摘要

        系统论述目前国内外深层超深层钻井液技术研究进展，分析存在的关键问题并提出未来发展方向。针对深层超深层复杂油气层钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题，国内外学者研发了深层超深层抗高温高盐水基钻井液技术、抗高温油基/合成基钻井液技术、储层保护钻井液技术以及钻井液防漏堵漏技术，但仍存在抗高温高压和高应力能力不足、井壁易失稳以及钻井液漏失严重等关键问题。由此提出未来深层超深层钻井液技术的发展方向：①抗高温高盐水基钻井液技术需致力于提升高温稳定性，改进流变性能，强化滤失量控制，提高与地层的相容性。②抗高温油基/合成基钻井液技术需在高温稳定剂、流型调节剂等低毒易降解的环保型添加剂和相关配套技术方面进一步攻关。③储层保护钻井液技术应致力于新型高性能添加剂和材料的研究，通过引入先进的传感器网络和人工智能算法，完善实时监测技术。④钻井液防漏堵漏技术应更加注重智能化技术的集成与应用、高性能堵漏材料的研发与应用、多元化堵漏技术与方法的探索以及环境保护与安全生产意识的提高。

引言

        近年来，中国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。中国深层油气资源潜力巨大，探明程度低，是未来油气勘探开发的现实领域。目前深层（大于4500 m）、超深层（大于6000 m）钻完井技术仍然面临着严峻的挑战，井底超高温高压、高应力、裂缝发育，容易产生储层损害、井壁失稳以及恶性井漏等严重问题。在深层超深层钻进过程中，钻井液技术面临的诸多挑战主要包括：①深层超深层钻井井壁易失稳，裸眼段长、裂缝多，易掉块、垮塌，导致阻卡等问题。井壁稳定受钻井液冷却、亚临界水等因素影响，失稳机制复杂且稳定技术有限。②深层钻井时，钻井液需应对高温、高压和高应力环境。超高温、高压和高应力环境下会使处理剂材料降解以及结构发生变化等，导致钻井液的性能难以控制。③深层超深层因天然裂缝和断层发育而容易漏失，且难以堵漏。裂缝性高压气藏中的天然气易随钻井进入井筒，可能引发井喷，加上漏失安全密度窗口狭窄，选择安全钻井液密度窗口难度大。针对深层超深层钻井液技术面临的上述难题，本文综述了抗高温高盐水基钻井液技术、油基/合成基钻井液技术、储层保护钻井液技术以及钻井液防漏堵漏技术的研究进展，明确了目前国内外深层超深层钻井液技术存在的关键问题，进而提出未来深层超深层钻井液技术的发展方向。

1 深层超深层钻井液技术研究进展

        针对深层超深层复杂油气钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题，国内外专家学者研发了抗高温高盐水基钻井液技术、抗高温油基/合成基钻井液技术、储层保护钻井液技术以及钻井液防漏堵漏技术，能够较好地解决井壁失稳、钻井液漏失等难题。

1.1 抗高温高盐水基钻井液技术

        随着油气勘探向深层、超深层拓展，传统钻井液已无法满足高温、高盐等极端环境要求。抗高温高盐水基钻井液技术旨在提高钻井液的耐高温、耐盐性能，并确保在深层钻探中的稳定性。

1.1.1 抗高温磺化/聚磺水基钻井液

        中国抗高温水基钻井液大致经历了钙处理、磺化和聚磺类3大发展阶段。钙处理钻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；磺化钻井液是以磺化褐煤、磺化酚醛树脂等为处理剂配制而成的钻井液，可抗温180℃，但抗盐、抗钙能力较弱，主要适用于深层淡水钻井；聚磺钻井液是在磺化钻井液的基础上引入抗温、抗盐聚合物处理剂，提高体系流变性能和滤失性能，使体系的抗温能力提升至200℃及以上。在聚磺钻井液研究中，主要关注其性能优化和适应性改进，通过调整不同相对分子质量聚合物所占的比例以及膨润土的含量，可以改善其流变性能；通过增大高相对分子质量聚合物包被剂的加量或加入适量无机盐，可以增强其抑制性。此外，针对深层的不同井段和地层特点，可调整聚磺钻井液处理剂种类以实现最佳的钻井效果。目前，中国抗高温水基钻井液以聚磺钻井液体系为主，其中盐水抗温最高达220℃，淡水抗温最高达240℃。松辽盆地松科2井井深7018 m，井底温度高达241℃，借助抗高温钾聚磺和抗高温聚磺钻井液体系实现了顺利完钻，并创造了当时国内最高温度（241℃）条件下的钻进新纪录；塔里木轮探1井井深8882 m，井底温度175℃，使用钾聚磺钻井液体系成功完钻，创当时亚洲陆上第1深井纪录。表1展示了现阶段中国深层超深层抗高温聚磺水基钻井液应用典型案例。

        国外抗高温磺化水基钻井液以木质素磺酸盐水基钻井液为主，在美国路易斯安娜和庞洽特雷恩湖的高温深井钻井应用中，抗温最高可达260 ℃。同时，贝克休斯公司以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺、不同长链的烷基丙烯酰胺等单体合成系列抗高温磺化高相对分子质量聚合物以及高温稳定剂，并通过添加无机盐等材料制备了聚磺钻井液体系，在南海崖城21-1-3井实现了较好的应用。

1.1.2 抗高温聚合物类水基钻井液

        国外抗高温聚合物类钻井液技术研究起步早、发展快，早在20世纪60年代就开始了聚合物类钻井液的研发与应用。目前，国外在抗高温聚合物类水基钻井液的研究方面取得了显著进展，不断开发出新型处理剂以提高钻井液在高温、高盐等恶劣环境下的性能稳定性，为深井、超深井的钻探提供了重要的技术支持。M-I SWACO公司研发了抗温达232 ℃、密度达2.20 g/cm³的聚合物钻井液体系，耐温耐盐抗污染，对地层损害小。哈里伯顿和壳牌联合研发了一种抗高温聚合物水基钻井液技术，井眼清洁效果佳，能将硬质砂岩水平井平均机械钻速提高8倍以上，在井底温度193.3 ℃的阿联酋Hail油田成功应用。M-I SWACO公司研发了抗温204 ℃、密度最高达2.30 g/cm³的聚合物水基钻井液体系，大大提高了水基钻井液的抗污染能力和储层保护效果，在长时间高温老化条件下依旧保持良好的沉降稳定性。Wandji等设计了一种新型高密度聚合物纳米复合材料，将具有热增稠效应、两性特性的乙烯基功能化纳米二氧化硅（VMS）作为纳米填料，形成热稳定的聚合物纳米复合材料-膨润土杂化体系，该体系在220 ℃和NaCl质量分数达20%条件下，黏度保持率超过60%，黏度衰减幅度低，在高盐高温钻井中应用效果较好。

        目前，国内在抗高温聚合物类水基钻井液方面的研究正不断取得新进展，通过研发新型添加剂、改进填料与应用改性技术等来努力提升钻井液在高温等恶劣环境下的稳定性。中国成功应用的典型抗高温聚合物钻井液体系为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、抗高温高密度聚合物饱和盐水体系等。宣扬等研发了系列仿生钻井液材料，并建立了仿生聚合物钻井液理论与技术，用于长庆苏里格气田苏53区块水平段钻井，平均钻速提高了27%，钻井液综合成本降低了26.4%，效果显著。此外，黄贤斌等设计并研制了3种聚合物类水基钻井液抗高温处理剂，构建了抗超高温高密度聚合物饱和盐水钻井液体系，具有优异的封堵和润滑性能。