老化前的流变性和　

滤失量，再装进高温罐，放入高温磙子炉，经２２０℃的　高温老化１６小时，取出后再次测其流变性和滤失　

量。从而找出处理剂ＬＯＳＲ、ＴＨＩＮ和高温稳定剂ＸＰ　和储层保护剂ＸＢ的最佳加量组合。　经过大量的实验分析，对优选的抗高温降滤失　

剂、抗高温降粘剂及高温稳定剂等处理剂的加量进　行反复调配，形成了一套密度为１．９０ｇ／ｅｒａ。～２．　４０ｇ／ｅｒａ。可抗２２０￣Ｃ高温的水基钻井液体系。该体系　

配方为：２　膨润土＋３　抗高温降滤失剂ＬＯＳＲ＋　

５％抗高温降粘剂ＴＨＩＮ＋１‰高温稳定剂ＸＰ＋２‰ｃ　

储层保护剂ＸＢ＋１　９／６　ＮａＯＨ＋重晶石。钻井液老化　后的性能见表１。　表１密度为１．９Ｏ一２．４０ｇ／ｃｍ。钻井液２２０Ｅ老化ｌ６ｈ后的性能　

ｐ　Ａｖ　Ｐｖ　ＹＰ　Ｙ　（Ｐ｜　Ｇｃｌ　ＦＬＡＰＩ　ＦＬｔｉＴＩＰ　ｇ／ｍ。　ｍＰＩ・３　ｍＰｌ・５　ＰＩ／ｍＰＩ・ｓ）　／　ｍｌ　１．９　３９　３２　７．１５　０．２２　１．０／２．０　２．１　９．８　２．１　ｌ８。　３６　１２．２６　ｏ．３４　３．０／１５．Ｏ＜１．０　ｌＩ　Ｏ　２．３　５８　４２　ｌ６．３５　０．３９　１．０／１１．Ｓ　＜１．０　９．２　２．４　７ｌ　５３　ｌ８．１Ｏ　０．３６　６．０／１２．Ｏ　１．６　１２．０　

