孙金声，蒋官澄：钻井工程“血液”——钻完井液技术的发展现状与趋势

浏览：作者：前瞻科技杂志来源：前瞻科技杂志时间：2023-07-12 分类：行业资讯

文章摘要

系统梳理了深层、深水、非常规等复杂油气钻探中面临的钻完井液技术难题，结合关键科学问题及其研究进展，对深层、深水、非常规等复杂油气钻完井液技术未来的发展方向给出了建议。针对复杂油气钻井过程中遭遇的高温高压高盐、储层损害、流变性能差、水合物堵塞及井壁失稳等问题，国内外学者研发了抗高温环保型、抗高温高盐高密度型及液体套管型钻完井液技术。但随着钻探的地层情况越来越复杂，还存在钻完井液材料抗高温能力不足、环保性能差及井漏与储层损害严重的问题。为满足复杂油气钻探过程中钻完井液性能需求，未来还需深入研究钻完井液处理剂作用机制，建立安全高效的钻完井液多功能一体化调控方法，构建智能钻完井液理论与技术，为复杂油气资源开发提供技术保障。

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根据美国能源信息署最新预测，石油和天然气在2050年前世界能源消耗量中仍居于首位，在未来相当长的时间内油气仍然是经济社会发展不可替代的主要能源。全球范围内深层油气资源勘探已开展了大量研究，世界新增油气储量60%来自深层，中国83%深层油气有待探明和开发，向“地下珠峰”进军获取油气资源是保障国家能源安全的重大战略任务。据美国地质调查局和国际能源署（International Energy Agency, IEA）预测，深水油气资源的产量规模超过10¹¹桶，是未来海洋油气增产的重要来源。中国南海主要沉积盆地石油地质资源占中国油气总资源量的1/3，其中70%蕴藏于153.7×10⁴ km²的深水区域。新时代，中国国民经济高速发展，石油和天然气消费需求逐年增长，油气供应对外依存度仍居高位，2022年，中国原油对外依存度达71.2%，远高于国际石油安全警戒线，天然气对外依存度为40.2%，严重影响中国能源安全，迫切需要提升油气自给能力。中国油气资源勘探开发逐步向深层、深水、非常规等复杂油气进军，且复杂油气已成为中国乃至全球重要接替能源，但是特深井特深水条件下安全性和高效性仍需要进一步提升，同时也存在井底超高温高压、大温差、地层岩性复杂多变、非均质性强、安全密度窗口窄、井壁失稳严重等问题。

目前，中国钻探深度已迈上9000 m新台阶，并向10000 m迈进，13000 m的大陆科学探井也已提上日程。据悉，中国石油西南油气田已在四川省广元市部署一口万米科学探井，预计2023年开钻。中国石油西南油气田蓬莱气区蓬深6井的顺利完钻刷新了亚洲最深直井纪录，井深最深达到9026 m，堪称“地下珠峰”。中国工程院院士罗平亚认为，刷新亚洲最深直井纪录，说明中国深井钻井的整体水平进一步提升，标志着中国钻井装备和钻井技术在亚洲居于领先地位，总体达到世界先进水平。同时，由中海油田服务公司研发的深水恒流变合成基钻完井液技术，其恒流变温度范围指标已经位于国际水平前列，分别突破最低3 ℃和最高180 ℃的极限温度，为进一步开发更高难度的深水深层等复杂油气资源提供了坚实的技术保障。

