ROP Improvement Technology for Horizontal Shale Oil Wells in Daqing Oilfield
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摘要:
针对大庆油田古龙区块页岩油水平井钻井过程中存在井壁易失稳、摩阻扭矩大和钻井周期长等技术难点，以大庆页岩油高效快速开发为目的，分析了该区块地层特点和钻井施工难点，优化了三开井身结构，确保页岩目的层施工安全；根据实钻经验及现有技术水平，对井眼轨道进行优化，降低施工难度；针对二开直井段缩径、三开造斜段和水平段钻井周期长等问题，进行了井壁修整工具、旋冲螺杆钻井工具、清砂接头和水力振荡器等工具研究，并进行了钻井参数优化，形成了大庆油田页岩油水平井钻井提速技术。该技术在大庆油田古龙区块3口页岩油水平井进行了现场试验，平均完钻井深4 691 m，平均机械钻速19.03 m/h，机械钻速提高53.7%，平均钻井周期35.23 d。研究与现场试验表明，大庆油田页岩油水平井钻井提速技术可为大庆油田页岩油高效开发提供技术支撑。
Abstract:Technical difficulties including borehole wall instability, large friction torque, and long drilling cycles are encountered while drilling horizontal shale oil wells in the Gulong Block of Daqing Oilfield. For the purpose of efficient and rapid development of shale oil, a series of research works have been carried out. In light of the formation characteristics and drilling construction difficulties of the block, a third-spud casing program was optimized to ensure safe well construction in the target shale formation. According to drilling practices and existing techniques, the wellbore trajectory was upgraded to reduce the construction difficulty. In addition, the research was performed considering the hole shrinkage in the second-spud vertical section and the long drilling cycles in the third-spud build-up and horizontal sections. The research was performed on the tools and technologies, such as borehole wall dressing tools, rotary screws, sand cleaning joints, and hydraulic oscillators, and the drilling parameters were optimized. Finally, a rate of penetration (ROP) improvement technology for horizontal shale oil wells in Daqing Oilfield was developed. Field tests were conducted in three horizontal wells in Daqing Oilfield, with an average well depth of 4 691 m, an average drilling cycle of 35.23 d, and an average ROP of 19.03 m/h (enhanced by 53.7%). The research and tests demonstrate that this technology can provide technical support for the efficient development of shale oil in Daqing Oilfield.
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Keywords:
- shale oil /
- horizontal well /
- ROP improvement /
- drilling parameters /
- casing program /
- drilling speedup tool /
- Daqing Oilfield
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近年来，为满足深井、超深井、特殊工艺井钻井及页岩气水平井钻井的需要，国内逐步研究形成了聚合醇钻井液、抑制性胺基钻井液、有机盐钻井液和甲基葡萄糖苷钻井液等具有良好环保和抑制性能的钻井液，以及超高温、超高密度钻井液。除此之外，泡沫钻井液在低压层、易漏失层钻井中得到了应用，其性能也不断得到提高；随着页岩气水平井的不断增多，油基钻井液技术有了长足进步；也针对油基钻井液使用中存在的环保问题，开展了合成基钻井液的研究与应用，使钻井液体系逐步完善，并形成了包括水基、油基和合成基的完整的钻井液类型。但是，现有钻井液在体系规范、性能控制、高温稳定性和处理剂质量等方面都还存在一些问题，不同程度地影响了钻井液的性能和应用效果，从而也在一定程度上制约了油气井钻井效果和技术发展。为便于系统了解近年来国内钻井液技术的现状，明确未来几年需要重点开展的工作，并为国内钻井液的开发与应用提出有价值的建议，笔者对国内钻井液技术进展进行了评述，结合现代钻井工艺和环保等对钻井液的要求，分析了国内钻井液存在的具体问题和钻井液未来发展方向。
