雷祖猛 司西强

国内烷基糖苷钻井液研究及应用现状*

雷祖猛 司西强

（中国石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院）

通过对烷基糖苷钻井液在我国的研究及现场应用状况进行分析，将其发展过程分为三个阶段：MEG钻井液、改性MEG钻井液和烷基糖苷衍生物钻井液。通过对不同阶段糖苷类产品自身特点、在钻井液中的功能以及该类产品为主剂的钻井液的研究和现场应用进行了分析，钻井液中产品加量从最初的10%~30%液体MEG降低至0.5%~2%的NAPG，同时对该类产品的发展趋势进行了展望，提出了开展环境友好的CAPG类油基钻井液和NAPG高性能水基钻井液的研究和现场应用，是解决强水敏性泥页岩及含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平井钻井的发展方向。参32

烷基糖苷钻井液阳离子

烷基糖苷（APG）是一类新型绿色表面活性剂，应用前景广阔。主要应用于日化产品、纺织、皮革助剂、造纸助剂等多个行业。20世纪90年代初，由于传统油基钻井液在解决强水敏性泥页岩及含泥岩等易坍塌地层时存在成本高、环境污染等问题，寻求具有油基钻井液性能的环境友好型高性能水基钻井液变得日益迫切。烷基糖苷逐渐被人们认识并应用于钻井液中，烷基糖苷钻井液从引入我国到现在已有20余年，其发展大致可分为三个阶段：MEG钻井液、改性MEG钻井液和烷基糖苷衍生物钻井液阶段。

1 烷基糖苷钻井液

最早将烷基糖苷应用于钻井液的报道是1994年2月在美国达拉斯召开的IADCSPE钻井工程会议上，研究成果引起了与会者的广泛关注。国内石油大学（北京）和石油大学（华东）及其他研究机构从1996年开始，相继开展了相关研究。最先应用于钻井液的烷基糖苷是甲基葡萄糖苷（MEG），甲基葡萄糖苷是一种具有环状结构和四个羟基的多元醇。石油大学（北京）张琰等[1-5]通过粒度、表面张力和抑制性首先研究了MEG钻井液的储层保护性能，介绍了MEG钻井液良好的抑制和润滑性能，并首次理论分析了MEG能在井壁形成一层吸附膜，液体MEG加量为15%。在室内研究的基础上，与新疆石油管理局合作，于1999年在新疆准噶尔盆地沙南油田沙113井进行了MEG钻井液的国内首次现场试验，试验结果表明，该钻井液具有优良的抑制性、储层保护作用及独特的造壁护壁作用，解决了强水敏地层井壁垮塌问题，井径规则，电测取心一次成功，平均机械钻速为9.41 m/h，比邻井提高47.8%。

随着MEG钻井液在新疆的首次成功试验，其他油田也开始了MEG钻井液的研究和现场试验。大庆油田的MEG钻井液体系在大庆中71-斜230井进行了现场试验，试验结果表明：MGE钻井液具有较好的流变性,钻井过程中无阻卡现象。现场应用中MEG在体系中的加量达到20%后，钻井液的润滑防卡效果明显［6］。

胜利油田MEG钻井液先后在郑王庄、草104、胜坨、盐100等区块推广应用，每年推广上百口井，效果显著、井径规则、油层保护效果好。应用该技术的郑364井中途测试表皮系数为-2；郑369井中途测试表皮系数为0，日产原油21 t；郑607-平6井水平段长达716 m，井下稳定，试油日产油量为52 t，是邻井的3倍。说明该体系较好地满足了现场对储层保护要求。现场应用中MEG在体系中的加量为10%~30%的液体MEG[7~9]。

中原油田烷基糖苷（APG）钻井液2011年在水平井卫383-平1井现场应用结果表明，烷基糖苷钻井液润滑性能优良，实钻过程中平均钻进摩阻为3~4 t，起下钻摩阻为6~8 t，抑制效果明显，返出钻屑棱角分明，现场烷基糖苷加量为10%~15%[10]。

2 改性MEG钻井液

随着对MEG钻井液现场应用和研究的深入，2005年以后，人们对MEG钻井液又有了新的认识，石油大学（北京）丁彤伟等[11]研究表明，MEG钻井液主要是通过成膜作用、渗透及去水化作用稳定页岩，具有较好的抑制性、润滑性和储层保护特性，钻井液性能稳定，在钻井液中浓度达到一定范围时，能在页岩表面形成半透膜，诱使页岩内的吸附水渗出。