同时，孙金声院士团队承担了2019年国家自然科学基金重大项目——井筒工作液与天然气水合物储层作用机制和调控方法，聚焦南海天然气水合物复杂结构井成井难题，开展井筒工作液与储层间物理化学作用机制研究，研制满足钻井需求的新材料，构建高效井筒工作液体系，建立井筒工作液多功能一体化调控方法，有效解决了南海天然气水合物钻井过程中地层封堵困难、井漏、井涌、储层损害等技术难题，为中国南海天然气水合物安全高效钻井奠定了坚实的理论和技术基础。2022年，孙金声团队依托中国石油大学（华东），并联合南方科技大学、中国石油集团工程技术研究院有限公司共同申报的基础科学中心项目“超深特深层油气钻采流动调控”获国家自然科学基金委员会立项资助，这是中国油气领域首个基础科学中心项目。围绕抗超高温高盐钻采工作液材料、恶性漏失防治、流动调控软件和智能调控技术等“卡脖子”难题与重大技术瓶颈，开展超深特深层油气钻采流动调控基础研究，创新超深特深层油气钻采流动调控理论和方法，引领国际超深特深层油气科学与技术发展。

复杂油气钻探中钻完井液的重要作用及关键科学问题

随着全球能源需求的增加，深层、深水、非常规等复杂油气资源的开发得到了迅猛发展，已成为中国油气增储上产重点突破方向。在钻进过程中，钻完井液面临诸多挑战，如处理剂抗温能力不足，钻完井液流变性难于调控，井眼清洁差，容易引起井壁失稳、井下漏失等钻井风险，以及储层损害难以控制。这些问题给钻井工作带来了诸多困难，同时对钻完井液技术提出了更高的要求。

1.1 钻完井液在复杂油气钻探中的作用

钻完井液是满足钻井工程需要的循环流体，被称为“钻井的血液”，具有携带岩屑、平衡地层压力、稳定井壁、保护储层、传递水功率、润滑和冷却钻头等功能。当前，深层、超深层已经成为中国油气重大发现主阵地，四川盆地的天然气勘探开发也不断向地球深部迈进。对于井底温度在200 ℃以上的井，水基钻完井液的高温稳定性仍然是一个大问题，特别是高密度高盐条件下水基钻完井液的流变性和滤失性难以调控。油基钻完井液在超高温条件下更具有优势，抗温能力可达240 ℃、密度可超过2.6 g/cm³。深层油气储层保护方面的研究较少，目前主要是利用无固相完井液、微锰加重完井液来降低固相的储层损害，或者使用油基/合成基钻完井液降低水敏效应，但仍存在成本高的缺点。深水钻井面临井壁失稳和天然气水合物生成的技术难题，中国深水油气钻完井液技术取得了长足进步。深水水基钻完井液方面，高性能水基钻完井液的恒流变温度范围能够达到150 ℃，也开发了以天然高分子材料为原料的改性助剂，保障了钻完井液体系在具有较好性能的同时兼具良好的环保性能。深水油基/合成基钻完井液方面，自主研发的深水合成基钻完井液技术已位于国际领先水平。

1.2 复杂油气钻探中面临的技术难题与关键科学问题

1.2.1 技术难题

1）深层油气钻遇高温高压地层，缺乏抗超高温高盐的钻完井液材料及体系

深层油气钻探主要存在以下难题：井底超高温、高压、高应力环境；钻探地层岩性与地质构造复杂多变且难以预知；地层流体与地层/储层物化性质多变；储层孔道更致密、非均质性更强；环保性能差；裂缝性地层漏失严重，防漏堵漏材料及体系不完善；缺乏抗超高温材料，难以形成稳定的钻完井液体系。这样导致钻完井液的设计盲目性大，致使井漏、井塌、卡钻、携岩、井喷等钻井风险频发且严峻，储层损害严重，甚至导致井毁人亡的灾难性事故。针对这些难题，目前国内外学者研发了抗高温高盐高密度钻完井液、环保钻完井液、暂堵型保护油气层钻完井液及防漏堵漏技术，并取得了较好的应用效果。

