王明國

（大慶鉆探工程鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

鉆井液是鉆探工程的重要環(huán)節(jié)之一，鉆井液性能的好壞和成本的高低對勘探開發(fā)起著重要作用。近年來，國內(nèi)外對深井、超深井、水平井和頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開采力度的不斷加大，并對鉆井施工成本逐步進(jìn)行壓縮。傳統(tǒng)的油基鉆井液雖然在抗溫性、潤滑性、井壁穩(wěn)定性方面均是鉆井施工的最佳選擇，但其高昂的施工成本和對環(huán)境的影響，使其使用受到了大幅度限制。傳統(tǒng)的水基鉆井液則往往不能滿足特殊工藝井對抗溫性、潤滑性及井壁穩(wěn)定性的要求。因此，研發(fā)一種成本相對較低、處理維護(hù)簡單，具有與油基鉆井液相類似性能的高性能水基鉆井液成為國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和大型油服公司的重點。高性能水基鉆井液的研發(fā)對降低勘探開發(fā)成本、提高油氣田開發(fā)效益和促進(jìn)復(fù)雜油氣藏的規(guī)模開發(fā)具有至關(guān)重要的作用[1-2]。

目前國外的M-I、貝克·休斯、白勞德等大型油服公司均已開發(fā)出了相應(yīng)的適合不同施工環(huán)境需要的高性能水基鉆井液體系。并引入了“鉆井液定制”理念，針對不同施工區(qū)塊特點采用相應(yīng)的鉆井液配方。

國內(nèi)在高性能水基鉆井液的研發(fā)方面起步相對較晚，但經(jīng)過近年來的不斷努力，技術(shù)差距也不斷縮小，開發(fā)了一系列適合國內(nèi)油田的高性能鉆井液體系[3-4]。本文主要介紹了國外高性能水基鉆井液的相關(guān)研究進(jìn)展，并論述了高性能鉆井液未來的發(fā)展趨勢。

2 高性能水性鉆井液研究進(jìn)展

2.1 鉆井液體系研究進(jìn)展

近年來，國外的各大油服公司對高性能水基鉆井液進(jìn)行了一系列綜合研究，以期能在提高鉆井體系的耐溫性、潤滑性和抑制性等各項性能的同時，進(jìn)一步降低成本和減少鉆井液的生物毒性，避免鉆井液對生態(tài)環(huán)境的影響和破壞。

M-I SWACO致力于優(yōu)化水基鉆井液的配方，以實現(xiàn)油基仿制鉆井液的目標(biāo)。M-I SWACO公司率先提出了“鉆井液定制”理念，開發(fā)出了針對不同施工區(qū)塊特性的ULTRADRILL高性能水基鉆井液體系和Hydra-Glyde高性能水基鉆井液體系。其中ULTRA?DRILL高性能水基鉆井液體系的組成主要以聚酰胺類化合物作為降濾失劑、以聚陰離子纖維素類作為增粘劑和輔助抑制劑、以聚胺類化合物作為主抑制劑、以生物聚合物作為流行調(diào)節(jié)劑、以植物基潤滑油作為潤滑劑以及一種專利技術(shù)的提速劑，該配方抗溫可達(dá)130℃以上。Hydra-Glyde高性能水基鉆井液體系則主要是以生物聚合物作為流行調(diào)節(jié)劑、以聚胺類化合物作為主抑制劑，并增加了一種專利成膜劑來提高井壁穩(wěn)定能力。上述兩種體系在保持了水基鉆井低成本易維護(hù)特點的同時，具有良好的環(huán)保性能，在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，上述鉆井液體系均表現(xiàn)出與油基鉆井液相當(dāng)?shù)你@井速度，同時降低了井下復(fù)雜，從而為復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆井提供了“快速，安全，靈活”的鉆井液技術(shù)解決方案。此外，MI SWACO還開發(fā)了新型納米鉆井液封堵劑，它通過物理密封微孔來抑制流體滲透和濾液侵入，從而進(jìn)一步提高了頁巖地層中鉆井液的井眼穩(wěn)定性，而且這種納米封堵劑也具有良好的環(huán)保特性，可應(yīng)用于環(huán)境敏感地區(qū)。

貝克·休斯（Baker Hughes）開發(fā)了一種商業(yè)名稱為PERFORMAX的高性能鉆井液體系。該體系的主要特點是使用了自主研發(fā)的聚氨基鋁封堵劑（MAXPLEX）、納米封堵劑（MAX-SHIELD）、高性能聚胺抑制劑（MAX-GUARD）和聚合物成膜劑（NEWDRILL），該體系具有良好的微孔隙封堵能力，尤其適合使用于頁巖氣地層。

此外，PERFORMAX高性能鉆井液體系抗溫可達(dá)150℃，具有良好的儲層保護(hù)能力和環(huán)保特性，可滿足美國和歐盟的海上排放標(biāo)準(zhǔn)。