1. 抑制性钻井液
1.1 聚合醇钻井液
聚合醇钻井液作为高性能水基钻井液，利用聚合醇的浊点效应，通过优化加量和选择浊点，可以使钻井液具有良好的抑制性、润滑性和封堵性。例如，以多元醇为主处理剂与其他处理剂配伍组成的强抑制性多元醇海水钻井液，在埕岛油田进行了应用，较好地解决了钻井过程中的井眼失稳、摩阻大、井眼净化和油层保护效果差等问题，为聚合醇钻井液的发展奠定了基础[1]。胜利油田80余口井的应用表明，由聚合醇、MMH及其他处理剂组成的聚合醇钻井液，其抑制性与封堵能力强，能有效稳定井壁，且润滑性能好，钻井液的表面张力、界面张力低，对油气层损害程度低，易生物降解、毒性极低，对环境影响小[2]。
为了进一步改善聚合醇钻井液的性能，通过引入Ca2+、有机盐和硅酸盐等，得到了钙-醇钻井液、有机盐聚合醇钻井液和硅酸盐聚合醇钻井液等一些强化型聚合醇钻井液，这些钻井液不仅保持了聚合醇钻井液的基本特点，其热稳定性、封堵性能和抑制性还进一步提高，能有效解决钻进强水敏性地层时的水化、弱水敏性地层时的垮塌掉块，以及钻屑水化引起的钻井液流变性不稳定等问题。
聚合醇钻井液用于水平井钻井，可以保持较好的流变性、悬浮稳定性和润滑性，且抑制能力较强，携岩性能较好，能够保证水平段施工顺利[3]。近年来，页岩气水平井钻井中也试验应用了该钻井液，但与油基钻井液相比，还存在诸如润滑、井壁稳定等难以克服的问题，故实际应用较少。聚合醇钻井液用于海洋深水钻井，可在保证良好流变性、滤失性、润滑性、抑制性和封堵性的情况下，有效防止天然气水合物的生成，是有效的深水钻井液之一。
1.2 强抑制胺基钻井液
近年来，为满足环保要求和降低钻井液成本，国外一直在努力寻求能够在强水敏或页岩地层代替油基钻井液的水基钻井液，如：以胺基抑制剂为主剂的高性能水基钻井液（强抑制胺基钻井液），因其能满足环保要求，且效果与油基钻井液相当而深受重视，并广泛应用。国内也相继开展了该类钻井液的研究与应用，并见到初步效果，如：由胺基抑制剂、氯化钾与其他处理剂等组成的ULTRADRILL水基钻井液，抑制性和润滑性与油基钻井液相当，由于该钻井液无毒，钻屑可直接排入海中，完钻后钻井液可回收反复使用，大大降低了钻井成本[4]。现场应用表明，ULTRADRILL钻井液性能稳定，具有独特的流变性能，滤失量低，滤饼坚韧、致密而光滑，钻井过程中悬浮携岩能力强，钻速快，井壁稳定。另外，在莫北油田莫116井区的应用也表明，由NaCl、胺基抑制剂与其他处理剂组成的胺基钻井液，可有效解决钻井过程中常出现的井眼失稳、膏质泥岩造浆严重、钻头泥包、缩径卡钻、钻速慢等技术难题[5]。
研究发现，将胺基抑制剂与铝盐封堵防塌剂复配能显著阻缓孔隙压力传递，可以达到更好的抑制和防塌效果。如，添加铝盐形成的聚胺高性能水基钻井液，抑制性和清洁润滑性突出，在胜利油田305区块的应用表明，该钻井液可解决泥页岩井眼失稳问题[6]。由聚铝盐和胺基抑制剂与其他处理剂组成的聚铝胺盐防塌钻井液，在吉林油田伊通、大安等区块14口井的应用表明，其抑性制和封堵能力强，能有效防止泥岩坍塌，解决了泥岩地层钻井过程中因井壁坍塌掉块和缩径造成的起下钻遇阻等问题[7]。
由胺基抑制剂、甲酸钾与其他处理剂组成的聚胺有机钾盐钻井液性能稳定，抑制性和润滑性好，抗污染能力强，且无毒，能够满足当地的环境保护要求，特别针对Umir地层的强水敏性泥岩以及LaLuna地层上部易剥落掉块页岩有着显著效果，可保障井壁稳定和井下安全[8]。强抑制胺基钻井液用于深水钻井，还可以有效抑制天然气水合物的生成。
1.3 烷基糖苷钻井液
国外甲基葡萄糖苷（MEG）钻井液已经成熟，该钻井液具有良好的抑制性和润滑性及突出的储层和环境保护特性，能够满足海上油气开发对储层及环境保护等的特殊要求。因此，MEG钻井液已在一些环境敏感地区用以替代油基钻井液。
针对页岩气水平井钻井的需要，为进一步提高钻井液的抑制性，在MEG钻井液的基础上，开发应用了改性烷基糖苷钻井液，如：经室内评价表明，由阳离子烷基糖苷（CAPG）与其他处理剂或材料等组成的CAPG钻井液，不仅抑制性、润滑性等优于MEG钻井液，其环保性能也较好（半数效应浓度EC50达到126 700 mg/L）。现场应用表明，该钻井液具有良好的抑制防塌和井壁稳定效果，摩阻低，润滑性好，有利于提高机械钻速，固相含量低，有利于储层保护，同时由于可生物降解，无毒无害，符合绿色钻井液发展方向[9]。在CAPG钻井液的基础上，引入聚醚胺基烷基糖苷（NAPG），通过CAPG和NAPG复配形成的烷基糖苷衍生物钻井液，在昭通页岩气示范区进行了应用，结果表明：钻进过程中钻井液性能稳定，井壁稳定，起下钻畅通，下套管作业一次成功，未出现井下复杂情况[10]。基于上述研究形成的近油基钻井液也在现场应用中见到了明显效果，进一步完善后有望真正替代油基钻井液。
1.4 有机盐钻井液
有机盐钻井液最初主要指甲酸钠、甲酸钾钻井液，之后诸如甲酸铯、乙酸钾、柠檬酸钾、酒石酸钾、乙酸铵、柠檬酸铵、酒石酸铵，有机酸的季铵盐以及它们的混合物等也逐渐得到应用。实践证明，有机盐钻井液特别适用于高温高压钻井、产层钻井、小井眼钻井、环境保护要求高的地区钻井、易水化膨胀和易坍塌泥页岩地层钻井、岩盐层和盐膏层钻井等。
作为最基本的有机盐钻井液，甲酸盐钻井液在生态保护、油层保护、抑制地层以及抗高温抗污染方面都有明显的优势。2000年以来，甲酸盐钻井液在大庆油田开发井钻井中得到广泛应用，截至2005年底，已在600多口井进行了应用，有效保护了油气层，取得了很好的综合效果[11]。除此之外，新疆、渤海、胜利、冀东和中原等油田也大量应用了甲酸盐钻井液，均取得了明显效果。甲酸盐钻井液已成为公认的绿色钻井液。