2）深水油气钻探地层承压能力弱，井壁稳定问题突出

深水地层比较复杂，油气钻探过程中除面临与深层油气同样问题外，还有以下难题：泥线温度低而井底温度高，即“冰火两重天”，高低温交替导致钻完井液流变性难以调控；钻遇水合物层、浅层气可能产生气体水合物堵塞管汇；深水区域受到上覆压力偏低，易于垮塌、膨胀和分散，容易引起井壁失稳；井眼清洁差、重晶石沉降、安全密度窗口窄、易出现漏失等钻井风险。针对以上难题，国内外学者研究了高低温作用下钻完井液处理剂性能影响因素、海域天然气水合物相关处理剂及钻完井液体系、深水恒流变钻完井液及储层保护钻完井液体系，均取得了一定的成效。

3）深层深水钻探过程中储层损害严重，亟需形成随钻储层保护技术

在深层深水钻探过程中会发生不同程度的油气层损害，导致产量下降，甚至“枪毙”油气层，研究者先后建立了屏蔽暂堵、精细暂堵、物理化学膜暂堵及仿生暂堵保护油气层钻完井液技术，使保护油气层效果逐步提高。但随着非常规、复杂、超深层、超深水等类型油气层勘探开发力度的加大，现有的保护技术难以满足要求。同时，国际前沿的防塌与堵漏技术难以抑制表面水化、无法封堵纳微米孔缝，更不能通过胶结岩石颗粒而提高储层井壁岩石强度和致密性，诱发储层损害程度加大；以水平井为主且多数储层岩石似“磨刀石”的复杂油气层，摩阻损害大，且目前国内外润滑减阻技术难以在钻具、井壁表面形成平滑面，摩阻高、钻井作业时间长，加剧储层损害。

1.2.2 关键科学问题

1）满足复杂工况的处理剂分子结构设计及其与储层的物理-化学作用

处理剂分子结构是决定处理剂性能的关键，不同分子结构的处理剂在高温高压高盐等复杂工况条件下的空间分布形态及与地层矿物的作用机制不同，极易引发深层及深水钻井过程中井壁失稳、储层损害等问题。因此，亟需研发抗超高温高盐及环境响应型处理剂，揭示其与储层的物理-化学作用机制，构建高性能钻完井液体系及性能调控方法。

2）天然气水合物抑制机制及一体化调控方法

深入研究深水浅层天然气水合物抑制剂与储层间的作用机制，防止出现因水合物堵塞管汇而造成井壁失稳问题，构建钻探天然气水合物的专用钻完井液体系；通过揭示钻完井液与储层间复杂的物理化学作用机制，阐明钻完井液侵入对力学稳定性影响机制，建立深水油气地层钻完井液封堵、防漏堵漏、保护储层及井壁稳定一体化调控方法，保障安全高效钻井。

深层及深水油气钻探钻完井液技术研究进展

2.1 抗高温环保钻完井液体系

随着环境管理法规和环境限制指标的加强，在进行钻井设计时，都将钻井现场的环保作为一项重要指标来考核。《中华人民共和国海洋石油勘探开发环境保护管理条例实施办法》明确规定：“含油量超过10%的水基钻完井液禁止向海中排放；使用油基钻完井液时，钻屑中的含油量超过15%时，禁止排放入海。”虽然目前废弃钻完井液处理技术取得了一定成效，但解决钻完井液环境污染的根本方法还是开展环保型钻完井液技术的研究，从源头控制污染。自20世纪90年代以来，国内外相继开发出了具有环保性能的钻完井液体系。目前，抗高温环保型体系主要有高性能水基类、聚合醇类、烷基糖苷类及合成基类等。

