油基钻井液的探讨与分析

2015-12-19段晓东王文强韩玉平

西部探矿工程 2015年12期

关键词：钻屑含油钻井液

段晓东，王文强，张娟，赵鹏，韩玉平

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

油基钻井液的探讨与分析

段晓东*，王文强，张娟，赵鹏，韩玉平

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

为满足公司新开拓新的俄罗斯亚马尔LNG项目钻井任务，对油基钻井液进行技术调研。从油基钻井液的体系的概念、发展、用途、分类、处理剂简介及作用、维护处理重点、存在问题以及优选含油岩屑处理方法等进行了初步的探讨分析，系统地对油基钻井液进行全面了解。

油基钻井液；发展；分类；维护处理；分析

油基钻井液指钻井液的连续相为油，可能含有水，但含水量通常不超过5%。也就是说，油基钻井液以油、水、固相和油溶性化学处理剂为主体，加入各种添加剂，满足对钻井液性能要求。且具有抗高温、抗盐钙侵蚀，井眼清洁，井壁稳定、润滑性好、保护油气层等优点。反之，连续相为水的钻井液称作水基。现在，水中有油（乳液）或油中有水（反乳液）的钻井液或其它液体材料，各种油水比例都不难制备。区分油基和水基的原则，是以何者为连续相为准。

1 油基钻井液的体系

1.1 油基钻井液的概念

油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。分为两类：全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中水是无用的组分，其含水量不应超过10%，而在油包水钻井液中水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10%～60%。

1.2 油基钻井液的优缺点

（1）与水基钻井液相比较油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。

（2）目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取芯液等。

（3）油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。

（4）为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。

（5）为保护环境，适应海洋钻探的需要，从20世纪80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。

1.3 油基钻井液的发展阶段

（1）原油作为钻井液：有利于防塌、防卡和保护油气层，但流变性不易控制，易着，使用范围仅限于100℃以内浅井；

（2）全油基钻井液：具有油基钻井液的各种优点，可抗200～250℃高温，但配制成本高，较易着火，钻速较低；

（3）油包水乳化钻井液：通过水相活度控制有利于井壁稳定，与全油基钻井液相比不易着火，配制成本有所降低，抗温可达200℃～230℃；。

（4）低胶质油包水乳化：可明显提高钻速，降低钻井总成本，但由于放宽滤失量，对某些松散易塌地层不适合，对储层的损害较大；

（5）低毒油包水乳化钻井液：具有油基钻井液的各种优点，同时可有效地防止对环境的污染，特别适用于海洋钻井。

1.4 油基钻井液的用途

(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。

1.5 油基钻井液的分类[1]

（1）白油基钻井液：抑制、封堵防塌能力强，滤失量低，流变性好，避免了页岩井壁垮塌问题。

（2）气制油基钻井液：运动粘度低，携带能力强，能避免钻进过程中遇阻、钻速减慢，提高钻速。

（3）柴油基钻井液：可抗200℃～250℃高温，且高压下稳定性强，可以避免钻井过程中污染物对钻井液的污染，保持钻井液的性能稳定。但柴油基钻井液配制成本高，闪点低(55℃)易着火，钻速较低；且柴油自身毒性比较强，对储层伤害大。

（4）低毒油基钻井液：主要包括石蜡油基钻井液、精制白油基钻井液、VersaClean低毒钻井液、植物油基钻井液。

2 油基钻井液的维护处理

2.1 油基钻井液处理剂简介（见表1）

表1 油基钻井液处理剂简介

2.2 维护处理重点[2]

2.2.1 乳化稳定性

合理使用主乳化剂和辅乳化剂控制体系的稳定性，为防止体系破乳，加入主乳化剂的同时复配一定量的石灰，保持Es值＞900V，HTHP滤液中不含有自由水；配制基浆和新钻井液时必须充分剪切，由于水珠的尺寸支配着乳状液的稳定性，高度的剪切使水相分散成更细更均匀的水珠，体系更稳定，对于配制新浆尤为重要。促使形成水包油的方法有2种：一是加足量的乳化剂，二是施加外力，泥浆枪或离心泵来促使，水珠的大小对粘度和凝胶强度也有影响，加油体系更稳定，加水稳定性减弱，加油对粘度、凝胶强度、API失水都有影响，加油粘度降低，加水反之。因此，需要调节适当的油水比例。

2.2.2 滤失量

用与油基钻井液相匹配的降失水剂控制体系的HTHP失水量和改善滤饼质量，保持HTHP＜5mL，滤饼厚度＜2mm，没有虚厚滤饼，钻进时做到摩阻小，扭矩小。

2.2.3 流变性

采用流型调节剂、润湿剂调整钻井液流变性，固相油润湿不足，会造成固相分散，致使塑性粘度、静切力增大，动切力减小，使固相不易清除，严重时造成堆积，进而影响油基钻井液的其他性能，在加入较多的重晶石或者铁矿粉等加重剂前要先补充适量的润湿剂；引人提切剂调节体系的粘切力，保持低转速下具有较高的粘切力，保证良好悬浮能力。