由有机盐、降滤失剂、增黏剂和包被剂等形成的无固相钻井液，在克拉玛依油田五三东井区57031井的应用表明，其流变性好、抑制性强、造壁性能好，可提高机械钻速、保护油气层，且对钻具无腐蚀、对环境无污染[12]。高密度有机盐钻井液在准噶尔盆地北天山山前冲断带阜康断裂带T4031井三开井段的应用表明，能够保持较低的黏切，流变性好、抑制性强、润滑性好，井眼稳定，井径规则，电测、下套管、固井等作业均一次完成[13]。有机盐钻井液在塔里木油田其他区块也进行了应用，整体效果良好，且有利于储层保护和环境保护[14]。在南海西部HK29–1–2井的应用表明，无固相有机盐钻井液具有较好的防水锁效应，滤液活度远远低于地层水，不容易侵入地层，抑制性好，可避免水敏现象的发生及固相对储层的伤害，抗温可达180 ℃，机械钻速与邻井相比大幅度提高[15]。
2. 油基钻井液
近年来，由于国内页岩气资源的大力开发和复杂地层钻井的增多，油基钻井液有了快速发展。油基钻井液包括全油基钻井液和油包水乳化钻井液。全油基钻井液，如在普通油基钻井液基础上，加入常规乳化剂、有机土、润湿剂和降滤失剂等形成的全柴油基钻井液，在非常规水平井钻井中的应用发现，性能稳定，易于维护，且稳定井壁能力强，润滑防卡效果好，循环压耗小，有利于提高机械钻速。以柴油为基油、密度0.90～0.95 kg/L的低密度全油基钻井液，通过强化封堵性，在塔中志留系低压储层钻井中进行了应用，表现出密度可控、钻速快、稳定性好、维护处理简单等特点，分析认为，这是由于该钻井液密度低，可最大限度地实现近平衡或微欠平衡钻井，降低钻井液对储层的伤害[16]。由白油、有机土、激活剂、降滤失剂、CaO、CaCO3、增黏提切剂、润湿剂和重晶石等组成的全白油基钻井液，在辽河油田沈平1井进行了应用，结果表明，该钻井液具有良好的流变性、抑制性、封堵性、抗污染性、润滑性及高温稳定性，能够控制油页岩水化膨胀，解决井眼失稳问题[17]。由5号白油、有机土、激活剂、降滤失剂、CaO、润湿剂、CaCO3、乳化剂、乳化封堵剂和重晶石组成的全白油基钻井液，在苏里格气田苏53-82-50H井泥岩段进行了应用，平均井径扩大率为6.01％，钻进中未发生井眼失稳现象，尤其是在2 200.00 m长的长裸眼水平段钻进过程中，未出现井塌和掉块问题[18]。
与全油基钻井液相比，油包水乳化钻井液应用较多。如：针对页岩气水平井钻井的需要，在0号柴油与20%CaCl2组成的基液中加入主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、CaO、有机膨润土、降滤失剂、提切剂、封堵剂和加重剂等组成的油包水乳化钻井液，在彭水地区彭页2HF井水平段钻进中进行了应用，创造了当时国内陆上页岩气水平井水平段和水平位移最长纪录[19]。在彭页2HF井应用的基础上，加入大分子乳化剂和提切剂等，进一步优化其性能，然后在彭页3HF井三开井段进行了应用，钻进期间钻井液性能稳定，表现出低黏高切的流变性，且封堵防塌能力强，无剥落、掉块现象，循环过程中钻井液消耗量小，井眼清洁、无岩屑床，摩阻、扭矩低[20]。在威远地区威201-H3井定向、水平段应用柴油基油包水乳化钻井液，较好地解决了泥页岩地层垮塌的问题[21]。目前，油基钻井液已在200多口页岩气水平井进行了应用，均取得了良好的效果。
由基油、有机膨润土、氧化沥青、磺化沥青、质量分数50%的CaCl2水溶液、氧化钙、UZEMUL-P（HLB值约9.5）、UZEMUL-S（HLB值约3.0）等组成的抗高温油包水钻井液，在大庆油田葡深1井的应用表明，其具有流变性优、稳定性好、滤失量低等特点，顺利完成了井深5 500.00 m、井底温度最高达220 ℃条件下的钻探任务，并达到预期目的[22]。
近年来，为降低储层污染，在页岩气水平井钻井中应用白油乳化钻井液已相当普遍。如：为防止页岩水化、分散、垮塌及长水平段黏卡，河南油田泌页HF1井三开水平段（长度达1 044.00 m）采用了由白油、质量浓度为28.0 g/L的CaCl2水溶液、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、有机膨润土、降滤失剂、CaO、提切剂、树脂封堵剂、乳化封堵剂、纳米封堵剂和加重剂等组成的白油基钻井液，仅用时6.5 d就钻完了该水平段[23]。
在传统油基钻井液的基础上，用聚合物增黏提切剂代替有机膨润土，通过优选乳化剂、润湿剂和油分散聚合物降滤失剂种类等，形成了一种柴油基无土相油包水乳化钻井液，取得了良好的现场应用效果[24]。与柴油相比，以白油为连续相的无土相油包水乳化钻井液，在保持含土相油包水乳化钻井液优势的同时，具有良好的环境适应性[25]。
关于可逆转油包水乳化钻井液，目前国内在室内研究的基础上进行了应用探索，但还未见到现场应用的相关报道。
3. 超高温超高密度钻井液
3.1 超高温钻井液
近年来，国内井底温度高于200 ℃的深井、超深井不断增加，针对现场需要，在超高温钻井液方面开展了一些研究工作。通过室内研究，先后形成了密度2.30 kg/L、盐含量10%～30%、抗温220 ℃的盐水钻井液[26]，抗温230 ℃的饱和盐水钻井液[27]和抗温270 ℃的淡水钻井液等[28]。从现场应用情况看：由PFL–L等处理剂形成的超高温钻井液，在徐闻X–3井三开长裸眼井段（温度210 ℃）应用中表现出良好的热稳定性，钻井顺利，满足了安全高效钻井需求[29]；一种无固相抗220 ℃超高温钻井液，在涩北1号气田24井的应用中井壁稳定，施工安全，表明悬浮携带性能可以满足井下携岩要求[30]；基于研制的抗高温抗盐聚合物降滤失剂和降黏剂，形成的抗温245 ℃的超高温水基钻井液，在泌深1井（完钻井深6 005.00 m，实测井底温度241 ℃）的应用表明，抗温能力、抑制能力和悬浮携岩能力强，摩阻系数小，整体效果非常好[31]；胜科1井井深超过7 000.00 m，井底温度为235 ℃，压力超过100 MPa，该井四开（井深4 155.00～7 026.00 m）钻进使用了聚磺封堵防塌钻井液、高密度聚磺非渗透钻井液和超高温钻井液，应用发现，这3种钻井液均具有良好的高温稳定性、润滑性和剪切稀释性，在高固相情况下仍具有良好的流变性、低高压滤失量、抗盐及高价离子污染能力，且配制和维护处理方便，钻井液转换顺利[32]。