2.1.1 高性能水基类

近年来，为了降低成本、减少环境污染，研发出了一种性能好、成本低的高性能水基钻完井液。高性能水基钻完井液主要由页岩抑制剂、包被剂、分散剂和降滤失剂等组成。国外，以斯伦贝谢公司的HydraGlyde和UltraDrill、贝克休斯公司的PerforMax和Latidrill、哈里伯顿公司的Shall-Drill及Newpark公司的Evolution等高性能环保水基钻完井液体系为代表，这些体系均具有良好的流变性、润滑性及优异的页岩抑制性，能够适用于深水钻井及复杂页岩层钻井，在美国多个区块成功应用。国内，中国石化中原石油工程公司研发了GOF环保高性能水基钻完井液体系，能够有效解决泥页岩层钻井过程中井壁失稳、卡钻、钻速慢等技术难题，安全环保且成本较低。针对四川及云南龙马溪组页岩地层遇水易垮塌，微裂缝、裂缝发育等问题，康圆等、闫丽丽等和孙金声等以改性二氧化硅封堵剂为核心配制了一种疏水强封堵水基钻完井液，该钻完井液的页岩回收率达90.2%，对40~60目砂床渗入深度仅为1.5 cm，具有优异的抑制、封堵、疏水和抗污染能力。此外，该团队还研制了一种强抑制强封堵水基钻完井液体系，经现场应用，电测一次成功，井径规则，平均井径扩大率为5.71%。蒋官澄等基于“封堵、抑制、固化、双疏、润滑”理论，形成了仿生固壁剂、仿生润滑剂及双疏型高性能水基钻完井液。现场试验表明，该钻完井液体系可以降低井底复杂情况，缩短建井周期，满足安全、高效、环保钻井的需要。

2.1.2 聚合醇类

聚合醇钻完井液是以聚合醇为主剂配制的环保型水基钻完井液体系，能够增强钻完井液的抑制性、封堵性和润滑性。20世纪90年代，国外便已经开发了聚乙二醇共聚物（COP/PPG）钻完井液体系。研究表明，聚合醇与氯化钾协同作用，可显著增强体系的抑制性能，针对水敏性地层易出现掉块、垮塌等井壁失稳问题，具有良好的效果。此外，聚合醇钻完井液在海洋深水钻井得到了应用。刘晓栋等研制了抗温200 ℃的聚合醇体系，并在环渤海油田现场应用，该体系EC₅₀（半数效应浓度）大于3×10⁵mg/L，符合一级海区生物毒性排放要求，有效解决了环境敏感性海域高温深井钻探问题。

2.1.3 烷基糖苷类

烷基糖苷钻完井液是一种具有较好的抑制性和润滑性，流变性能稳定，兼具环保性的水基钻完井液，适用于钻大位移井和大斜度井及海洋等环境敏感地区。其中，甲基葡萄糖苷钻完井液最先得到广泛应用，如中国南海地区WZ-6-9油田、大港油田滨26X1井、墨西哥湾Tick钻井平台等。为提高甲基葡萄糖苷钻完井液的抑制性，改性烷基糖苷钻完井液得到发展。赵虎等对烷基糖苷进行阳离子改性，研制了抗温达150 ℃的烷基糖苷钻完井液，成功解决了小河坝组、龙马溪组等页岩地层的井壁失稳问题。此外，通过对烷基糖苷进行磺化改性，也可提高烷基糖苷钻完井液的综合性能。

2.1.4 合成基类

合成基钻完井液是以人工合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并由乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成的钻完井液。合成基钻完井液的环保性能及易于达到恒流变的特点，使其在海洋深水钻井中得到应用。FLAT-PRO合成基钻完井液流变性能稳定、携岩能力强、井眼清洁效果好，在南海东部超深水井荔湾22-1-1井成功应用。中江204H井成功应用了生物质合成基钻完井液，该体系抗温150 ℃，流变性、滤失性、润滑性和抑制性强，且环保风险和废弃物处理成本较低。然而，生物质基钻完井液仍存在一定缺陷。在长期高温和碱性条件下，生物质基钻完井液会发生水解，导致性能变差，维护处理难度增大。

