孙晨 (中海油田服务股份有限公司油田化学事业部上海作业公司，上海 200335)

0 引言

随着工业化的发展，环境污染日益加剧。为减少在钻井过程中造成的环境污染，提升钻井效率，高性能水基钻井液技术应运而生。相较于油基钻井液技术，水基钻井液技术可以解决钻井过程中的污染问题，提高工作效率，降低钻井成本，是一种高效环保的钻井液技术。长期以来，钻井作业工作在钻井液的使用方面主要采用油基钻井液和其他混合基钻井液，为了保护环境和提升工作效率，推广水基钻井液技术尤为必要。

1 高性能水基钻井液简介

水基钻井液的组成主要包括以下成分：（1）水、淡水或者盐水皆可；（2）膨润土，主要起到提升钻井液粘度降低滤失量的作用；（3）钻井液处理剂，主要用于调节钻井液性能，主要包括降滤失剂和降黏剂等；（4）加重材料，用于提高钻井液密度，在遇到高压情况下用于平衡底层压力。高性能水基钻井液在传统水基钻井液的基础上运用新技术进行了优化改善，经过科研人员的探索努力，对钻井液的处理剂、抑制剂等方面进行了改善，使得高性能水基钻井液各方面性能都得到了提升。首先，减少包泥现象。钻井机械一般转速较快，传统的水基钻井液技术，钻头很容易出现包泥现象，严重影响钻井的速度。而高性能水基钻井液中一般会添加大量的除泥剂，从而提升机械工作效率[1]。其次，提高循环效率。钻井系统是一个循环系统，钻井液从泥浆罐进入到泥浆泵中经过管道进入钻杆和钻头，最后从进口流出，起到清洗作用。其循环过程中会形成大量的钻屑，这些钻屑会影响钻井液的性能，不及时清除会造成钻井事故。高性能的水基钻井液会添加大量的处理剂，从而降低钻屑含量，提升钻井液循环利用效率，降低成本。再次，稳定地层和井壁。钻井过程会对地下土质结构造成破坏，如何平衡地层压力和稳定井壁，是钻井液的重要衡量标准。高性能水基钻井液具有良好的滤失造壁性能和抑制作用，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度，防止发生井喷和井踏事故，提升钻井作业的安全性能。最后，绿色环保。钻井作业会产生大量的废弃物，传统的钻井液都会对环境造成影响。而高性能水基钻井液，采用的材料比较环保，对环境污染较小，产生的废弃物和钻屑也可以进行无害化处理，不会对环境造成二次污染。

2 高性能水基钻井液技术进展

2.1 胺基聚合物的应用

为了响应保护环境的号召和降低钻井行业成本，钻井液研究人员一直在不断进行各种实验，以寻找一种优秀的提升钻井液性能的元素。在不断测试中，人们发现了胺基聚醇的实际效应，并采用胺基聚醇制成了高效的胺基聚醇制剂，用胺基聚醇做抑制剂的高性能水基钻井液可以有效地减少钻头包泥现象，同时胺基聚醇对环境污染较小，可以有效地保护环境。胺基聚醇做抑制剂制成的高性能水基钻井液，可以有效地抑制粘土膨胀，减少钻井压力，稳定井壁，防止矿井坍塌[2]。此外，用胺基聚醇制成的高性能水基钻井液在防钙化和抗盐蚀方面有着巨大的优势，在海底油气开发的过程中可以很好地保护钻井设备，降低维护成本。胺基聚醇在水基钻井液中的广泛应用，很好地提升了钻井液性能，为油气开采工作带来了巨大便利。

2.2 铝基聚合物的应用

近年来，铝基抑制剂在高性能水基钻井液的运用研究方面获得了较大进展。铝基抑制剂，是由羟基酸和铝联合制成的具有强抑制作用的制剂，在一定的温度、压力和适当的pH值环境下可以与矿井中的元素结合形成防护层，防止井下液体渗入，可以起到降低矿井内壁压力，稳定土层结构的作用。铝基抑制剂具有很好的吸附作用，可以减少钻头被粘土包覆的可能性，减少钻头包泥现象，提升钻头转速，提高钻井工作效率。钻井过程会产生大量的矿屑，为后续处理工作带来巨大压力，处理得不好还会危害环境。铝基聚合物在矿屑回收方面具有较好实际表现，可以更好地服务后期矿屑回收工作。

2.3 糖基聚合物的应用

糖基聚合物在自然界中广泛存在，拥有来源广泛、获取便捷的特点，受到了相关研究学者的重视。糖基聚合物安全无害，具有很好的吸附性和可降解性，很好地满足了绿色环保的钻井液发展需要。糖基聚合物制成的高性能水基钻井液，吸附性较好，可以很好地凝聚矿屑和废渣，保护钻井设备，防止钻机损坏[3]。糖基聚合物在黏稠性方面有不错的优势，可以起到调节钻井液黏稠度，降低滤失率等作用，能够较好地平稳土层，维持井壁内外压力，稳定矿机工作环境，减少土层崩裂，矿井坍塌等现象的发生。