从表１的性能对比可以看出，密度为２．３　ｇ／ｃｍ。　

时钻井液性能较好，故在此基础上进行性能评价。　３钻井液性能评价　

３．１抗ＣａＣＩ２污染评价　在钻井中经常会钻遇石膏层，或钻遇盐水层而　地层盐水中一般含有Ｃａ抖，所以在试验中要进行体　

系的抗钙性评价［ａ］。将确定的钻井液体系中加入不　

等量的ｃａＣｌ：，在２２０℃高温条件下老化１６　ｈ进行抗　

Ｃａｃｌ。污染试验，老化后在常温下测定其性能（表　

２）。　

表２密度为２．３ｇ／ｃｍ。水基钻井液抗钙污染性能　

由实验数据可知：将钙离子加量为１０００—　３０００ｍｇ／Ｌ的钻井液经２２０℃高温老化１６ｈ后，钻井　

液表观粘度ＡＶ从５８ｍＰａ・ｓ降至４７ｍＰａ・ｓ，动塑　

比和滤失量略降低，测得钻井液仍然具有良好的流　变性和失水造壁性；但当钙离子加量为４０００ｍｇ／Ｌ　

的钻井液经２２０℃高温老化１６ｈ后，钻井液表观粘度　１３８　内蒙古石油化工　２０１３年第４期　

ＡＶ从５８ｍＰａ・ｓ降至４０ｍＰａ・ｓ，动塑比明显降低，　滤失量也明显降低，表明该钻井液的抗钙污染能力　

在３０００ｍｇ／Ｌ左右，可以满足实钻需要。　３．２　ＮａＣｌ加量的影响　在该体系中加入ＮａＣ１，２２Ｏ℃高温老化１６　ｈ后，　

测其老化前后的性能（表３），以评价体系的抗盐能　力。　表３体系中密度为２．３ｇ／ｅｒａ。水基钻井液抗盐污染性能　

从实验结果可知：由于ＮａＣＩ的加入，失水量增　大，原因是随着Ｎａ　的增多，粘粒表面形成的稳定的　

双电层，因大量Ｎａ　在其附近聚集和粘粒离子的热　运动，从而使扩散电层受到挤压而变薄，水化膜也同　

时变薄，此时１；电位下降，斥力减小，粘粒相互聚结　

变粗，自由水增多，故滤失量上升，泥饼增厚。实验结　

果表明，此钻井液抗盐能力在２　左右。　３．３抗岩屑污染能力　密度为２．３ｇ／ｃｍ。水基钻井液中加入５　岩屑和　５％红土的钻井液，再经２２０℃高温老化１６ｈ后，钻井　

液的抗岩屑能力如表４所示。　表４　密度为２．３ｇ／ｃｍ。水基钻井液抗岩属污染性能　

由实验数据可知，在该体系中加入岩屑后体系　

的滤失量由小于ｌｍｌ增至３．８ｍｌ；在体系中加入红土　

后，体系的滤失量由小于ｌｍｌ增至４．５ｍｌ，滤失量虽　然上升，但是小于行业标准，因此本实验表明所研制　

的钻井液较强的抑制能力，在受到红土和岩屑污染　

的情况下，仍具有良好的性能。　

３．４渗透率恢复实验　选取相关储层岩心，采用自吸式造均３０　的含　水饱和度，然后用氮气在１．５ＭＰａ吹１小时；测定克　氏渗透率Ｋｏ，反向用钻井液进行静态污染２ｈ，再用　１．５ＭＰａ气驱正向反排，反排后测定其克氏渗透率　Ｋｏｓ，采用如下公式计算渗透率恢复率值Ｒ　。渗透率　恢复值实验结果（表５）　

Ｒｓ＝Ｋ　／Ｋ。×１００　表５　渗透率恢复值实验结果　

名称　

体系　５５．９　５２．０　９３．０　

３．５沉降稳定性　将配置好的钻井液体系静置２４小时、４８小时、　

７２小时后，测量静置后体系中上下的密度（表６）。静　置７２小时后上部密度为２．２９ｇ／ｅｒａ。，下部密度为２．　

３１ｇ／ｃｍ。，差为０．０２ｇ／ｃｍ。，实验表明该钻井液体系　

具有极好的沉降稳定性。　表６　体系沉降稳定性数据表　

４结论　ｔ　抗高温高密度水基钻井液体系由高温降滤失剂　ＬＯＳＲ、高温降粘剂ＴＨＩＮ、高温稳定剂ＸＰ和储层保　

护剂组成。该体系的各项性能能满足井下２２０＂Ｃ高温　钻井工艺要求。　抗高温高密度水基钻井液体系抗电解质能力，　

抗钙达３０００ｍｇ／Ｌ，抗盐达１．５％，通过储层保护剂的　引入，储层渗透率恢复值可达９３　。　

体系具有极好的抗钻屑和红土污染性能，体系　

中钻屑和红土含量达５　时，体系性能无明显变化，　体系具有良好的沉降性，静置７２小时后，上下密度　

差为０．０２ｇ／ｅｒａ。。　

［１］　

［２］　

［３］　［参考文献］　

杨泽星，孙金声．高温（２２０￣Ｃ）高密度（２．３　ｇ／　

ｃｍ。）水基钻井液技术研究口］．钻井液与完井　液，２００７，２４（５）：１５～１７．　王旭，周乐群，张滨，等．抗高温高密度水基钻　

井液室内研究［Ｊ］．钻井液与完井液，２００９，２６　

（２）：４３￣４５．　梁大川，汪世国，等．抗高温高密度水基钻井液　

体系研究［Ｊ］．西南石油大学学报，２００８，３０　（１）：ｌ３３～１３６．