2.2 抗高温高盐高密度钻完井液

2.2.1 磺化/聚磺类

国内抗高温水基钻完井液大致经历了钙处理、磺化和聚磺3个阶段。钙处理钻完井液通过钙离子抑制黏土分散，改善高温条件下的滤失造壁性能和流变性能。20世纪70年代后，由王平金等学者研制的三磺钻完井液使抗温性能大幅提高。三磺材料主要是磺化褐煤（SMC）、磺化酚醛（SMP）和磺化单宁（SMT），抗温能力可达180 ℃。而聚磺钻完井液是在磺化钻完井液的基础上引入抗温抗盐性能优良的聚合物处理剂，提高了体系的流变性能和滤失性能，使体系的抗温能力提升至200 ℃以上。国外的DURATHERM体系是一种抗温性能良好的水基聚磺钻完井液，理论最高抗温能力达260 ℃，抗盐性能良好，抑制性强，同时具有良好的储层保护性能。该体系在莺歌盆地LD22-1-7井中使用时，最高井温为207 ℃，最高密度为2.24 g/cm³，且能够提高钻速，提高钻屑清除效率，降低钻井成本。

2.2.2 油基类

近年来，随着国内外油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井数量逐渐增加，井底温度上限也不断刷新（例如，大庆松辽盆地古龙1井井深超6300 m，井底温度达260 ℃），油基钻完井液具有抑制性好、维持井壁稳定、保护储层、润滑性好及提高钻井速度的优点，逐渐成为了钻探深井、超深井、高难度井、水平井的必然选择。国外在20世纪60年代就十分重视油基钻完井液的研制与应用。MI-Swaco公司以无胺基乳化剂为核心，结合高性能抗温有机土、改性单宁混合型抗高温降滤失剂等构成了超高温高压油基钻完井液体系UHTHP，室内评价结果表明，该体系可在300 ℃高温下保持优异的流变性、乳液稳定性和滤失性，并在泰国成功应用。哈里伯顿公司研制的一种密度为2.2 g/cm³的油基钻完井液，可抗204 ℃高温，已在北海油田等多个国内外油田成功应用。在国内，王建华等采用乳液聚合法合成出油基钻完井液用纳米聚合物封堵剂，性能评价结果表明，高温高压滤失量降低34%，封堵率从90%提高到100%，该封堵剂能在微裂缝表面形成致密封堵层，有望解决页岩井壁稳定的问题。覃勇等以妥尔油脂肪酸和马来酸酐为主要原料合成了一种油基钻完井液抗高温主乳化剂HT-MUL和辅乳化剂HT-WET，以此为核心构建了一套抗高温油基钻完井液，在威204H5平台页岩气开发井进行试验取得了成功，并得到大规模推广应用。

2.2.3 聚合物类

国外抗高温聚合物钻完井液技术起步早发展快，早在20世纪60年代就开始了聚合物类的研发与应用。壳牌公司研发的甲酸铯无固相体系，抗温性达220 ℃，密度可达2.37 g/cm³，具有良好的流变性和润滑性，可有效避免高密度条件下重晶石沉降问题，但是价格昂贵。MI-Swaco公司构建的抗高温聚合物体系Envirotherm NT，抗温可达232 ℃，密度达2.2 g/cm³，抗污染能力强，抗温耐盐，对地层损害小。目前，国内外成功应用的典型抗高温聚合物体系有：不分散低固相聚合物体系、仿生聚合物体系、双疏高效能聚合物体系、甲酸铯无固相体系、抗高温聚合物体系等。胜利油田于1973年首次采用不分散低固相聚合物技术，使钻速提高20%以上。王岩等合成了一种五元共聚物降滤失剂，实验结果表明，合成的五元共聚物抗温达180 ℃、抗盐至饱和、抗钙达1.25%，在聚合物钻完井液中具有良好的效果。Xuan等、Jiang等和Ni等研发了系列仿生钻完井液材料，并创新建立了仿生聚合物钻完井液理论与技术，在长庆苏里格的苏53区块水平段钻井时，平均提高钻速27%、钻完井液综合成本降低26.4%，效果显著。此外，Jiang等以研发的超双疏剂为核心，进一步构建了超双疏高效能聚合物钻完井液领先技术，实现了聚合物钻完井液技术的飞速发展。

