海上油田复杂地层钻井液技术探讨

2021-04-11

当代化工研究 2021年8期

（中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司广东 518067）

我国海岸线较长、幅员辽阔，具有丰富的海上油田储量，开采海上石油从某种程度来说对缓解我国石油资源需求量起到有效缓解作用。但受到海上油田储量环境恶劣、地形结构复杂等因素影响，显著增加了开采难度[1]。海上油田钻井工程施工中石油发生井壁坍塌、卡钻等问题，需要相关工作人员进一步探讨相关的施工技术解决此类问题。

海上油田应用的钻井液不同于陆地油田，其差异主要表现在两个方面：一方面，海上油田钻井应用的钻井液主要是由海水配置，但海水矿化程度较高，这就需要应用耐盐性能较高的处理剂。另一方面，由于施工地点为海上，海洋中生物较多，钻井液施工后排回海中，若应用具有毒性的钻井液，则不利于处理，还可能导致海洋生物死亡，对海洋生态平常产生破坏，且这一液体的积累也会危害捕食海洋生物的人类的生命安全。目前海上油田钻井施工主要应用水基站钻井体系，其可以更好的与海水融合，可通过生物降解处理，毒性很少，保护了海洋生态系统。

1.海上油气田开发存在的问题

(1)断层遮挡

断层遮挡指很多断块油气藏的圈闭，对地震资料成像产生不利影响，这从某种程度分析无论对储层预测和地震解释均产生很大影响，这是地层在断层遮挡影响下很容易存在下拉问题。因此，在此背景下必须高度重视地震资料品质的提高，在全面考虑深度预测的基础上满足开发产能需要[2]。

(2)底层缺失

在各种因素如断层、地层剥失等因素影响下很容易导致开发井与探井钻遇地层不一的问题，地层对比错误的问题比较常见，这给石油开采工作人员增加了钻井难度。因此，在开发海上油气田时应注意断层遮挡、地层缺失、异常感染等问题，这样才能最大程度避免影响中石油钻井工作。

(3)钻井液渗漏

部分工作人员缺乏经验，在开采海上石油时为了最大程度提高钻井液杂质吸附能力盲目提高钻井液浓度和含量，这不仅无法达到预期的目标，而且还可能加快钻井液渗漏的速度。此外，由于砂砾层具有较多的缝隙，影响了其粘结度，加快钻井液泄露速度。

(4)井壁坍塌

开采海上石油时若收到海水渗透的影响，则增加了开采难度。若无法有效控制海水，导致其渗透到岩石黏土中，则很容易对组织结构产生影响，对其稳定性产生破坏，最终无法支撑时就会出现坍塌事故[3-4]。此外，若井壁上的沙砾遇到油气，则很容易发生化合反应，这时随着化合物浓度显著增加，显著威胁人类身体健康，阻碍设备的正常运行。

(5)异常干扰

在开采海上汽油田是经常受到各种负面因素影响，如异常干扰，也就是开发目的层上方存在异常高或低速体，给人以视觉上的构造假象，这就导致地层平面和地层平均速度差异较大。基于此，可结合刻画异常体平面范围的方式解决，之后发挥地震属性提取法的作用确定异常体的影响范围，结合求取异常体纵向干扰的方式解决，用其解决探井钻遇异常体的问题。

(6)钻屑漏失

沙砾是海上地层主要构成，但从沙砾的性质分析可知其岩性不强，遇水后体积快速膨胀，并不利于相关工作人员开采海上石油。此外，由于海底水压较高，砂砾岩自身稳定性不强，无法抵抗海水的压力因而表现为松散的特点。砂砾岩被破坏时无法维持其形状，杂质浮动比较明显。当前阶段我国还未有相关的技术有效控制杂质的动向，这就导致很容易出现钻屑漏失的问题[5]。

2.海上油田复杂地层钻井液技术

近年来我国海上油田开采技术逐步得到发展，在发展中逐步朝着超深井、深井以及复杂底层开采方向发展，这个过程中钻井液性能对钻井施工产生较大的影响，一旦存在不合理使用的问题就很容易发生坍塌或卡钻问题，而要想避免此类事故，就必须加大力度研究钻井液技术。

