复杂地层钻井液适应性评价及配方优化研究

摘要：复杂地层钻井面临超深、超高温、超高压、岩性多变等挑战，钻井液的适应性评价与配方优化是保障安全高效钻进的核心。本文系统梳理了高温高压、水敏性、盐膏层、破碎性地层等典型复杂地层对钻井液性能的要求，提出基于封堵、抑制、抗污染能力的适应性评价框架，并总结出以抗高温处理剂、多尺度封堵材料、环保型润滑剂为核心的配方优化策略。

关键词：复杂地层；钻井液；适应性评价；配方优化；封堵防塌

0 引言

随着油气勘探向深层、超深层及非常规领域拓展，复杂地层钻井作业占比显著增加。塔里木盆地寒武系地层、中东沙特地区盐膏层、页岩油水平井等典型复杂地层存在井壁失稳、高温降解、盐污染、漏失等问题，对钻井液的抑制性、封堵性、抗温性提出更高要求。传统水基钻井液难以满足需求，亟需建立针对性地层特性的适应性评价体系与配方优化方法，以降低井下复杂事故风险，提升机械钻速[1]。

1 复杂地层钻井液适应性评价

1.1 高温高压地层

在超深井环境中，如塔里木盆地寒武系地层，钻井液必须应对200℃以上的高温及极端压力，因此其热稳定性和流变性控制能力成为关键评价指标。首先，钻井液的抗高温降解能力至关重要，磺化处理剂（如SMDP-2）能够有效维持滤失量稳定，保证钻井液在高温条件下的性能。此外，多级封堵材料（如纳米碳酸钙和荞麦皮）应根据地层孔隙的尺度进行匹配，以实现高压封堵性。最后，抗高温润滑剂（如SMJH-1）能够有效降低摩擦阻力，从而优化润滑性能，进一步提升钻井效率和安全性。

1.2 水敏性地层

在页岩油层或砂泥岩互层等水敏性地层中，钻井液的适应性评价需重点关注抑制性、封堵效率和滤失控制[2]。钾基或铵基抑制剂（如NH4-HPAN）能有效抑制黏土矿物如高岭石、伊利石的水化反应，防止井壁坍塌。为了增强封堵效果，超细碳酸钙与聚合物复配材料可有效封闭微裂缝，防止钻井液的泄漏。此外，钻井液的API滤失量应控制在5 mL以下，以减少液相的侵入，确保井壁稳定。

1.3 盐膏层与漏失地层

对于类似中东地区的盐膏层或白云岩漏失层，钻井液则需要具备出色的抗污染性与堵漏能力。在抗盐膏污染方面，饱和盐水体系结合抗钙处理剂（如PAC-UL）能有效维持钻井液的流变性，防止其被盐膏污染。为了应对漏失问题，随钻堵漏剂（如LCM、核桃壳）能够根据漏失通道的尺寸进行精确匹配，从而达到封堵目的。同时，合理的密度设计是控制防塌和防漏的关键，钻井液的密度必须在适当的范围内，以防止井壁的崩塌或漏失发生。

2 复杂地层钻井液配方优化建议

2.1 高温高压地层配方

在高温高压地层的钻井作业中，钻井液配方的核心应包括抗高温降滤失剂（如SMDP-2）、磺化树脂和纳米封堵材料。这些处理剂能够在200℃以上的高温环境下，维持钻井液的流变性和封堵性能，确保钻井液的稳定性。推荐的配方示例是膨润土基浆体系，配合抗盐聚合物、多尺度封堵剂和高温润滑剂的复合应用，这种配方能够有效应对极端温度条件下的挑战，保证钻井过程中的高效作业和井壁稳定。

2.2 水敏性地层配方

对于水敏性地层，如页岩油层或砂泥岩互层，钻井液配方优化应重点关注钾基抑制剂（如KCl）、阳离子聚合物（如HV-CMC）以及纳米级封堵剂的应用。这些成分能够有效抑制黏土矿物的水化膨胀，防止井壁坍塌，并提供良好的封堵效果。在优化方向上，强化抑制与封堵的协同作用至关重要。举例来说，在吴起页岩油的配方中，复配超细碳酸钙与纳米材料，有助于显著提高封堵效果，并可以有效降低液相侵入，从而增强井壁的稳定性。

2.3 盐膏层与漏失层配方

在处理盐膏层或漏失地层时，钻井液配方推荐选择高浓度膨润土-聚合物体系或KCl-PHPA不分散体系。前者适用于流沙层，后者则能有效应对石膏层等特殊地层。在堵漏策略方面，随钻堵漏剂（如LCM、核桃壳）应根据漏失通道的尺寸进行精确匹配，以确保高效封堵。此外，结合清水盲钻技术应用于完全漏失层，能够在钻井过程中有效地防止漏失并稳定井壁，保证钻井作业的安全进行。

2.4 特殊井型适配优化

对于特殊井型的钻井作业，如水平井和小井眼钻井，钻井液配方应针对其特点进行专门配方优化。在水平井作业中，配方需要增强悬浮携岩能力，如使用XC聚合物，并降低固相含量（小于5%）以减少固相对钻井液流变性的影响。对于小井眼钻井，则应采用无固相钻井液，并配合剪切稀释型流变调节剂，以确保钻井液在低流速下具有良好的流变性能，从而有效提升钻井作业的效率和稳定性。

3 结束语

复杂地层钻井液技术需以“地层-流体-应力”多因素耦合分析为基础，针对性优化封堵、抑制与抗污染性能。未来发展方向包括：智能化钻井液动态调控、环保型生物基处理剂研发、极端条件（如250℃以上）配方创新等。通过持续的技术迭代与现场验证，钻井液将更高效服务于深地、深海及非常规资源开发。

参考文献：

[1]唐弘程.海上油田复杂地层钻井液技术的应用[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2024， 44 （09）： 163-164+168.

[2]孙金声， 王韧， 龙一夫. 我国钻井液技术难题、新进展及发展建议[J]. 钻井液与完井液， 2024， 41 （01）： 1-30.