2.3 储层保护钻完井液

中国常规浅层油气田资源量逐步减少，而深层、超深层都伴随着地层的高温、高压，使用高固相含量的钻完井液易堵塞油气渗流通道，造成储层伤害，影响油气井产量或新油气田的发现。

2.3.1 暂堵型保护油气层钻完井液

为减轻或避免钻完井液导致的油气层损害、提高单井产量，国内外学者们先后建立了“屏蔽暂堵、精细暂堵、物理化学膜暂堵”的保护油气层钻完井液技术。但随着钻探的储层条件越来越复杂，以前的保护技术难以满足要求。为此，孙金声等针对致密页岩油气藏中的储层损害问题，阐述了物理颗粒暂堵、化学成膜暂堵、欠平衡钻井完井和界面修饰等储层保护技术的基本原理及研究进展，并给出了致密/页岩油气储层保护技术的未来发展方向。蒋官澄等率先将仿生学引入保护油气层钻完井液理论中，发展了适合不同油气层的“超双疏、生物膜、协同增效”仿生暂堵保护技术，实现不同渗透率油气层“零”损害目标，使单井产量得到了较大的提高，并在各大油田得到推广应用，效果显著。

2.3.2 液体套管油气层保护钻完井液

针对“屏蔽暂堵、精细暂堵、物理化学膜暂堵、仿生暂堵”型保护油气层钻完井液技术无法有效解决特殊油气层“井塌、井漏、高摩阻”带来的储层损害难题，蒋官澄等继续向自然界学习，利用发明的仿生超双疏剂、仿生固壁剂、仿生键合润滑剂，再配合其他处理剂，取得了可随钻形成“液体套管”的保护储层钻完井液新技术的原创性成果。主要作用原理：在钻井过程中，由特种处理剂构成的钻完井液在油气层井壁上随钻充填、封堵孔-缝-洞、加固井壁，形成薄而致密、光滑、抗冲击、耐冲刷、似“套管”的高强度封堵带，完全阻隔钻完井液与油气层直接接触，实现“保护油气层、提高产量”与“防控钻井风险、保障安全钻井”一体化目标。

在室内，蒋官澄带领团队成员系统研究了液体套管的致密性、封堵强度、润湿性、润滑性，以及液体套管钻完井液的流变性、滤失造壁性、抑制性、强化井壁能力、油气层保护效果等，结果表明，各种性能优于以前保护油气层钻完井液技术，解决了以前技术存在的缺点，引领了保护油气层钻完井液技术的发展。

液体套管油气层保护钻完井技术已在昭通页岩气、渤海湾页岩油、苏里格和松辽盆地致密气、准格尔盆地致密油、山西煤层气等地区，以及乍得等国家1000余口复杂油气井上得到成功应用。与同区块使用过的油基钻完井液或其他高性能水基钻完井液相比，该技术可使平均井塌事故率降低82.6%、井漏降低80.6%、阻卡与卡钻复杂情况降低80.7%、机械钻速提高32.8%、产量提高1.5倍以上，效果显著；被斯伦贝谢公司引入后，在承包的延安宝塔、子长县、安塞等地区规模应用，平均钻速提高30.1%以上、产量提高1.6倍以上等。总的来说，液体套管油气层保护钻完井为中国年产超40亿m³的最大煤层气田、年产超3000万t的最大原油生产基地——渤海油田和储量达千亿方的渤中19-6凝析气田、年产超300万t的世界最大砾岩油田——玛湖油田、年产30亿m³的临兴-神府大型致密气田建设提供了一项支撑技术。