超高温钻井液用于干热岩钻井的相关报道引发关注。干热岩主要是变质岩或结晶岩类岩体，基本不涉及水敏性地层，因此干热岩井钻井液重点考虑其抗温性能。在干热岩钻井时，除常规超高温水基钻井液外，还可采用泡沫钻井液，如：中国石油长城钻探公司曾采用高温泡沫钻井液在肯尼亚OLKARIA区块钻成一口地热井，地层温度高达350 ℃[33]。由HFL-A+5.0%特种油+0.5%～1.0%乳化剂+2.0%高温稳定剂HST-H+碳酸钙（加重至密度为1.10 kg/L）组成的抗高温钻井液，在260 ℃高温下老化后仍具有很好的流变性、稳定性和抑制性，且滤失量低，因此适用于干热岩钻井[34]。
3.2 超高密度钻井液
一般来说，密度高于2.40 kg/L的钻井液称为超高密度钻井液，主要用于高压和异常高压地层钻井。国内钻遇高压或异常高压地层的井主要集中在西部和西南部地区。与国外相比，国内超高密度钻井液应用较多，如：塔里木油田迪那11井三开井段（井深4 185.00～5 042.00 m）使用密度2.41 kg/L的钻井液钻进高压盐层，顺利钻穿875.00 m厚的纯石膏、盐岩、泥膏岩和泥岩段；旺南1井钻至井深4 025.00 m（进入二叠系阳新统2.00 m）时，发现压力系数为2.67的超高压气水层，用密度为2.82 kg/L的超高密度钻井液实施了压井；官3井在钻至井深3 871.50 m后将钻井液密度调至2.80～2.85 kg/L，钻至井深3 973.00 m时完钻；官7井在钻至井深3 049.19 m时钻遇高压盐水气层并发生井涌，将钻井液密度提高至2.64 kg/L，但因井底压力太高无法继续施工，固井封井底500.00 m，提前完钻；官深1井应用密度2.87 kg/L的超高密度钻井液（配方为1.0%膨润土浆+3.0%SMS-19+2.0%SML-4+2.0%辅助降滤失剂+1.0%高温稳定剂+1.0%防塌剂+0.5%表面活性剂+0.5%pH值调节剂+重晶石），成功完成了超高压地层的钻井施工，使密度大于2.80 kg/L且重晶石加重的超高密度钻井液实钻成为现实，为超高密度钻井液的研究与应用奠定了基础，该井创钻井液密度最高、超高密度钻井液钻进井段最长2项世界纪录[35]。
此外，由膨润土浆、抑制剂、主降滤失剂、辅助降滤失剂、润滑剂、降黏剂（碱液）、表面活性剂、除硫剂、NaCl和重晶石等组成的超高密度饱和盐水钻井液，在土库曼斯坦阿姆河右岸气田30余口井进行了应用，基本解决了厚盐膏层钻进中盐膏层的蠕变和钻井液的抗盐、钙污染及高压盐水侵问题，满足了该区块安全快速钻井的要求[36]。
4. 泡沫钻井液
泡沫钻井液属于气液混合钻井流体，它具有以下优点：可以降低储层损害，有效保护油气层，能够实时评价地层，及时发现产层；显著提高机械钻速，延长钻头使用寿命；防止或减少井漏、卡钻等。
国内泡沫钻井液，尤其是水基泡沫钻井液已比较成熟。泡沫钻井液包括可循环泡沫钻井液和空气（或氮气）泡沫钻井液，前者不需要特殊设备即可实施，而后者需要空气压缩机和专门的泡沫发生器等设备。近年来空气泡沫钻井液应用较多。如：由基浆、发泡剂、稳泡剂、调节剂、降滤失剂和增黏剂等组成的泡沫钻井液，在常温下静止24 h或在120 ℃静态老化20 h后，再搅拌后其性能仍能恢复，表现出良好的稳定性。在河坝地区的应用中平均机械钻速为常规钻井液钻井的7.6倍，大大缩短了钻井周期，降低了单井综合钻井成本[37]。窿14井是青西油田窟窿山构造的一口重点工程探索井，该井应用了泡沫钻井液，结果发现：其抑制性能好，携岩能力强，无钻屑沉积；机械钻速高，该井空气泡沫钻井时的平均机械钻速为4.16 m/h，是邻井窿10井相同井段常规钻井液钻井的2.11倍 [38]。
实践表明，油基泡沫钻井液密度低，在枯竭储层、高渗透地层和微裂缝地层使用可以防漏，可以解决泥页岩井眼失稳问题，还可以有效抑制页岩水化膨胀、地层造浆，防止储层发生水敏性伤害。如：针对吐哈油田胜北区块致密强水敏低压油气藏的地层特点，6口井在钻进储层井段时应用了可循环油基泡沫钻井液，结果发现，该钻井液密度低且可调，性能易控制，施工工艺简单，可以多次循环使用，能够满足携岩要求，在钻进油层期间，密度始终控制在设计范围之内，从而实现了近/欠平衡压力钻进，机械钻速与采用常规钻井液的邻井相比提高了30.54%，钻井综合效益也得到了提高[39]。
针对开发枯竭地层需要而研制的微泡沫钻井液，能减少钻井液向渗透性地层或微裂缝性地层的侵入量，具有密度低、可循环使用、不影响钻井泵上水及MWD等井下工具的使用、不添加空气压缩机等空气注入设备、保护油气层等特点。循环后性能很容易维护，同时具有最佳的井眼清洁和钻屑悬浮效果。在吐哈油田马703井的应用表明，微泡沫钻井液抗温、抗污染能力强，密度低且范围可调、稳定性好，能够有效防止漏失，保护油气层，提高机械钻速，实现近平衡钻井[40]；在胜利油田郑7-平2井三开井段的应用表明，微泡沫钻井液现场配制简单，易于维护，能够满足油层保护、岩屑录井、井眼轨迹控制及保障井下安全的需要[41]；在吉林油田乾安易漏井区进行近平衡钻井时也发现，微泡沫钻井液能够满足钻井要求，保障井下安全，提高钻井速度[42]；乍得潜山地层微裂缝发育丰富，地层压力系数在1.0以下，采用常规钻井液常常发生恶性漏失，而Baobab C1–13井在裂缝发育的潜山油层采用微泡钻井液钻进，不仅钻井液性能稳定，还具有较好的携岩和储层保护性能，利于井下工具信号传输，解决了钻井过程中潜山地层恶性漏失的问题[43]。
