高性能钻井液技术进展研究

2021-04-01王明国

西部探矿工程 2021年9期

王明国

（大庆钻探工程钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

1 概述

钻井液是钻探工程的重要环节之一，钻井液性能的好坏和成本的高低对勘探开发起着重要作用。近年来，国内外对深井、超深井、水平井和页岩气等非常规油气资源开采力度的不断加大，并对钻井施工成本逐步进行压缩。传统的油基钻井液虽然在抗温性、润滑性、井壁稳定性方面均是钻井施工的最佳选择，但其高昂的施工成本和对环境的影响，使其使用受到了大幅度限制。传统的水基钻井液则往往不能满足特殊工艺井对抗温性、润滑性及井壁稳定性的要求。因此，研发一种成本相对较低、处理维护简单，具有与油基钻井液相类似性能的高性能水基钻井液成为国内外相关科研机构和大型油服公司的重点。高性能水基钻井液的研发对降低勘探开发成本、提高油气田开发效益和促进复杂油气藏的规模开发具有至关重要的作用[1-2]。

目前国外的M-I、贝克·休斯、白劳德等大型油服公司均已开发出了相应的适合不同施工环境需要的高性能水基钻井液体系。并引入了“钻井液定制”理念，针对不同施工区块特点采用相应的钻井液配方。

国内在高性能水基钻井液的研发方面起步相对较晚，但经过近年来的不断努力，技术差距也不断缩小，开发了一系列适合国内油田的高性能钻井液体系[3-4]。本文主要介绍了国外高性能水基钻井液的相关研究进展，并论述了高性能钻井液未来的发展趋势。

2 高性能水性钻井液研究进展

2.1 钻井液体系研究进展

近年来，国外的各大油服公司对高性能水基钻井液进行了一系列综合研究，以期能在提高钻井体系的耐温性、润滑性和抑制性等各项性能的同时，进一步降低成本和减少钻井液的生物毒性，避免钻井液对生态环境的影响和破坏。

M-I SWACO致力于优化水基钻井液的配方，以实现油基仿制钻井液的目标。M-I SWACO公司率先提出了“钻井液定制”理念，开发出了针对不同施工区块特性的ULTRADRILL高性能水基钻井液体系和Hydra-Glyde高性能水基钻井液体系。其中ULTRA⁃DRILL高性能水基钻井液体系的组成主要以聚酰胺类化合物作为降滤失剂、以聚阴离子纤维素类作为增粘剂和辅助抑制剂、以聚胺类化合物作为主抑制剂、以生物聚合物作为流行调节剂、以植物基润滑油作为润滑剂以及一种专利技术的提速剂，该配方抗温可达130℃以上。Hydra-Glyde高性能水基钻井液体系则主要是以生物聚合物作为流行调节剂、以聚胺类化合物作为主抑制剂，并增加了一种专利成膜剂来提高井壁稳定能力。上述两种体系在保持了水基钻井低成本易维护特点的同时，具有良好的环保性能，在现场应用过程中，上述钻井液体系均表现出与油基钻井液相当的钻井速度，同时降低了井下复杂，从而为复杂结构井的钻井提供了“快速，安全，灵活”的钻井液技术解决方案。此外，MI SWACO还开发了新型纳米钻井液封堵剂，它通过物理密封微孔来抑制流体渗透和滤液侵入，从而进一步提高了页岩地层中钻井液的井眼稳定性，而且这种纳米封堵剂也具有良好的环保特性，可应用于环境敏感地区。

贝克·休斯（Baker Hughes）开发了一种商业名称为PERFORMAX的高性能钻井液体系。该体系的主要特点是使用了自主研发的聚氨基铝封堵剂（MAXPLEX）、纳米封堵剂（MAX-SHIELD）、高性能聚胺抑制剂（MAX-GUARD）和聚合物成膜剂（NEWDRILL），该体系具有良好的微孔隙封堵能力，尤其适合使用于页岩气地层。

此外，PERFORMAX高性能钻井液体系抗温可达150℃，具有良好的储层保护能力和环保特性，可满足美国和欧盟的海上排放标准。

EXXON公司开发了一种商品名为EHT的高性能水基钻井液，该钻井液具有良好的抗盐性，可用于陆地和海上钻探。其主要处理剂是纤维素类增粘剂和抗高温聚合物降滤失剂。现场应用的井底最高温度达到215℃，密度最高达1.86g/cm3。

2.2 高性能钻井液处理剂研究进展

为了达到钻井液的施工性能满足现场作业的需求，钻井液在配制过程中需要使用大量的处理剂，而处理剂的使用不可避免地会带来污染，尤其会对一些生态环境较为脆弱的地区造成较大的环境破坏。近年来，钻井液环保处理剂和环保处理手段得到了持续发展，油基泥浆的废弃岩屑和废弃钻井液的环保处理和回收利用技术得到了进一步的发展，但是相应的加工技术复杂，设备投资大，处理成本高。因此，国外更重视环境友好型钻井液处理剂的研究和开发，以便从源头控制钻井液的污染，从“终端控制”转变为“源头控制”。

研发低毒或无毒，可生物降解的环保型钻井液处理剂是研发高性能钻井液的必要环节。近年来国外油服公司相继研发了新型的钻井液处理剂，如抗高温耐盐处理剂和环保润滑剂等。其中美国NALCO公司研发了AMPS/MBA/AM共聚物。该共聚物在高温和高盐环境下仍具有很好的降滤失效果和流型稳定能力。德国巴斯夫公司研发的Polydrill，室内实验证明其抗温可达220℃以上，可在饱和盐水中使用，且具有良好的抗钙镁离子能力。

在淀粉和纤维素等可降解材料的深加工改性优化方面，国外公司也相继开发了配套产品。MI-SWACO公司研发了系列化的改性淀粉化合物Poly-Sal、Flo-Trol，该类化合物抗温100℃~120℃，可生物降解，具有优异的环保特性。

贝克休斯公司使用植物油脂肪酸和乙烯多胺合成了环保性润滑剂，该润滑剂可以紧密地吸附在钻具和井壁表面，形成非常稳定的油膜，可以大幅度增加钻井液润滑性并提高井壁稳定能力。美国Eco Global So⁃lutions公司研发了一种EGSTM-DFL环保润滑剂，其优异的润滑性可以大幅度降低钻具组合在井下的扭矩和摩擦，从而提高钻速。

2.3 钻井液的相关环保评价标准

虽然国内外均对高性能钻井液开展了大量研究，但在建立统一的钻井液环境性能标准和评价方法方面仍然有很多工作有待完成。钻井液的相关废弃物通常被归类于工业废物，不同国家在处理相关废弃物的标准也各不相同，相应的标准较为复杂。而实际上目前的有关对土壤污染、水资源污染的法律法规并不能完全适用于钻井液的实际情况，不能准确反映钻井液的环保性能，因为即使是原始处理剂都无毒无污染，也不能证明所有材料混合后不会产生生物毒性。因此，相关的钻井液环保标志仍需要进一步完善。