浅谈无固相钻井液技术

摘 要：无固相钻井液作为目前应用较多的钻井液体系，因其优越性能，在定向钻进技术以及特种钻进工艺中常用到。本文对无固相钻井液的特点、基本组分及作用机理、分类以及应用情况等方面进行全面介绍，为下一步无固相钻井液技术的开发应用提供一定的参考。

关键词：无固相 钻井液 技术 应用

一、无固相钻井液特点

无固相钻井液即无粘土钻井液，在低固相钻井液的基础上形成的。该体系的原始组成不包含粘土，仅加入高分子聚合物和相应的化学处理剂，就制成了满足一定钻进性能要求的钻井液。与清水相比，它具有较好的携带和悬浮岩粉的能力，且能在孔壁上形成薄的吸附膜，具有一定的护壁防塌能力，有较好的及减阻作用。与含有粘土的钻井液相比，则有密度较低、粘度可调、流动性较好的优点，因而能提高孔底钻头的碎岩效率。

无固相钻井液有如下的特点：①比起传统的粘土泥浆，粘度和流变性可调范围大，可适应不同地层的需要；②体系无固相，对机械和钻具的磨损小，在钻杆内不易结泥皮，有利于金刚石小口径钻进和绳索取芯技术的要求；③有较好的紊流减阻和性能，可降低输送压力；④含有较大数量的有机高聚物，与不同的无机盐配合，可有效地抑制地层和岩屑的膨胀和分散；⑤体系不含固相，可最大限度地减少固相对储层的损害。

二、无固相钻井液组份及作用机理

无固相钻井液是由无机盐和高聚物组合而成的钻井液，具有流变和滤失特性的。其中无机盐起的作用是：与有机聚合物进行适度的交联，以提高溶液的粘度和降低溶液的失水量；调节溶液的矿化度，平衡地层的化学活度，抑制地层膨胀分散或破碎坍塌；调节溶液的pH的值。

有机高聚物起的作用是：增粘作用。高聚物溶液的特性粘度与高聚物分子量之间一般呈正比关系。高聚物的分子量愈大，则溶液的粘度愈高；降滤失作用。高聚物通过与无机盐的适度交联可降低溶液的滤失量。为降滤失常加入小分子的聚合物如CMC，HPAN等；絮凝作用。高聚物如聚丙烯酰胺，野生植物胶等对混进溶液的岩屑有较好的絮凝作用，使溶液在使用过程中能维持无固相或尽量低的固相含量；防塌作用。高聚物与盐一起，通过多点吸附架桥，化学活度平衡等在孔壁上成膜对孔壁起抑制防塌作用；作用。高聚物都有一定的及减阻作用，为提高溶液的性，可辅助加入适量的表面活性剂。

无固相钻井液作用机理主要有以下5个方面：

1）提高机械钻速性能。钻井液固相含量是影响机械钻速的最主要因素，要大幅度提高机械钻速，使用无固相钻井液便是最佳选择。同时，无固相钻井液在循环排量一定的情况下，冲刷井壁的能力较其它体系强，难以形成虚厚的泥饼和过大的液柱压力，从根本上消除钻井施工中的厚泥饼阻卡问题，最大限度地提高机械钻速。

2）护壁、防塌性能。无固相钻井液依靠无机盐加重，故其本身矿化度较高，使得钻井液中游离水很少向井壁中渗透，所以在很大程度上阻止了地层页岩的水化作用，从而起到了防塌功能。

3）携带岩屑性能。无固相钻井液通过添加高分子聚合物，使其具有悬浮和携带岩屑所需要的粘度。

4）沉降岩屑性能。线形高分子聚合物对悬浮在钻井液中的岩屑颗粒产生“架桥”和“卷扫”作用，使岩屑连接成大的絮团迅速沉降。

5）降失水、性能。无固相钻井液本身具有较高的滤液粘度和较高的矿化度，以及线型高分子聚合物在裸眼井段上形成的吸附膜有效地阻止游离水分子向地层中渗透。

三、无固相钻井液的分类

无固相钻井液分为无固相清洁盐水钻井液和无膨润土聚合物暂堵型钻井液两种。

无固相清洁盐水钻井液体系中不含任何固相。用精细过滤的办法，保证盐水的清洁程度。用无机盐的种类、浓度、配比调整钻井液的密度，用体系的高矿化度和各种离子的组合来实现对水敏性矿物的强抑制性，用对油层无损害的聚合物来提粘度，用对油层无损害的聚合物来降滤失，必要时可采用表面活性剂和防腐蚀剂。清洁盐水形不成滤饼，容易发生漏失。主要由水、可溶性盐类、低损害聚合物、缓蚀剂、pH调节剂组成。包括甲酸盐钻井液、CaCl2/Ca（NO3）2复合盐水无固相钻井液、硫酸钾钻井液。

无膨润土聚合物钻井液完井液不含膨润土，这类钻井液完井液主要由水相、低损害聚合物和暂堵剂固相颗粒组成。其密度大小依据油气层空隙压力的大小，通过加入NaCl，CaCl2等可溶性盐类进行调节，其滤失量和流变性主要通过选用各种与油气层相配伍的聚合物来控制。按使用的暂堵剂体系不同可分为酸溶性体系、水溶性体系、油溶性体系三种。

四、无固相钻井液的应用现状

无固相钻井液因其优越的性能，在定向钻进技术以及特种钻进工艺中常用到，广泛地应用于各种定向井水平井钻井中。我国南海一口中半径水平井：南海A一3井在1015.0-1878.0m斜井段，选用的是部分水解聚丙烯酰胺（PHPA）盐水钻井液，而在1878.2-2269.0m大斜度段和水平段，则选用了一种含水溶性悬浮盐粒的饱和盐水/复合聚合物钻井液完井液体系，其主要处理剂为XC生物聚合物和羟丙基交联淀粉。

无固相钻井液在高温深井中也有所应用。胜利油田潜山油藏、碳酸盐岩储层温度高，固相颗粒影响大，研制出了一种无固相钻井液体系、抗温能力超过150℃的高温增粘剂，以此研制出了淡水、复合盐水、盐水等无固相钻井液体系，在胜利油田4个不同区块的13口井上进行了现场应用。结果表明：在井深超过4000m、井底温度在150℃以上的情况下，该体系具有热稳定性好、抗温抗盐能力强的特点，很好地解决了高温状态下由于聚合物的降解成的降粘问题；携岩能力强，保证了钻井施

工安全顺利；具有良好的技术经济效益。先后在胜利油田CB30区块、渤南油田以及王家岗油田等的13口井进行了现场应用，取得了良好的效果。

无固相钻井液在海洋钻井中的应用。渤深6潜山油藏属于孔隙裂缝性油藏，通过试验确定用无固相抗高温盐水钻井液体系钻井，2003年7月底，该井开始投入生产，自喷原油600多吨，产气量为60000m3。而使用有粘土相的水基钻井液，同样采用欠平衡钻井技术钻井的相邻井渤601井，每天靠泵抽油，产油量为100t。对比结果充分显示出无固相抗高温复合盐水钻井液的油气层保护效果。

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作者简介：于滨（1973-），男，工程师。现主要从事钻井液检测评价方面的工作和研究。