浅谈国内油基钻井液技术规模化发展问题

冯建建 王茂仁 魏宏

(克拉玛依市金鑫科技有限公司,新疆克拉玛依 834000)

浅谈国内油基钻井液技术规模化发展问题

冯建建 王茂仁 魏宏

(克拉玛依市金鑫科技有限公司,新疆克拉玛依 834000)

本文通过对国内油基钻井液技术市场现状进行了分析,提出了国内油基钻井液技术规模化发展的必要性,并进一步分析了油基钻井液技术规模化发展需要解决的问题,较为全面的从管理者的角度审视了国内油基钻井液技术行业发展情况,鼓励加快国内油基钻井液技术产业化、规模化发展。

油基 钻井液 规模化 页岩油气

目前,油基钻井液已成为钻高难度井、高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂井的重要手段。尤其随着页岩油气等非常规能源勘探开发的需要,油基钻井液的优势逐渐被重视。

无论是国际还是国内市场,油基钻井液技术已经悄然成为拓展市场的利器,提升了企业参与钻井液市场竞争的核心力量,也必然带来新的利润增长点和高额的经济回报。实施国内油基钻井液技术规模化发展,是当前钻井液行业必须面临的问题。

1 油基钻井液主要用途

(1)钻复杂和麻烦的页岩油气井;

(2)钻高温深井或高温高密度井;

(3)生产层的钻进和取芯;

(4)钻盐层、硬石膏层、杂盐层;

(5)用作定向井的钻井液;

(6)用作小井眼的钻井液;

(7)钻含硫化氢和二氧化碳的地层;

(8)用作射孔和完井液;

(9)用作解卡的浸泡液;

(10)用作封隔液;

(11)用作修井液;

(12)用作防腐蚀控制液;

(13)用作套管封隔液。

2 国内油基钻井液技术发展的必要性

2.1 油基钻井液技术带来了高额回报

据数字统计,2010年中国石油集团公司钻井液技术服务井数12345口,其中国外仅占5.84%,但是却实现了约钻井液业务总收入的31%,其主要收入来自于油基钻井液。

2.2 油基钻井液技术在国际竞争中获利

长城钻探公司是国内油基钻井液技术里第一个尝到甜头的企业,凭借具有自主知识产权的全油基钻井液技术,2010年,长城钻探开始参与委内瑞拉国家石油公司招标并中标,正式进入这一业务领域。2011年,长城钻探仅在委内瑞拉就签订了超过1.7亿美元、三年完成的合同。有了这些基础,便有了扩展海外钻井液市场参与国际钻井液竞争的利剑。

2.3 国内“油基钻井液技术研究与应用”战争暗流涌动、硝烟四起

2.3.1 长城钻探工程公司

该公司国家“十二五”科技重大专项《油基钻井液技术研究与应用》去年正式立项,已经研究出了两套不同密度需求的白油基钻井液体系,尝试和探索了油基钻井液现场堵漏和随钻堵漏。

截止2011年11月,长城钻探公司已经成功开发了以白油、柴油、气制油为基础的全油基钻井液技术,研制了全油基钻井液有机土、降滤失剂、流型调节剂、润湿剂等系列处理剂,形成了完整的全油基钻井液技术体系。

2.3.2 渤海钻探工程公司

渤海钻探将全油基钻井液技术研究作为“十项业务”之一。泥浆公司领导高度重视,严密组织,成立了以经理张松杰为组长的领导小组,以副总师王伟忠为项目长,公司专家与研究生为成员的技术研发团队,制定了项目运行计划,实行日汇报制度,有效推动了业务顺利开展。通过技术研发团队的自主研发,强力攻关,相继研发了有机土、提切剂、降滤失剂等全油基核心钻井液处理剂,成功研发柴油包水钻井液体系、白油包水钻井液体系、气制油合成基钻井液体系、全白油基钻井液体系和全柴油基钻井液体系。

2011年11月11日,张海9-23井已经顺利完井标志着该公司全油基钻井液首次在现场试验成功。

2.3.3 川庆钻探工程公司

2011年3月25日,由中国石油川庆钻探川东钻探公司50506队承钻的国内第一口页岩气水平井——威201－H1井,针对页岩地层极易破碎,液相侵入容易造成力学失稳和水平井段失去垂直力学支撑,极易垮塌的特点,在施工中采用油基钻井液,成功将油层套管下至目的层位,顺利完井。这口井全井水平段长1079米,平均机械钻速10.88米/小时,是这个区域同井段机械钻速的2倍至3倍,并创造单支钻头钻获进尺1688.48米的同区域最长纪录。

2011年9月23日,川庆钻探钻采院承担油基钻井液技术服务的浙江油田分公司首口页岩气水平井YSH1-1井顺利完钻,标志着该院自主研发的油基钻井液体系及系列处理剂在页岩气水平井上获得成功应用。