石油大学（东营）吕开河等[12]对MEG防塌及改善钻井液流型的作用机理进行了分析。结果表明，MEG抑制泥页岩水化膨胀、分散的作用较弱，25% MEG的溶液膨润土膨胀抑制率仅为10.55%，但能大幅度提高泥页岩的膜效率且能有效降低钻井液的水活度，上述溶液使泥页岩膜效率提高率达202%，MEG单独或与盐复配使用可将水活度降到0.85以下，通过渗透作用降低钻井液向地层滤失是MEG的主要防塌机理。

中原油田雷祖猛等[13-14]研究发现，MEG在黏土表面吸附，达到一定浓度后形成半透膜，对MEG的成膜规律进行了探索，MEG在泥页岩表面的膜效率同MEG浓度、浸泡时间有关系，MEG浓度越高、膜效率越高，随着浸泡时间延长，膜效率降低。MEG通过在黏土表面吸附成膜抑制黏土水化和提高膜效率维持了井壁的稳定，MEG加量达到40%后效果明显。

针对液体MEG在现场应用中加量大，抑制性不足的问题，付国都等[15]通过对MEG进行改性复配，研发了钻井液用甲基葡萄糖甙固体，该产品为部分水溶的固体混合物，部分油田开始尝试由液体的MEG转而使用改性后的钻井液用甲基葡萄糖甙产品，加量也从之前的10%~30%液体降低为3%~12%的固体，在提高抑制性的同时，大大降低了成本。以钻井液用甲基葡萄糖甙固体为主剂的改性MEG钻井液在国内各油田开始了新一轮的应用。

吐哈油田[16]的改性MEG钻井液在4口小井眼侧钻井试验结果表明：应用井无阻卡现象，平均钻井周期缩短了7.2 d，在未混原油的情况下钻井液润滑系数比乳化原油(15%～20%)钻井液降低了34.6%，其中温5-41C井日产油14.4 t，同比温五区块平均产量提高了128.4%，神218C井是神229区块目前唯一的自喷井。在现场应用中，固体MEG在体系中的加量为5%~7%。

大港油田[17]的改性MEG钻井液解决了润滑、携岩、井壁不稳和储层保护的问题，无荧光、具有良好的抗盐和井壁稳定能力，滨26-X1井目的层平均井径扩大率为12.09%，临井滨25-X2井在相同井段的平均井径扩大率为22.74%，润滑防卡效果明显，钻井液润滑系数始终维持在0.06以下，现场应用中固体MEG在体系中的加量为5%~7%。

中海油服[18]的改性MEG超低渗透钻井液解决了月东、仙鹤作业区块作为为鱼虾养殖区和国家湿地保护区的环保问题，泥饼摩擦系数始终维持在0.1以下，保证了8次取心作业的圆满完成及多项目测井作业的一次成功，下套管一次到位。该体系环保性能优异，在作业其间没有对周围捕捞区带来任何环保问题。现场应用中固体MEG在体系中的加量为7%。

中国石油川庆钻探工程公司[19]的改性MEG钻井液在剑门1井深井进行了成功应用，解决了深井超长小井眼段的抗温、润滑防卡、膏盐及盐水污染、压差卡钻等复杂问题。该井钻至井深7009 m完钻，创造了中国超深井小井眼段长2005.43 m的记录，钻井液最高密度为1.86 g/cm3，泥饼摩擦系数小于0.07，起钻时的最大摩阻小于5 t，说明钻井液具有较好的润滑性能。现场应用中，固体MEG在体系中的加量为7%。

中国石化西南油气分公司[20-22]的改性MEG钻井液为：在针对川西地区中浅层水平井钻进过程中存在的水平井段长、易卡阻、泥岩和砂岩交错导致井壁失稳且成本偏高等问题研发的聚胺仿油基钻井液中，甲基葡萄糖甙(MEG)作为润滑剂和降滤失剂应用，兼具辅助抑制功能，现场应用中固体MEG在体系中的加量为3%~12%。

青海油田[23~25]的改性MEG钻井液分别在昆北、英东进行现场应用，体系维护简单，流变性能稳定、滤失量低、润滑性能优良、无阻卡现象，通过推广MEG等配套适用技术，创造了昆北水平井速度最快纪录。切12H10-11井井深2395 m，钻井周期13.1 d，完井周期15.42 d，机械钻速15.9 m/h。现场应用中MEG在体系中的加量为2%~5%。

3 烷基糖苷衍生物钻井液

针对MEG钻井液在应用中加量大、成本高、在泥页岩地层抑制性不足的问题，国内开展了大量的烷基糖苷衍生物的合成研究，但大多未能开展现场应用，直至2011年，中原石油工程公司通过分子设计和合成设计，研制了阳离子烷基糖（CAPG）和聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）等烷基糖苷衍生物产品，其中CAPG和NAPG已经规模化生产并在现场进行了大规模的应用。