5. 合成基钻井液
合成基钻井液在国内应用较少，但该类钻井液热稳定性好，可用于超高温钻井。其中，恒流变合成基钻井液可以用于深水钻井。
以线性α-烯烃为基液的合成基钻井液，属于第二代合成基钻井液。实践证明，由线性α-烯烃、质量分数为10%的CaCl2水溶液与多种处理剂组成的线性α-烯烃合成基钻井液，具有钻速快、井下复杂情况少的特点，可以有效缩短钻井周期，提高钻井效率。如：莺琼盆地YC21–1–4井井深5 250.00 m，井底温度200 ℃，该井4 960.00～5 250.00 m井段钻进中应用了以线性α-烯烃为基油、铁矿粉为加重剂的ULTIDRILL合成基钻井液，应用表明，该钻井液具有良好的抑制性和井壁稳定性，抗高温能力强、滤失量低[44]。
以气制油为基液的气制油合成基钻井液近年来也有应用。2005年，中国海油在渤中25–1油田开始使用气制油钻井液，并成功钻完3口井的ϕ215.9 mm井段，平均机械钻速22.8 m/h，比邻井采用常规钻井液的相同井段提高了30%，且当量循环密度较低。气制油钻井液对储层岩心污染小，形成的滤饼容易清除，储层保护效果好，岩心渗透率恢复率大于90%，投产后产量高。对比发现，密度为1.54 kg/L的油基钻井液和气制油合成基钻井液的当量循环密度分别为1.638～1.667 kg/L和1.630～1.637 kg/L，气制油合成基钻井液的当量循环密度较低[45]。另外，由气制油、钙皂型表面活性剂、质量分数为20%的CaCl2水溶液和其他处理剂等形成的气制油合成基钻井液，在胜利油田超稠油井郑41–平2井、曲8–侧斜11井的强水敏性地层进行了应用，结果表明，该钻井液性能稳定，润滑性和抑制性好，同时具有良好的储层和环境保护性能[46]。
酯基钻井液一般在140 ℃以内能够保持良好的高温流变性和高温高压滤失性，润滑性能好，抑制性和抗污染能力强，同时还具有良好的储层保护和环保性能。如：由生物柴油（油酸甲酯）、有机膨润土、SP-80、有机褐煤、油酸、油溶性树脂、质量分数20%的CaCl2溶液等组成的酯基钻井液，在胜利油田渤页平1-2井进行了应用，结果表明，该钻井液性能稳定，在高密度情况下流变性能良好，钻井过程中起下钻通畅，完井管柱下入顺利[47]。
6. 钻井液技术发展建议
通过以上评述可知，经过几十年的发展，我国钻井液技术已基本满足各种复杂条件下现代钻井的需要，但与发达国家相比，许多方面都有差距，主要体现在：体系的规范、处理剂质量、储层保护和环保性能等方面，均存在一定差距；井内高温条件下长期静置能保持良好悬浮稳定性的钻井液、海洋深水恒流变钻井液、适用于环境敏感地区的绿色钻井液，以及用来解决页岩气水平井井壁稳定的水基钻井液，仍然不太成熟；在优化钻井液中固相及颗粒分布，通过有效控制固相而改善钻井液的润滑性、流变性、滤失性、封堵及防塌、防漏能力，减少处理剂的消耗量，降低钻井液维护处理次数、减少处理费用等方面，也存在许多不足。
结合现场实践可以看出，今后钻井液的发展方向是围绕安全、快速、环保钻井的目标要求，重点解决以下问题：如何保持深井超深井钻井液在井底静止状态下的长期稳定性；如何保持低黏土相钻井液高温下的悬浮稳定性；如何有效降低钻井液循环压耗（小井眼更突出）；如何解决强水敏性地层，特别是页岩气水平井水基钻井液条件下的井壁稳定问题。为此，我国钻井液的发展需要重点开展以下工作：
1）完善高性能水基钻井液，强化钻井液的抑制和封堵能力，尤其是发展与油基钻井液性能相近的近油基钻井液，以尽可能减少在页岩气水平井钻井中使用油基钻井液，减轻环保压力。完善适用于井底温度高于200 ℃的具有长期老化悬浮稳定性的高温高密度钻井液。
2）发展无芳烃油基或植物油基钻井液，合成基和可逆乳化钻井液，特别是生物质合成基钻井液。为满足保护生态环境的需要，围绕绿色环保目标，开发综合性好的水基环保钻井液。
3）减少组成钻井液的处理剂品种和用量，减少由于钻井液液相黏度增加而带来的循环压耗升高、剪切稀释能力变差和钻具泥包等现象。提高对钻井液中低密度固相控制的认识，通过控制低密度固相、减少抑制剂或其他处理剂在钻井液中固相颗粒表面的吸附与消耗，提高钻井液的井壁稳定能力。
4）科学选择和合理使用钻井液。要认识到，对于一些特殊地层，水基钻井液永远无法替代油基钻井液，在不适用于水基钻井液的情况下，要毫不犹豫地选用油基钻井液或合成基钻井液。在钻井液选择方面，结合岩性分析、地层稳定性分析，重点考虑如何确定坍塌周期、延长坍塌周期，以便在坍塌周期内完成钻井作业。
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表 1 3口水平井现场试验数据
Table 1 Field test data from 3 horizontal wells
井号 井深/
m水平段长/
m机械钻速/
（m·h–1）钻井周期/
d钻速提高
效果，%试验1井 4 735 2 150 19.34 35.25 56.22 试验2井 4 623 1 820 18.65 34.23 50.65 试验3井 4 715 2 140 19.10 36.21 54.28 
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[1] 王敏生,光新军,耿黎东. 页岩油高效开发钻井完井关键技术及发展方向[J]. 石油钻探技术,2019,47(5):1–10. WANG Minsheng, GUANG Xinjun, GENG Lidong. Key drilling/completion technologies and development trends in the efficient development of shale oil[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2019, 47(5): 1–10.