2.3.3 无土相水基/油基/合成基钻完井液

常规深井、超深井高密度钻完井液采用的重晶石、铁粉等固相加重材料易堵塞油气通道，对储层造成不可逆损害，以可溶盐为加重材料的无固相钻完井液可满足深井高密度钻完井液加重需求，对储层保护效果也很好。针对渤中19-6区块钻井过程中易井漏、储层保护难度大等难题，马英文等以聚胺和甲酸钾为抑制剂和加重材料为主剂，构建出一套新型抗高温无固相钻完井液。该体系可抗温达200 ℃，同时可在高温环境下稳定存在7 h。孙金声等和蒋官澄等研发的抗高温高密度无土相油基钻完井液密度可达2.7 kg/L，抗温性可达260 ℃，同时可抗质量分数为25%的蒸馏水污染和质量分数为15%的CaCl₂溶液污染。相比于传统油基钻完井液，无土相油基钻完井液因不含有机土，流变性优良，有利于提高钻速和保护储层等。

2.3.4 深水恒流变钻完井液

深水钻进过程中，钻完井液面临诸多挑战，如泥线温度低而井底温度高、流变性难于调控、重晶石沉降、当量循环密度（ECD）变化大、容易引起井壁失稳及井下漏失等钻井风险。因此，弱化钻完井液黏度、切力对温度的敏感性，使其流变参数在一定温度范围内基本保持恒定是解决该难题的关键，从而发展出了恒流变钻完井液。

MI-Swaco公司的恒流变合成基钻完井液依靠流变调节剂和有机土，配合实现“恒流变”。而哈里伯顿公司研发的恒流变钻完井液采用一种酰胺类流变性调节剂替代有机土，在高温下能保证酰胺基团吸附在胶粒表面，避免了有机土低温增稠。由中海油田服务股份有限公司研发的深水恒流变合成基钻完井液HEM和FLAT-PRO体系突破了180 ℃的极限温度，超越当时国际同类技术。蒋官澄等建立了一套密度为1.2 g/cm³的生物柴油基恒流变钻完井液体系，该体系环保性能优良，可在2~230 ℃条件下保持恒流变性，并可抗5%的海水和10%的页岩屑污染，为深水油气资源的开发提供了技术保障。

2.3.5 天然气水合物保护油气层钻完井液

井壁稳定是天然气水合物安全高效钻井的核心，高性能井筒工作液是维持井壁稳定的关键。从抑制水合物效果、环保和成本控制综合考虑，水基钻完井液仍是天然气水合物勘探的首选。孙金声团队研究了不同温压条件下的改性淀粉、羧甲基纤维素钠（CMC）和黄原胶（XC）对CH₄水合物形成的影响，研究发现，深水常规油气及水合物钻井过程中，若井下温压条件对水合物形成的驱动作用较强，则XC更适合配制水合物抑制性的钻完井液。此外，为探明水合物储层损害类型及机制，基于核磁共振技术建立了井筒工作液侵入水合物储层的模拟试验方法，探究在不同液相侵入温度下水合物分解特性及储层损害程度；提出了将纳米有机硅材料引入天然气水合物钻完井液，提高封堵性能，减小侵入引起的储层损害。Wang等研制了一种天然气水合物用复合强化井壁稳定剂TA-PVA，实验表明，岩心抗压强度由0.22 MPa提升至0.45 MPa，且抑制膨润土水化膨胀率达76.36%，有效提高了储层井壁稳定性。

经过20多年的快速发展，中国的天然气水合物勘探开发取得了较为丰硕的成果，中国于2017年在南海神狐海域成功进行了首次天然气水合物试采工作，2020年在此区域又成功进行了第2次试采工作，创造了“产气总量为86.14×10⁴ m³，日均产气量为2.87×10⁴ m³”的两项世界纪录，攻克了深水浅软地层水平井钻采技术，实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越。

2.3.6 智能钻完井液

随着钻探目标从浅层向深层、深水，从常规向非常规（如页岩油气、致密油气、煤层气、油页岩等），从传统化石能源向特殊地下资源（水合物、干热岩等）进一步拓展，钻井工程面临的地面和地下情况越来越复杂，给钻完井液类型和处理剂选择、配方和性能设计带来很大盲目性，因此，设计并采用具有“自识别、自调节、自适应”等智能特点的钻完井液技术，有助于从根本上解决上述技术难题。

