周洪奎

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

隨著油氣資源勘探開發(fā)的深入，環(huán)境保護(hù)問題也越來越突出。鉆井液是鉆井施工中重要的環(huán)節(jié)，同時也是油氣開采過程中對環(huán)境產(chǎn)生污染的主要來源。鉆井液中含有的大量化學(xué)處理劑和廢棄巖屑會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆的破壞作用。隨著民眾環(huán)境保護(hù)意識的逐步加強(qiáng)和環(huán)保法律的逐步完善，如何控制鉆井液的污染已成為鉆井從業(yè)者必須努力解決的問題。本文介紹了國內(nèi)外研究和應(yīng)用較為成熟的糖苷鉆井液、合成基鉆井液、高性能鉆井液和鹽水鉆井液。以期為環(huán)保鉆井液未來的發(fā)展提供參考。

1 葡萄糖苷鉆井液體系

甲基葡萄糖苷（MEG）一般由淀粉改性制成，是一種無毒易降解的環(huán)保材料，以其為主要原料配置的鉆井液體系具有良好的潤滑性和抑制性，并且成本相對較低。目前已經(jīng)研發(fā)出陽離子MEG鉆井液、無粘土MEG鉆井液等多種鉆井液體系。

1.1 陽離子MEG鉆井液

國內(nèi)的司西強(qiáng)等人[1]，以陽離子MEG（陽離子MEG由環(huán)氧氯丙烷和甲基葡萄酸苷在催化條件下合成）為主要處理劑研發(fā)了陽離子MEG鉆井液。該鉆井液體系抗溫150℃，潤滑摩阻系數(shù)為0.15。具有良好的抗溫性和潤滑性。

1.2 無粘土MEG鉆井液

無粘土MEG鉆井液的固相和粘度低、潤滑性好，有利于提高機(jī)械鉆速。其潤滑和抑制性能與油基鉆井液相似，但該鉆井液在流動狀態(tài)下的攜砂能力和靜止?fàn)顟B(tài)下的懸浮能力不足，易形成砂床，所以不適宜應(yīng)用與水平井或大斜度井等對鉆井液攜砂能力要求較高的井型。在大邑102井、201井的現(xiàn)場試驗表明該體系具有較強(qiáng)的抗溫、抗污染能力和優(yōu)異的井壁穩(wěn)定效果[2]。

2 聚胺高性能鉆井液體系

聚胺鉆井液是指以聚胺類抑制劑為主處理劑的鉆井液，目前已開發(fā)的有大陽離子聚胺抑制劑、小陽離子聚胺抑制劑、兩性聚胺抑制劑和疏水聚胺抑制劑等一系列聚胺基抑制劑。

2.1 UltraDrill聚胺高性能水基鉆井液

UltraDrill聚胺高性能水基鉆井液是一種性能突出、可回收利用的水基鉆井液體系[3]。其核心成分為：UltraHib（陰離子聚胺抑制劑）、UltraCap（陽離子聚胺抑制劑）、UltraFree（高效潤滑劑）、低粘聚陰離子纖維素和黃原膠。該鉆井液體系已經(jīng)在歐美的多個油田和國內(nèi)的大港、冀東等油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，該鉆井液體系有利于提高機(jī)械鉆速、穩(wěn)定井壁和儲層保護(hù)。

2.2HPWBM鉆井液

該體系使用的AP-1（聚胺類抑制劑）和DS（封堵抑制劑）使其在潤滑性和井壁穩(wěn)定性方面有更佳的效果。HPWBM鉆井液具有良好的抗污染能力，加入4%的膨潤土污染后，其MBT值僅為14.21kg/cm3，目前已在阿拉伯、Campos盆地取得了良好的應(yīng)用效果，平均機(jī)械鉆速達(dá)到11m/h，比同區(qū)塊使用常規(guī)鉆井液的井的機(jī)械鉆速高4～6m/h。

2.3 鋁胺高性能鉆井液

鋁胺高性能鉆井液體系以AP-1（聚胺類抑制劑）和DLP-1（鋁聚合物）為核心處理劑。在鉆井過程中DLP-1與鉆井液接觸后產(chǎn)生的Al(OH)3沉淀物可以提高地層巖石的強(qiáng)度，從而提高井壁穩(wěn)定性，該沉淀層還可以減少鉆井液濾液對地層的侵入?，F(xiàn)場試驗表明，該鉆井液體系流變性能穩(wěn)定，潤滑及抑制性能突出，抗溫大于150℃，巖心滲透率恢復(fù)值大于90%。