3 高性能水基钻井液技术的应用状况

3.1 在深层矿井中的运用

随着矿藏的开发和利用，矿井深度会逐渐提升，在矿产资源开发的后期，矿井一般会向下延伸数千米。随着深度的增加，矿机所面临的挑战也逐渐增强，往往会出现卡和包泥现象，矿机设备容易出现钙化和腐蚀现象，容易造成矿机损坏和矿井坍塌。高性能的水基钻井液中含有有效的抑制剂和封堵剂，可以有效地保障矿机稳定工作，维持土层稳定。

3.2 在不同岩质矿井的运用

地质环境是影响矿产开采的重要因素，其中岩质对于矿产开采具有很大的影响，不同岩质的矿藏，其对开采方式和矿机的要求也是不同的。遇到硬脆性质的岩层，其开采难度会大大提升，也对安全工作带来了巨大考验，稍有不慎便会发生移位和坍塌现象，造成巨大损失。使用高性能水基钻井液可以很好地改善这一问题，高性能水基钻井液利用其抑制性和土层稳定性，维持矿井内外压力保持井壁稳定。对于细微的岩石间裂隙，高性能水基钻井液可以起到很好的填充和修复作用，防止裂缝扩大。

3.3 海上钻井平台的运用

海洋中蕴涵了大量的油气资源，是获取能源的重要途径之一。海上钻井平台是获取海洋油气资源的主要方式。海洋海底环境复杂，水文多变，对钻井技术有着较高的要求，对钻井设备抗腐蚀性和稳定性都有着较高的要求。高性能水基钻井液可以很好地提升钻机稳定性，提高设备抗海水腐蚀的能力，提高海洋油气资源开采的效率。

4 高性能水基钻井液技术的未来展望

4.1 明确发展方向

我国矿产资源大多分布在西部地区，开采环境恶劣，地质环境复杂，对开采技术的要求较高。为适应我国复杂的矿藏情况，满足高强度的开采作业需求,高性能水基钻井液可以很好地改善提升矿机工作环境，提升地下稳定性。针对我国实际情况，高性能水基钻井液要在以下方面进行加强和提升：（1）提高抗高温性能，矿机作业由于高速摩擦，会产生高温环境，钻井液要起到冷却温度的作用，加强抗高温材料和降温剂的研发利用，才能维护好设备稳定，提升使用效率；（2）提升稳定性，水基钻井液虽然具有较好的环保效果，成本也较低，但是其稳定性稍显不足，未来的研究方向要向提升其稳定性倾斜[4]；（3）提升环保性，环保性是水基钻井液的主要优势，在未来发展的过程中，一定要继续强化其环保性能，多采用无害化和可降解材料制造。

4.2 营造良好的科研氛围

随着社会经济的发展，能源需求逐步提升，保障能源安全是维护国家安全和地区稳定的重要手段。高性能水基钻井液技术是未来钻井液发展的主要方向，也是提升我国能源开发工作的重要手段。高性能水基钻井处理液虽然相较于油基钻井处理液具有较好的环保性能，但是在稳定性和回收率上表现较差，要加强这些方面的研究和学习。作为相关领域的研究者要目标长远，脚踏实地，广泛地学习研究相关知识，努力提升自己的科研水平，以期创造出更好地高性能水机钻井处理液。企业要加大投入，提升科研人员福利待遇和工资水平，提供更好的科研环境，为科研人员创造好的研究环境。对取得的成果，在经过试验后积极地运用到实际生产中去，逐渐转化成能够促进矿产开采的先进技术。国家要鼓励科技创新，完善专利保护的相关法律，维护科研成果，营造良好的学术和科研环境。在高校开设相关的课程，鼓励学生进行相关研究，为高性能水基钻井液研究领域培养人才。

4.3 加强国内外交流

能源安全问题是人类共同面临的问题，需要各国通力合作，共同努力。随着全球各地矿产资源的开发逐渐深入 ,钻井作业的难度和开采成本都是亟待解决的问题。高性能水基钻井液技术可以很好地提升能源开发能力，提升能源安全,是未来钻井液产业主要的发展方向。在高性能水基钻井液技术方面，国内企业在提升自己科研能力和生产能力的同时，要积极沟通合作，相互分享研究经验和生产经验，提升高性能水基钻井液在实际矿产开采工作中的作用。国外关于高性能水基钻井液的研究具有起步早、成果多等特点，具有较高的科研和生产水平，在钻井液的抑制剂、润滑剂和封堵剂方面具有领先地位。政府机构要积极举办相关交流活动，加强国际合作，提升交流水平，提升高性能水基钻井处理液的研发和生产水平。积极培养和引入人才，为科研人员提供更多的学习交流机会，让他们可以接触到国内外先进的高性能水基钻井液知识，做好未来的人才储备。

5 结语

随着工业化的发展，环境保护问题日益凸显，单纯地追求经济利益的时代已经一去不复返了。高性能水基钻井液具有绿色环保的特点，它的诞生代替了传统的钻井液，是钻井液发展的主要方向。未来高性能水基钻井液要在提升稳定性的基础上继续保持其环保特色，努力为我国钻井液发展进步做贡献。