[2] 孙焕泉,蔡勋育,周德华,等. 中国石化页岩油勘探实践与展望[J]. 中国石油勘探,2019,24(5):569–575. doi: 10.3969/j.issn.1672-7703.2019.05.004 SUN Huanquan, CAI Xunyu, ZHOU Dehua, et al. Practice and prospect of Sinopec shale oil exploration[J]. China Petroleum Exploration, 2019, 24(5): 569–575. doi: 10.3969/j.issn.1672-7703.2019.05.004
[3] 张锦宏. 中国石化页岩油工程技术现状与发展展望[J]. 石油钻探技术,2021,49(4):8–13. doi: 10.11911/syztjs.2021072 ZHANG Jinhong. Present status and development prospects of Sinopec shale oil engineering technologies[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(4): 8–13. doi: 10.11911/syztjs.2021072
[4] 杜金虎,胡素云,庞正炼,等. 中国陆相页岩油类型、潜力及前景[J]. 中国石油勘探,2019,24(5):560–568. doi: 10.3969/j.issn.1672-7703.2019.05.003 DU Jinhu, HU Suyun, PANG Zhenglian, et al. The types, potentials and prospects of continental shale oil in China[J]. China Petroleum Exploration, 2019, 24(5): 560–568. doi: 10.3969/j.issn.1672-7703.2019.05.003
[5] 侯启军,何海清,李建忠,等. 中国石油天然气股份有限公司近期油气勘探进展及前景展望[J]. 中国石油勘探,2018,23(1):1–13. doi: 10.3969/j.issn.1672-7703.2018.01.001 HOU Qijun, HE Haiqing, LI Jianzhong, et al. Recent progress and prospect of oil and gas exploration by PetroChina Company Limited[J]. China Petroleum Exploration, 2018, 23(1): 1–13. doi: 10.3969/j.issn.1672-7703.2018.01.001
[6] 张瀚之,翟晓鹏,楼一珊. 中国陆相页岩油钻井技术发展现状与前景展望[J]. 石油钻采工艺,2019,41(3):265–271. ZHANG Hanzhi, ZHAI Xiaopeng, LOU Yishan. Development status and prospect of the drilling technologies used for continental shale oil reservoirs in China[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(3): 265–271.
[7] 雷浩,何建华,胡振国. 潜江凹陷页岩油藏渗流特征物理模拟及影响因素分析[J]. 特种油气藏,2019,26(3):94–98. doi: 10.3969/j.issn.1006-6535.2019.03.017 LEI Hao, HE Jianhua, HU Zhenguo. Physical simulation and influencing factor analysis of the flow characteristics in the shale oil reservoir of Qianjiang Depression[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2019, 26(3): 94–98. doi: 10.3969/j.issn.1006-6535.2019.03.017
[8] 王静,张军华,谭明友,等. 砂砾岩致密油藏地震预测技术综述[J]. 特种油气藏,2019,26(1):7–11. WANG Jing, ZHANG Junhua, TAN Mingyou, et al. Seismic prediction review for glutenite tight oil reservoir[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2019, 26(1): 7–11.
[9] 王建龙,齐昌利,陈鹏,等. 长水平段水平井高效钻井关键技术研究[J]. 石油化工应用,2018,37(3):95–97, 102. doi: 10.3969/j.issn.1673-5285.2018.03.021 WANG Jianlong, QI Changli, CHEN Peng, et al. Research and application of key techniques for horizontal well drilling in long horizontal section oilfield[J]. Petrochemical Industry Application, 2018, 37(3): 95–97, 102. doi: 10.3969/j.issn.1673-5285.2018.03.021
[10] 杨灿,王鹏,饶开波,等. 大港油田页岩油水平井钻井关键技术[J]. 石油钻探技术,2020,48(2):34–41. doi: 10.11911/syztjs.2020036 YANG Can, WANG Peng, RAO Kaibo, et al. Key technologies for drilling horizontal shale oil wells in the Dagang Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(2): 34–41. doi: 10.11911/syztjs.2020036
[11] 赵波,陈二丁. 胜利油田页岩油水平井樊页平1井钻井技术[J]. 石油钻探技术,2021,49(4):53–58. doi: 10.11911/syztjs.2021078 ZHAO Bo, CHEN Erding. Drilling technologies for horizontal shale oil well Fan Yeping 1 in the Shengli Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(4): 53–58. doi: 10.11911/syztjs.2021078
[12] 席传明,史玉才,张楠,等. 吉木萨尔页岩油水平井JHW00421井钻完井关键技术[J]. 石油钻采工艺,2020,42(6):673–678. XI Chuanming, SHI Yucai, ZHANG Nan, et al. Key technologies for the drilling and completion of shale oil horizontal well JHW00421 in Jimusaer[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2020, 42(6): 673–678.