2.3.4 大庆钻探工程公司

据了解信息,2011年大庆钻探已经与长江大学等院校合作,开展了油基钻井液应用于页岩开采的试验。

2.4 油基钻井液可降低复杂事故率、提高机械钻速、降低综合成本

据悉2010年——2015年法国道达尔公司将在中国苏格拉油田天然气区块设计开发井2000口,平均井深约3000m,除前期阶段外,近80%的井采用油基钻井液完井液,单井油基钻井液完井液费用约400万,仅以此计算,约需要油基钻井液完井液费用64亿,由于设计方案中采取了区块开发、集中重复利用,9部钻机同时投入使用,加上高效固控设备的有效控制,油基钻井液完井液最高重复利用率可达40%以上,估计实际油基钻井液完井液费用约43.27亿,整体油田区块开发油基钻井液完井液费用比单井使用费用可节约成本约32.4%。据2010年该井区前期钻探情况分析,油基钻井液完井液比水基钻井液完井液机械钻速提高20%以上(含减少复杂的时间),钻井综合成本(不含隐性成本,如复杂导致的)可降低约10%。

综上所述,油基钻井液技术可以为企业参与国际油基钻井液技术服务市场的竞争,扩展外部钻井液使得占有份额,提高企业科技水平和国内外的声誉,提升企业形象和企业在国内外市场钻井液水平,降低钻井综合成本,增加企业利润上有着重要的意义,为了适应国内外钻井液形势的发展,有必要进行油基钻井液技术产业化和规模化发展。

3 油基钻井液产业化规模化发展面临的问题

3.1 加强研发力度,解决好油基钻井液的技术问题

虽然油基钻井液已成为钻高难度高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段,但其仍然存在一些问题。解决好这些问题,充分利用油基钻井液的优点,开发低污染、低成本,且与地层配伍性好的油基钻井液体系,将是油基钻井液研究和应用要面临的重要课题。

(1)悬浮和乳液稳定性问题。对于油基钻井液,加重材料的沉降问题特别突出。研究表明,加重剂的油润湿性及油包水钻井液中水相的组成,对重晶石的悬浮稳定性影响较大。在白油中将加重材料(如重晶石)磨细,可使其表面具有有效的油湿性和抗沉降能力。高温下油基钻井液的黏度会降低,因此保证高温下钻井液的悬浮稳定性非常重要。优选或研制抗高温增黏剂、提切剂和润湿剂,可有效提高钻井液的悬浮稳定性。

油基钻井液使用中,必须确保乳液的稳定性。目前,衡量乳液稳定性的主要指标是破乳电压。破乳电压通常是将老化处理后的钻井液于低温下测定,其结果不能真实反映油基钻井液在高温下的稳定性。基于此,提出采用SW-I高温高压电稳定仪测量高温下的破乳电压。从钻井液的组成讲,乳液稳定性的关键,取决于表面活性剂的特性及高温稳定性,以及与其他处理剂的配伍性,故研制高性能表面活性剂是提高油基钻井液稳定性的关键。

(2)封堵问题。尽管油基钻井液具有很强的抑制性,但对于一些层理和微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层,油的侵入仍然会带来地层的不稳定因素,故油基钻井液的封堵问题仍然不能忽视。通过在油基钻井液中引入超微细颗粒材料、纤维材料、变形材料和黏弹性材料,可大幅提高其封堵能力。增强油基钻井液的封堵能力对保持硬脆性泥页岩的井壁稳定至关重要。

(3)油基钻井液流变性对温度的敏感性。研究表明,油基钻井液的流变性受温度影响比较明显。

相对于流变性的温度敏感性,钻井液在低温(低于40℃)下黏度升高问题更显突出,特别是高密度油基钻井液在从井底返到地面后的黏度升高幅度非常大。该问题在中原油田濮深18-侧1井采用密度为2.1g/cm3的油基钻井液施工中就明显暴露,特别是钻遇稠油层后,由于稠油的污染,钻井液在低温下黏度更高(取地面钻井液在39℃下测得的漏斗黏度为429s,当加热到60℃时测得的漏斗黏度为128s,足见温度对黏度的影响)。此现象在一定程度上给钻井作业带来影响,故解决油基钻井液低温下黏度高的问题十分迫切。

(4)钻屑或钻井液污染问题。钻屑或钻井液的排放,会对环境造成一定的影响,寻找经济有效的处理方法,研制无毒的钻井液体系,是减少污染的关键。使用油基钻井液时,钻屑上滞留的油量越多,处理越复杂。采用可减少油基钻井液在钻屑上滞留量的新型处理剂,添加至油基钻井液后,可有效减少钻屑表面吸附的油量。通过加入一种油溶性的聚合物表面活性剂,可以得到降低岩屑上油的滞留量的聚合物油基钻井液体系。这些研究,为减少钻屑污染提供了一些思路,但要达到经济、高效处理,还需进一步努力。为了尽可能减少油基钻井液的污染,采用低毒或无毒的油基钻井液是一种重要途径。