3 合成基鉆井液體系

合成基鉆井液使用氣制油、線性α-烯烴、線性石蠟等合成材料作為油相組成，是同時具有水基鉆井液和油基鉆井液優(yōu)點的一種鉆井液。由于其具有無毒、可生物降解等環(huán)保特性，在墨西哥灣、北海等地區(qū)取得了廣泛應(yīng)用，目前已成為海上油田使用的主要鉆井液體系之一。

3.1SBM鉆井液

SBM鉆井液以氣制油為連續(xù)相，通過加入乳化劑、降濾失劑和穩(wěn)定劑配置而成。其具有流變性能好、失水小、抑制性強(qiáng)和穩(wěn)定井壁效果突出等優(yōu)點。目前已在BZ25油田進(jìn)行了成功應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該體系破乳電壓大于1000,動塑比合理，高溫高壓濾失量較低，具有較好的應(yīng)用前景。

3.2 聚α-烯烴鉆井液

聚α-烯烴以α-烯烴聚合而成，具有較強(qiáng)的抗溫能力，分子鏈上殘余的部分雙鍵有利于其生物降解。MI公司在北海的現(xiàn)場試驗表明，該鉆井液體系抑制性和潤滑性與油基鉆井液相當(dāng)，但機(jī)械鉆速可提高10%以上。

4 有機(jī)鹽鉆井液體系

有機(jī)鹽鉆井液體系主要應(yīng)用于含大段鹽膏層，縮徑和垮塌問題突出的地層。有機(jī)鹽鉆井液體系本身密度較高可減少重晶石的使用，因此具有較高的固相容量，同時大量有機(jī)鹽的存在可以增強(qiáng)其抑制性和防塌能力，且流變性易于控制[4-5]。

4.1 甲酸鹽鉆井液

甲酸鹽屬于有機(jī)鹽的一種，溶于水后可分離出的Na+、K+具有良好的抑制作用，吸附在粘土端面的甲酸根（HCOO-）可以和其他甲酸根以及水分子之間發(fā)生氫鍵作用，從而形成水化膜。因此甲酸鹽具有良好的井壁穩(wěn)定作用。除了具有環(huán)保及可回收利用的特性外，該鉆井液體系還可以降低水敏損害，有利于儲層保護(hù)[6]。

4.2 鉀鈣基有機(jī)鹽鉆井液

鉀鈣基有機(jī)鹽鉆井液是在有機(jī)鹽鉆井液的基礎(chǔ)上加入CaCl2和CaO配置而成，可以進(jìn)一步提高鉆井液的防塌抑制能力和攜砂攜巖能力。該體系的研發(fā)有效解決了瑪河氣田泥頁巖地層易垮塌的問題。室內(nèi)實驗證明，該體系滾動回收率高達(dá)99.5%[7]。

5 結(jié)論及建議

環(huán)保型鉆井液的研究及應(yīng)用將有效地減少鉆井施工過程中的環(huán)境污染問題，是滿足鉆井施工安全、優(yōu)質(zhì)、高效的重要環(huán)節(jié)。從20世紀(jì)90年代逐步發(fā)展起來的糖苷鉆井液、合成基鉆井液、高性能鉆井液和鹽水鉆井液，已經(jīng)很大程度上取代了對環(huán)境污染嚴(yán)重的油基鉆井液。但由于多種原因，國內(nèi)的部分鉆井液體系在環(huán)保方面仍有缺陷，相關(guān)技術(shù)水平與國外也有很大差距。建議未來國內(nèi)的鉆井液研究人員從以下幾個方面開展研究：①開發(fā)環(huán)保型處理劑，并加強(qiáng)相關(guān)機(jī)理研究；②加強(qiáng)天然材料的開發(fā)利用，通過適當(dāng)改性來提高性能降低成本；③加大現(xiàn)場推廣應(yīng)用規(guī)模，從而進(jìn)一步減少鉆井液對環(huán)境的影響和危害。