[13] 柳伟荣,倪华峰,王学枫,等. 长庆油田陇东地区页岩油超长水平段水平井钻井技术[J]. 石油钻探技术,2020,48(1):9–14. doi: 10.11911/syztjs.2020029 LIU Weirong, NI Huafeng, WANG Xuefeng, et al. Shale oil horizontal drilling technology with super-long horizontal laterals in the Longdong Region of the Changqing Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(1): 9–14. doi: 10.11911/syztjs.2020029
[14] 郑锋,王建龙,吴欣袁,等. 大斜度井岩屑床分析及新型井眼清洁工具应用[J]. 石油矿场机械,2018,47(1):80–82. ZHENG Feng, WANG Jianlong, WU Xinyuan, et al. Analysis of cuttings bed in highly deviated well and application of new hole cleaning tools[J]. Oil Field Equipment, 2018, 47(1): 80–82.
[15] 余长柏,黎明,刘洋,等. 水力振荡器振动特性的影响因素[J]. 断块油气田,2016,23(6):842–845, 850. YU Changbai, LI Ming, LIU Yang, et al. Influence factors on vibration characteristics of hydraulic oscillator[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2016, 23(6): 842–845, 850.
[16] 李建亭,胡金建,罗恒荣. 低压耗增强型水力振荡器的研制与现场试验[J]. 石油钻探技术,2022,50(1):71–75. doi: 10.11911/syztjs.2021137 LI Jianting, HU Jinjian, LUO Hengrong. Development and field tests of an enhanced hydraulic oscillator with low pressure loss[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2022, 50(1): 71–75. doi: 10.11911/syztjs.2021137
-
期刊类型引用(52)
1. 马双政，张耀元，南源，陈小娟，陈金定. 油基钻井液主乳化剂OBE-2的合成与性能评价. 化学工程师. 2025(02): 53-58+17 . 
百度学术
2. 佘朝毅. 四川盆地超深层钻完井技术进展及其对万米特深井的启示. 天然气工业. 2024(01): 40-48 . 百度学术
3. 范翔宇，蒙承，张千贵，马天寿，李柱正，王旭东，张惊喆，赵鹏斐，邓健，周桂全. 超深地层井壁失稳理论与控制技术研究进展. 天然气工业. 2024(01): 159-176 . 百度学术
4. 刘岩生，张佳伟，黄洪春. 中国深层—超深层钻完井关键技术及发展方向. 石油学报. 2024(01): 312-324 . 百度学术
5. 孙振峰，杨超，李杰，张敬辉，赵凯强，王晨. 钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价. 钻井液与完井液. 2024(01): 84-91 . 百度学术
6. 柏晓超. 渤海油田超高温深井钻井液配套技术. 化工管理. 2024(13): 84-87 . 百度学术
7. 王景，祁健，岳明. 海上水基钻屑高效密闭输送技术. 石油钻探技术. 2024(03): 53-60 . 本站查看
8. 夏小春，邹洋，王志永，张紫铜，宋钰，戴媛静. 硫化脂肪酸酯的合成及其在高温高压钻井液中的应用. 钻井液与完井液. 2024(03): 344-349 . 百度学术
9. 庞少聪，安玉秀，田野. 抗高温钻井液体系国内外研究进展与发展建议. 钻探工程. 2024(04): 82-92 . 百度学术
10. 孙振峰. 钻井液用反相乳液聚合物增黏剂的合成及评价. 当代化工. 2024(07): 1513-1518 . 百度学术
11. 李亮，何斌，段国庆，柏小超，杨世杰，董昆. 渤海油田超高温深井钻井液配套技术. 石化技术. 2024(09): 141-143 . 百度学术
12. 寇亚浩，倪晓骁，黎剑，王建华，张家旗，冯杰，郭嘉恒，常启帆. 有机海泡石在油基钻井液中的应用效果与展望. 应用化工. 2024(09): 2206-2210 . 百度学术
13. 徐生婧. 抗高温超支化乳液聚合物的中试生产及应用. 精细石油化工进展. 2024(05): 20-25 . 百度学术
14. 白杨，王路一，李翔，窦幻君，罗平亚. 煤层气储层保护钻井液技术研究进展. 天然气工业. 2024(10): 182-194 . 百度学术
15. 崔长颢，李丽，刘美佳，王健媛，闫大海，陈超. 利用油基岩屑制备水泥路面基层的力学性能及重金属浸出特性研究. 环境科学研究. 2023(04): 805-813 . 百度学术
16. 汪海阁，黄洪春，纪国栋，陈畅畅，吕泽昊，陈伟峰，毕文欣，刘力. 中国石油深井、超深井和水平井钻完井技术进展与挑战. 中国石油勘探. 2023(03): 1-11 . 百度学术
17. 张艳秋. 水基钻井液用聚合物处理剂技术进展研究. 西部探矿工程. 2023(07): 87-89 . 百度学术
18. 孙金声，蒋官澄，贺垠博，史赫，杜明亮，董腾飞，杨丽丽. 油基钻井液面临的技术难题与挑战. 中国石油大学学报(自然科学版). 2023(05): 76-89 . 百度学术