2.2.4 固相含量

首先保证固控系统必须保持良好运转，充分利用振动筛和除砂、除泥器清除岩屑，运用离心机除去体系中的有害低固相，充分净化钻井液，保证良好性能，同时有利于提高机械钻速；固控设备应用效果不理想时可考虑采取沉淀固相、新浆置换等方法。

2.2.5 抗污染能力

适当过量的生石灰是必须的，油基钻井液的碱度至关重要，提供的Ca2+有利于二价金属皂的生成，保证乳化剂发挥其效用，防止电解质CaC12发生电离，可有效抵抗和消除CO2和H2S对钻井液的酸污染，维持油基泥浆pH在8.5～10，有利于防止钻具腐蚀。CaC12作为油基钻井液的活度控制剂，用来控制油基钻井液水相活度，适量浓度的CaC12使油基钻井液中水的活度大于或者等于地层水的活度，防止地层水向钻井液中运移。切忌在加CaC12的同时加入重晶石。

3 油基钻井液存在的问题

3.1 油基钻井液悬浮和乳液稳定性问题

油基钻井液加重材料的沉降性问题比较突出，严重影响了钻井液的悬浮稳定性能。经研究油包水钻井液的水相组成，以及加重剂的油润湿性成为影响悬浮稳定性的重要因素。使用具有较强抗温性能的润湿剂、提切剂以及高温增粘剂，能够明显的改善钻井液的稳定性。

3.2 油基钻井液封堵问题

油基钻井液尽管抑制性能较为显著，但是如果油进入到破碎性地层中，仍会给其稳定性造成一定的影响。因此实际生产时应认真对待油基钻井液封堵问题。研究证明，如在钻井液中添加一些粘弹性材料、变形材料、纤维材料等，能够改善钻井液的封堵性能，进而提高井壁稳定性，保证钻井施工的顺利进行。

3.3 油基钻井液温度敏感性问题

油基钻井液在低温条件下粘度较高，尤其密度较高的钻井液从井底上升到地面上时粘度上升更大，往往给钻井作业带来不利影响，况且俄罗斯亚马尔LNG项目更处于极度寒冷地段。因此采取有效措施降低钻井液低温状态下的粘度至关重要。

3.4 油基钻井液钻屑污染问题

采用油基钻井液时由于钻井液或钻屑的产生，往往给环境造成一定的影响，因此，探索既经济又切实可行的处理方法，进而研制出污染小的钻井液体系，是减少污染的重要途径。实际施工时，如果钻屑中含有的钻井液量比较大，则处理难度就越大。因此钻屑污染问题还需要进行深入研究。

3.5 低剪切速率流变控制问题

钻井作业时，低剪切速率流变控制应重点做好以下两方面内容：其一，温度较低时，低剪切速率下粘度不宜太高；其二，温度较高时，低剪切速率下应有粘度，以此保证其携砂能力不受影响。对油包水钻井液进行研究，结果表明当处在低剪切速率条件下，会形成具有高弹性的一种类似固体的结构，而弹性受温度影响较大，如果温度升高则其弹性性能和结构强度会减弱。同时剪切力也会其性能造成影响，能够使钻井液由固态转变成液态。剪切过后的钻井液静止一段时间后恢复原来的结构状态。这一现象不利于实际的生产。因此，需要建立一定温度范围内的油基钻井液流变特征模型，并以此为基础不断优化施工方法，进而提高钻井液在低温、低剪切速率下的流变特性。另外，为了实现净化井眼的目的，应保证钻井液在低剪切速率下具有较强的携砂能力。

4 优选含油岩屑处理方法

废弃油基泥浆和含油钻屑已纳入《国家危险废物名录》，环保部门对含油钻屑的管理也会越来越严格，因此对含油钻屑进行处理，并进行适当的回收利用显得尤为迫切和必要。传统的处理含油岩屑的方法有：回注法、掩埋、固化焚烧法、热解法、清洗法、离心法、生物降解法等。通过对含油钻屑处理方法的优选调研分析得出：含油钻屑处理难度大，传统离心法、清洗法、掩埋固化等无法彻底解决；传统方法仅热解法适用，但缺点明显，回收后油利用率低，耗能高，投资大。最后优选出采用离心法与生物降解结合的方法。离心法：现场钻屑含油率较高，效益可观，离心后可使含油率降到5%～8%左右；生物降解：经过离心法后剩余的含油率在5%～8%左右的钻屑，经过生物降解的无害化处理后，降解一个月后，可以使含油率降低至2%以下，效果良好。