EXXON公司開發(fā)了一種商品名為EHT的高性能水基鉆井液，該鉆井液具有良好的抗鹽性，可用于陸地和海上鉆探。其主要處理劑是纖維素類增粘劑和抗高溫聚合物降濾失劑?，F(xiàn)場應(yīng)用的井底最高溫度達(dá)到215℃，密度最高達(dá)1.86g/cm3。

2.2 高性能鉆井液處理劑研究進(jìn)展

為了達(dá)到鉆井液的施工性能滿足現(xiàn)場作業(yè)的需求，鉆井液在配制過程中需要使用大量的處理劑，而處理劑的使用不可避免地會帶來污染，尤其會對一些生態(tài)環(huán)境較為脆弱的地區(qū)造成較大的環(huán)境破壞。近年來，鉆井液環(huán)保處理劑和環(huán)保處理手段得到了持續(xù)發(fā)展，油基泥漿的廢棄巖屑和廢棄鉆井液的環(huán)保處理和回收利用技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，但是相應(yīng)的加工技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備投資大，處理成本高。因此，國外更重視環(huán)境友好型鉆井液處理劑的研究和開發(fā)，以便從源頭控制鉆井液的污染，從“終端控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸搭^控制”。

研發(fā)低毒或無毒，可生物降解的環(huán)保型鉆井液處理劑是研發(fā)高性能鉆井液的必要環(huán)節(jié)。近年來國外油服公司相繼研發(fā)了新型的鉆井液處理劑，如抗高溫耐鹽處理劑和環(huán)保潤滑劑等。其中美國NALCO公司研發(fā)了AMPS/MBA/AM共聚物。該共聚物在高溫和高鹽環(huán)境下仍具有很好的降濾失效果和流型穩(wěn)定能力。德國巴斯夫公司研發(fā)的Polydrill，室內(nèi)實驗證明其抗溫可達(dá)220℃以上，可在飽和鹽水中使用，且具有良好的抗鈣鎂離子能力。

在淀粉和纖維素等可降解材料的深加工改性優(yōu)化方面，國外公司也相繼開發(fā)了配套產(chǎn)品。MI-SWACO公司研發(fā)了系列化的改性淀粉化合物Poly-Sal、Flo-Trol，該類化合物抗溫100℃~120℃，可生物降解，具有優(yōu)異的環(huán)保特性。

貝克休斯公司使用植物油脂肪酸和乙烯多胺合成了環(huán)保性潤滑劑，該潤滑劑可以緊密地吸附在鉆具和井壁表面，形成非常穩(wěn)定的油膜，可以大幅度增加鉆井液潤滑性并提高井壁穩(wěn)定能力。美國Eco Global So?lutions公司研發(fā)了一種EGSTM-DFL環(huán)保潤滑劑，其優(yōu)異的潤滑性可以大幅度降低鉆具組合在井下的扭矩和摩擦，從而提高鉆速。

2.3 鉆井液的相關(guān)環(huán)保評價標(biāo)準(zhǔn)

雖然國內(nèi)外均對高性能鉆井液開展了大量研究，但在建立統(tǒng)一的鉆井液環(huán)境性能標(biāo)準(zhǔn)和評價方法方面仍然有很多工作有待完成。鉆井液的相關(guān)廢棄物通常被歸類于工業(yè)廢物，不同國家在處理相關(guān)廢棄物的標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)較為復(fù)雜。而實際上目前的有關(guān)對土壤污染、水資源污染的法律法規(guī)并不能完全適用于鉆井液的實際情況，不能準(zhǔn)確反映鉆井液的環(huán)保性能，因為即使是原始處理劑都無毒無污染，也不能證明所有材料混合后不會產(chǎn)生生物毒性。因此，相關(guān)的鉆井液環(huán)保標(biāo)志仍需要進(jìn)一步完善。

3 結(jié)論和建議

（1）隨著鉆井液技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外均開展了可部分替代油基鉆井液的高性能鉆井液體系研發(fā)，但在抗溫性和井壁穩(wěn)定能力方面仍有待于進(jìn)一步探索和改進(jìn)。

（2）以淀粉、纖維素等價格低環(huán)保性好的天然產(chǎn)物作為原料進(jìn)一步開發(fā)鉆井液處理劑，是降低鉆井液成本、提高鉆井液環(huán)保特性的主要方向之一。

（3）在研發(fā)新型高性能水基鉆井過程中，應(yīng)該著重提高鉆井液體系的井壁穩(wěn)定能力和儲層保護(hù)能力，從而為高性能鉆井液替代油基鉆井提供基礎(chǔ)。

（4）應(yīng)進(jìn)一步完善鉆井液體系的環(huán)保評價標(biāo)準(zhǔn)，建立更為專業(yè)的評價依據(jù)，從而為鉆井液的應(yīng)用提供更為科學(xué)的依據(jù)。