2016年伊朗学者Ghojogh首次明确提出，将智能材料/流体应用于钻井可制备出“智能钻完井液”，有助于在常规钻完井液难以胜任的高难度钻井区域成功钻井。近几年，在压力敏感、盐响应、pH响应、温敏、形状记忆、智能暂堵及磁响应的多种智能钻完井液方面进行了探索性研究。蒋官澄团队以研制的高分子量低离子度（HvL）与低分子量高离子度（LvH）两种盐响应型两性离子聚合物为核心配制了饱和盐水钻完井液，研究表明，盐响应型聚合物钻完井液具有出色的抗盐性、热稳定性与抗膨润土、泥页岩屑污染的性能；同时，还研制了具有盐响应特征的AM-AMPS-TAC聚合物，配制的钻完井液抗盐与耐温效果最优，且滤失量小。该团队还以合成的pH响应可逆转乳化剂RE-HT为核心配制了一种抗高温可逆乳化钻完井液，性能良好，滤饼清除率达98.98%，在复杂深井钻井中有较好的应用前景。孙金声等综述了智能材料（形状记忆合金、自愈合凝胶、膜材料和仿生材料）在钻完井液领域的技术研发方向、方法及应用前景。但目前智能钻完井液仅处于起步阶段，还面临着许多问题与挑战，未来需要广大科研工作者共同研究。

未来发展建议

国家发展改革委员会、国家能源局发布了《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》，攻克万米特高温高压油气开采技术与装备已被列入2020—2035年国家油气科技重大专项战略规划。因此，油气钻井向着深层超深层发展，高温地热井的开发，深层钻探的需要，对钻井流体抗温、环保、油气层保护等性能要求越来越高。未来深层及深水油气钻探钻完井液建议在以下方面重点攻关。

（1）攻克抗温260~300 ℃、抗压2.6~3.0 MPa、密度在2.6 g/cm³以上的抗高温高压高盐钻完井液关键材料与技术。

（2）攻克抗温小于-30 ℃的极地温度钻完井液，满足未来南极等极低温度油气钻探的需要。

（3）攻关研究深水恒流变环保型钻完井液、适用于水平井的环保型天然气水合物钻完井液，以及水合物水平井井壁稳定技术。

（4）发展随钻形成更高质量液体套管的钻完井液。利用钻完井液中的化学材料在井壁随钻形成似“套管”的高强度封堵带，封堵全部孔-缝-洞，满足安全、高效、环保钻井需要。

（5）裂缝性恶性漏失地层防漏堵漏一体化。通过提高钻完井液密度、强化封堵防塌性能，研发自适应防漏堵漏材料，扩大安全密度窗口，实现高效堵漏。

（6）发展基于智能材料、大数据、云计算、4G/5G网络、人工智能等技术的智能钻完井液及智能储层保护技术，使其具备“自识别、自调整、自适应、自传输、自维护”功能，实现“安全、高效、经济、环保、智能”的目标。

（7）发展生态环保型钻完井液。利用天然可降解材料研发生态型钻完井液处理剂，构建生态环保型钻完井液体系，真正实现石油工业与环境保护协调发展。

结束语

虽然深层及深水油气资源非常丰富，但却面临前所未有的技术挑战，钻完井液是保障安全、高效、经济钻探的核心。在未来深层及深水钻探过程中，钻完井液技术必将面临许多未知挑战，需从关键科学问题入手，借助其他学科发展起来的最新基础理论，进行交叉学科研究，研发具有原创性的钻完井液技术。通过对国内外钻完井液技术发展历程和原理的深度剖析可知，大力开展液体套管钻完井液、智能与生态型钻完井液是未来的重要发展方向之一，可为突破深层深水钻完井液与完井液的“冰火两重天”、为深层深水油气勘探开发提供技术强力支撑。

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