3.1 CAPG钻井液[26~31]

通过在烷基糖苷分子上引入合适的季铵阳离子基团，中原石油工程公司首次合成了阳离子烷基糖苷（CAPG），同烷基糖苷相比性能更优，CAPG加量显著降低的同时具有烷基糖苷的润滑性和季铵盐的抑制性。以加量2%~5%的CAPG为抑制剂在室内初步形成了CAPG钻井液，该体系岩屑一次回收率99.15%，可抗温160℃，静动态渗透率恢复值均大于90%。2011年以来，已在现场应用30余口井。

CAPG钻井液在陕北靖南72-13H1井应用结果表明：CAPG钻井液抑制性强，由于天气原因裸眼浸泡44 d后，井壁稳定，起下钻正常，起下钻和拉井壁平均摩阻为6~8 t；平均机械钻速为9.71 m/h，而邻井靖南70-6H1井水平段同等岩性和相同工程措施平均机械钻速仅为5.63 m/h，大大提高了机械钻速。

CAPG钻井液在中原小井眼侧钻井应用结果表明：CAPG钻井液抑制性能优异，井径扩大率明显降低，显著提高了井壁稳定，文209-侧7井应用井段平均井径扩大率比邻井文209~27 h降低44.63%，由20.59%降低至11.40%；摩阻低，平均摩阻为6~8 t；平均钻时为7.8 min/m，而邻井文209-72h钻时为10.56 min/m，机械钻速显著提高。

3.2 NAPG钻井液[32]

中原石油工程公司通过分子设计，合成了聚醚胺基烷基糖苷产品，把聚醚胺和烷基糖苷两者作为一个聚醚胺基烷基糖苷分子上的两个不同的结构单元，实现了钻井液稳定性和抑制性两种性能的和谐统一，达到既不会破坏钻井液稳定性能，又能满足强抑制性能的目的。通过室内研究，已初步形成抑制强、润滑好、无毒环保的聚醚胺基烷基糖苷钻井液，该体系岩屑一次回收率97.05%，极压润滑系数小于0.05，静动态渗透率恢复值均大于90%，HTHP滤失量小于10 mL。

由于NAPG产品同现场钻井液配伍性好，2013年以来，该产品已作为强抑制剂在新疆塔中地区顺南6井、策勒1井等10余口井进行现场试验，表现出突出的预防井壁坍塌及井壁坍塌后的现场补救能力。NAPG产品在顺南6井现场应用结果显示，钻井液中加入NAPG后，掉块显著降低，该井平均井径扩大率为3.92%，而邻井顺南1井则为17.3%，井壁稳定效果突出。

4 结论及建议

（1）MEG钻井液润滑性好，有一定的井壁稳定能力，环保和储层保护效果突出，但同时也存在MEG抑制性能不足、加量大、成本高的问题，目前现场已很少单独使用。

（2）改性MEG钻井液抑制性较好，同时加量小、成本较低，目前仍在部分油田大规模使用，但改性MEG为改性复配混合物固体，同时具有抑制和降滤失的作用，不利于根据需要对钻井液抑制性和滤失量分别进行灵活调节。

（3）CAPG钻井液润滑好，抑制性作用突出，CAPG在钻井液中加量小、成本低，加量为2%~5%即可达到较强的抑制效果；NAPG钻井液抑制性能得到进一步加强，NAPG在钻井液中加量仅为0.5%~2%即可达到强抑制效果，同时NAPG同钻井液其他处理剂的配伍性较CAPG更优，加入至常规钻井液体系中可显著提高钻井液抑制性，同时钻井液其他性能无明显变化。

（4）目前利用CAPG的润滑性和抑制性，正在开展以高浓度CAPG为主剂的类油基钻井液体系研究，同时利用NAPG的强抑制性，开展高性能水基钻井液体系研究，并企望最终形成环境友好的CAPG类油基钻井液和NAPG高性能水基钻井液，以满足强水敏性泥页岩及含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平井钻井的需要。解决目前使用油基钻井液带来的环境问题，产生较好的经济效益和社会效益。

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（修改回稿日期2016-01-14编辑景岷雪）

中国博士后科学基金（2011M501194）“钻井液用糖苷季铵盐的合成及其抑制机理研究”、（2012T50641）“钻井液用两性甲基葡萄糖苷的合成及其作用机理”；中国石化先导项目（SG12035）“水平井烷基糖苷无土相钻井液技术”；中国石化石油工程公司项目（SG1302-03K）“钻井液用聚醚胺基烷基糖苷研制与应用”；中原石油工程公司推广项目（2014212）阳离子烷基糖钻井液的推广应用联合资助。

雷祖猛，男，1983年出生，硕士，工程师；主要从事钻井液体系及处理剂的研发工作。地址：（457001）河南省濮阳市中原路462号。电话：13839335744。E-mail：zyytleizm@163.com