19. 陈娟，刘友权，向超，梁国超. 高密度甲酸钾完井液在酸液中的析出机理及配方优化. 石油与天然气化工. 2023(05): 74-79 . 百度学术
20. 熊正强，董春刚，栾元滇，宫述林，付帆，陶士先，王韶霞. 刚果钾盐钻探用钙镁基钻井液研究及应用. 地质与勘探. 2023(06): 1315-1323 . 百度学术
21. 倪晓骁，史赫，闫丽丽，王建华，程荣超，张家旗，刘雨艳. 油基钻井液用改性碳纳米管纳微米封堵剂. 油田化学. 2023(04): 578-584 . 百度学术
22. 沈浩坤，孙金声，吕开河，黄贤斌，刘敬平，王金堂，白英睿，金家峰. 水基钻井液有机处理剂智能化研究进展与应用展望. 油田化学. 2022(01): 155-162 . 百度学术
23. 陈忠华. 海上高温高压油井钻井液发展现状. 化工管理. 2022(11): 93-96 . 百度学术
24. 雷志永，郭磊，耿铁，陈强. 环保型可循环利用BIODRILL A水基钻井液评价与应用. 中国海上油气. 2022(03): 139-145 . 百度学术
25. 倪晓骁，史赫，程荣超，张家旗，王建华. 油基钻井液用改性锂皂石增黏提切剂. 钻井液与完井液. 2022(02): 133-138 . 百度学术
26. 王有伟，黄峰. 国内外隔离液研究进展. 辽宁化工. 2022(06): 800-804 . 百度学术
27. 王年禧，邓超，陈潇，何艺，梁仁刚，刘研萍. 油基钻井液组成应用及绿色发展趋势. 当代化工研究. 2022(11): 75-78 . 百度学术
28. 胡进科，罗霄，袁明进，罗跃，卢福伟，刘媛. 钻井液用超支化聚醚胺抑制剂的制备与性能评价. 油田化学. 2022(02): 191-196+227 . 百度学术
29. 张冬明. 松辽盆地中上部水敏性地层高密度油基钻井液研究. 西部探矿工程. 2022(07): 83-87 . 百度学术
30. 李子钰，于培志. 低粘切高密度油基钻井液体系. 矿产勘查. 2022(05): 654-661 . 百度学术
31. 吴若宁，孙枝青，艾先婷，张金元，杨艳，刘云，贺康. 微锰矿粉与重晶石加重油基钻井液差异性分析. 辽宁石油化工大学学报. 2022(04): 37-41 . 百度学术
32. 路保平. 中国石化石油工程技术新进展与发展建议. 石油钻探技术. 2021(01): 1-10 . 本站查看
33. 明玉广，王传富，蓝强，李卉，刘振东，吕树泉. 成品油管道定向穿越通明海峡泥浆性能控制技术. 油气储运. 2021(04): 431-437 . 百度学术
34. 张中平. 浅议泡沫完井液在负压射孔中的应用前景. 中国石油和化工标准与质量. 2021(11): 93-94 . 百度学术
35. 张立新，刘瑞. 高密度油基钻井液在阳101H3-6井长水平段的应用. 钻探工程. 2021(07): 79-83 . 百度学术
36. 高伟，李银婷，余福春，李双贵，毛惠. 抗超高温水基钻井液用聚合物降滤失剂的研制. 钻井液与完井液. 2021(02): 146-151+157 . 百度学术
37. 王立双，杨枝，马广军. 抗高温钻井液技术专利分析研究. 中国发明与专利. 2021(08): 43-50 . 百度学术
38. 汪海阁，黄洪春，毕文欣，纪国栋，周波，卓鲁斌. 深井超深井油气钻井技术进展与展望. 天然气工业. 2021(08): 163-177 . 百度学术
39. 张天翔，刘富，李兵，何朋勃，刘蒙蒙，易思琦. 准南煤田乌鲁木齐矿区煤层气钻井液技术研究. 能源化工. 2021(04): 44-49 . 百度学术
40. 赵远远，周书胜，严锐，可点，邓亚慧. 国内抗高温乳化剂研究进展与应用. 辽宁化工. 2021(11): 1715-1717 . 百度学术
41. 张正华，王波，慈浩然，黄建兵，谭勇，耿继东. CNPC-IDS旋转导向系统钻井液应用分析. 石油化工应用. 2021(12): 65-69 . 百度学术
42. 王建华，闫丽丽，谢盛，张家旗，杨海军. 塔里木油田库车山前高压盐水层油基钻井液技术. 石油钻探技术. 2020(02): 29-33 . 本站查看
43. 丁士东，赵向阳. 中国石化重点探区钻井完井技术新进展与发展建议. 石油钻探技术. 2020(04): 11-20 . 本站查看
44. 顾雪凡，王棚，高龙，陈刚，张洁. 我国天然高分子基钻井液体系研究进展. 西安石油大学学报(自然科学版). 2020(05): 83-91 . 百度学术
45. 项营，王玺，蒋官澄，邓正强，李万军，叶禹，周海秋. 反相乳液聚合法合成凝胶微球及其封堵性能评价. 钻井液与完井液. 2020(03): 275-281 . 百度学术
46. 唐梦，苟绍华，李沁周，文科. 封堵型降滤失剂PAAM的合成及性能研究. 应用化工. 2020(10): 2522-2526+2532 . 百度学术
47. 张雄，余进，毛俊，刘祖磊. 准噶尔盆地玛东油田水平井高性能油基钻井液技术. 石油钻探技术. 2020(06): 21-27 . 本站查看
48. 杨世鑫. 永301井井壁稳定钻井液技术. 精细石油化工进展. 2020(06): 11-15 . 百度学术
49. 曹世平，吴申堯，曾家新，景岷嘉，张亚萍. BK910油基钻井液用堵漏剂的评价及应用. 钻采工艺. 2020(06): 97-99+12 . 百度学术
50. 翟科军，蓝强，高伟，郑成胜，赵怀珍. 低活度高钙聚胺钻井液在准北101井的应用. 钻井液与完井液. 2020(04): 444-449 . 百度学术
51. 庄庆佐，田玉芹，罗跃，罗霄，辛爱渊，唐延彦，刘伟伟. 钻井液用MOF衍生物封堵-抑制剂的制备与性能. 油田化学. 2020(04): 575-580 . 百度学术
52. 唐玲娟，刘超，吴伟林，王敏，刘浩兵，卢福伟. 油基钻井液天然岩沥青降滤失剂的环保性能. 钻井液与完井液. 2019(06): 706-710 . 百度学术
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