由于植物油具有很高的闪点、燃点,以及良好的高温稳定性,可循环利用,且其具有易降解性和低毒性,使植物油基钻井液的环保性能与水基钻井液相当。以棕榈油为基础油的钻井液,无毒,即使在厌氧的条件下,钻井液和岩屑的生物降解率也可达到80%。实验表明,棕榈油基钻井液具有较好的环境可接受性,对环境影响小,LC50大于100000mg/L。

采用可逆转的油基钻井液,既可保持常规油基钻井液的优点,又可在完钻后及时转化为水包油乳化钻井液,将油湿的岩石表面重新转变为水湿,避免油相渗透率降低,对储层起到有效的保护作用,还便于对泥饼的清洗和清除,在海上钻井中可简化对钻屑的处理程序,减少处理费用,有利于环境保护。

(5)低剪切速率下流变性控制。低剪切速率流变性控制有两方面要求,一是在低温、低剪切速率下黏度不能过高;二是在高温、低剪切速率下必须具有一定的黏度,保证钻井液具有良好的携砂能力。要在理论研究基础上,通过优选配方,改善钻井液在低温和低剪切速率下的流变性,使其更好地用于深水钻井。在水平井或大位移钻井中,为保证井眼净化,还必须保证钻井液在低剪切速率下的良好携砂能力。低毒Versaclcan油基钻井液具有润滑性好、稳定性强及抗高温、抗污染和保护油层的特点,且在低剪切速率下具有较高黏度,适用于钻大位移井。

(6)天然气侵及稠油污染问题。天然气等可溶于油基钻井液。在超过临界压力和临界温度的井眼内,天然气有可能在油基钻井液中完全溶解、凝析,甚至发生超临界现象。故,天然气侵入油基钻井液后的运移膨胀规律有别于水基钻井液。在向上部井段运移过程中,溶解气存在反凝析挥发现象和气体因压力降低而发生的等温膨胀现象,将引起井筒气液体积比的急速升高。若不对侵入油基钻井液的天然气进行井口控制,有可能引发灾难性事故。钻遇稠油层时,稠油会溶于油基钻井液,导致钻井液流变性变差。因此,在采用油基钻井液钻开稠油层时,必须重视稠油污染的预防和处理工作。

3.2 建立油基钻井液回收处理站,解决成本及污染问题

与水基钻井液相比,油基钻井液的配制成本要高得多,也会对井场周围的生态环境造成影响。通过油基钻井液回收再利用,不仅可以大幅降低成本,而且可以减少污染。因此,应用油基钻井液的同时,必须重视对油基钻井液的回收再利用,建立集中的油基钻井液处理与储存基地,通过配套设备,制定科学的处理工艺,实现油基钻井液的循环利用,达到降低成本和减少环境污染的目的。

3.3 建立油基钻井液处理剂生产基地,实现油基钻井液科研、生产及技术服务一体化

油基钻井液关键技术之一是掌握油基钻井液处理剂的生产制造技术,这也是油基钻井液的核心技术,掌握了处理剂的制造技术,实现油基钻井液处理剂自给,才能真正形成具有自主知识产权的全油基钻井液技术,并在国际市场竞争中占有主动权。

3.4 采取区域整装开发,实现规模化应用

大家都明白,绝大多数产品只要批量生产,其单个产品成本必然降低。国内油基钻井液的局限大多因为成本问题,使用也不能成规模,这样单井钻井液成本较水基高出较多,形成了恶性循环,从而油基钻井液也被戏称“豪华”钻井液。如果用于某个区块整装开发,钻井液的重复使用率提高了,钻井综合成本下降了,单井钻井液成本也下降了,才能实现规模化应用。

4 结语

无论是当前国内外油基钻井液应用与发展形势,还是国外贝克休斯、哈里伯顿、斯伦贝谢等等钻井液技术服务企业纵向一体化发展模式,油基钻井液技术都是当前不可不引起重视的。

20世纪80年代以来,油基钻井液因为成本贵、环境污染、不安全等原因沉寂了20多年,似乎这么多年水基也能解决问题,但是随着钻井向复杂地区、复杂地层;深井、超深井;长水平段井、多分支井等延伸,油基钻井液就显示了水基钻井液无法比拟的优势,而且当前油基钻井液技术采用重复使用、钻屑无害化处理、钻完井后近井壁解堵等技术已经彻底解决了原油基钻井液的局限性。

全面推广和应用油基钻井液技术,降低复杂事故率,提高机械钻速,降低综合钻井成本,必然会促进油基钻井液技术规模化发展,给企业带来巨大的经济效益。

冯建建,男,1984年毕业于西南石油大学,一直从事钻井液与完井液技术现场服务和项目研究及管理工作。