(1)有机盐油田钻井液

近年来我国兴起了有机盐油田钻井液体，属于新型水基钻井液体系，应用了甲酸绝、甲酸钠、甲酸钾等有机盐。这一钻井液具有较多的优势，如具有良好的防塌性，可有效保护油气层，腐蚀性较低，是一种环保性能较高且可回收利用的钻井液。其与常规盐水体系不同，甲酸盐钻井液进入海洋后被其海水吸收，无副作用且无毒，降解速度较快，是一种很容易降解的生物。价格较高，但其可回收再次利用，整体性价比较高，目前广泛应用于海上油田钻探工作。

(2)聚合醇钻井液

由于海上油田环境恶劣且地层复杂，这就导致其与陆地石油钻井液存在较大的区别。海洋中生物较多，需要注意应用无毒的钻井液，否则就会造成大量生物死亡，破坏海洋生物链，若部分无法降解的物质走向人类餐桌，则对人们生命产生严重危害[6]。因此，很有必要加大力度研究海上油田钻井液并进行升级，确保在开采海上油田时不会对环境造成破坏。聚合醇钻井液是环保型水基站钻井液中的一种，聚合醇是主要的材料，还具有有机钻井液环保和优异性能，不会对地质录井产生干扰。其中，聚合醇是非离子型低分子聚醚，常温条件下具有良好的溶水性，毒性不高，可于短时间内快速降解，聚合醇钻井液具综合性能较好，润滑、防塌，将其应用于海洋钻井效果明显。

(3)硅酸盐钻井液

成本不高、无毒、无荧光是硅酸盐钻井液比较明显的优势。这一钻井液的应用结合多方协同计算对井壁进行稳定，但很难调整其性能，对钻井液pH值敏感性较强，摩阻较大且与其他处理剂配伍性不强[7]。总的来说，硅酸钻井液具有极为广阔的应用前景，目前广泛应用于墨西哥湾、阿拉斯加等。

(4)合成基钻井液

顾名思义，合成基钻井液是人工合成或改性的一种有机物，根据相关的性能需要加入重晶石、降滤失剂和流变性调节剂，种类极为丰富，成本相对较低，运动粘度低，但从环保方面分析仍有待加强。合成基钻井液也是一种无毒无害的技术，具有良好的生物降解率，不会对海洋生物环境产生污染，具有较高的润滑性，除了可以保护油层之外还有效稳定井壁，不会掺杂荧光类物质，更不会影响试井资料和测井。

(5)甲基葡萄糖甙钻井液

二十世纪九十年代已经提出了甲基葡萄糖甙钻井液，其同样属于新型水基钻井液体系范畴。从常规性能和防塌机理方面分析，甲基葡萄糖甙钻井液与油基钻井液相似度较高，人们也将其称为仿油基钻井液。大量的研究表明，这一钻井液的应用保护了油气层，有利于维持井眼稳定，有效抑制了泥页岩水化膨胀；同时，润滑性能较好，稳定性高，具有较强的抗污染能力，易于讲解，很少对海洋生态环境产生影响[8]。由此可见，这一钻井液体系在水平井和大斜度井中的应用可结合地层泥页岩表面形成半透膜，以此对地层水和钻井液的运移起到有效的控制。

(6)新型合成基油包水钻井液

这一钻井液与传统的油基钻井液相似度较高，有机物基液、加重剂、乳化剂和相关性能调节剂都是重要的组成成分。水相是分散相，通过加重剂调节密度；有机合成物是连续相，乳化剂相关性能的调节剂主要组成成分很多，如醚类、酯类、直链烷基苯类等。这些成分主要起到乳化、润滑、增加粘性和降滤失的作用。目前这一钻井液广泛应用于海上油田钻井平台，稳定性能较高。应用该钻井液对保护环境具有重要的促进作用，显著提高钻井速度，对井眼稳定性起到良好的保障。

(7)新型强抑制聚合物水基钻井液

科学技术快速进步，我国在钻井液技术方面的研究也取得一定的进步，阳离子聚合物钻井液这一具有较强抑制能力的新型钻井液已经成功研制。将其与传统的阳离子聚合物钻井液比较具有的优势有：运用有机聚合物包被剂，改良了阳离子，有效降低静电排斥力，强化与聚合物和黏土之间形成的桥链，有效保护了黏土[9]。此外，这一钻井液分子链中的疏水基团可有效避免其受到水分子影像，对页岩和水接触面起到进一步控制，降低岩土膨胀。