海上油田复杂地层钻井液技术分析

2023-01-03彭江中海石油中国有限公司天津分公司天津300459

化工管理 2022年5期

彭江(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

为了解决我国能源短缺问题，我国近年来陆续上马了许多海上油田开采项目，并且海上油田开采技术应用水平同样得到了跨越式的发展。针对海上油田复杂地层开采的特点，我国着力研究了复杂地层钻井液技术，并在实际项目中取得了不错的应用效果。尽管与国外发达国家相比，我国钻井液技术还存在一些不足之处，但是随着我国加大对海洋钻井开采工艺的研发力度，我国海上油田复杂地层钻井液技术的应用水平势必会得到巨大提升。

1 海上油田复杂地层钻井液技术的研究意义

随着国际油气资源价格逐渐增加，为了降低油气资源的使用成本，我国在海上油气勘探工作上投入了大量人力、物力资源，并且海上油气资源的开发将会成为我国未来能源经济的主要增长点。在海上油田开采作业中，海洋钻井液工艺在其中发挥着重要作用，选用安全、科学的钻井液技术，有助于加快海洋油田的开采效率，并且可使开采作业更具安全、可靠的进行。

我国海洋钻井液技术不断发展，取得了积极的应用效果。随着我国越加重视环境保护问题，为了切实的保护海洋生态环境，对环境更加优异的海上油田钻井液技术将会成为钻井液技术今后重要的发展方向。加大对海上油田复杂地层钻井液技术的研究力度就显得十分重要且意义重大。

2 海上油田复杂地层的特点

与陆地油田开采工作相比，海上油田复杂地层具备以下特点。

2.1 厚石砂砾层表现的特点

测量研究表明，海上厚石砂砾层的厚度一般在1 km左右，其中含有大量砂砾石、黄棕黏土、灰棕黏土等，组成比例十分复杂。对于厚石砂砾层而言，其主要结构由砂砾石构成。在厚石砂砾层结构中，顶部与底部之间没有过渡层衔接，同时有一定程度的裂痕在夹层区域，使得钻井难度大幅度增加。

2.2 膏岩层表现的特点

研究表明，我国南海区域分布着大量膏岩断层。在膏岩断层中，白泥质膏岩与灰色膏岩是其中重要组成部分。技术人员可凭借肉眼，便可清楚的在岩壁中看见细砂砾。细砂砾的颜色主要有两种，即：浅蓝色与深棕色，细砂砾的增加将会抬升岩层的高度。与其他岩层相比，在海水长年累月的作用下，泥质膏岩会逐渐被溶解，导致钻井平台的井壁出现塌陷问题，影响钻井工作开展的稳定性。

3 海上油田复杂地层开采过程中存在的难点

3.1 井壁坍塌

在开采上海油田中的油气资源时，海水渗透程度越大，加之控制手段有限，将会导致井壁结构中渗入大量海水，破坏井壁结构的稳定性，从而导致井壁坍塌事故，影响开采作业的正常开展，甚至会引发安全事故。此外，在开采油气资源时，如果油气资源与井壁上的砂粒频繁接触，将会诱发化合反应，随着化合反应生成物的不断增多，将会对钻井人员的健康产生危害，而且也会对开采作业效率产生影响。

3.2 钻井液渗漏

在实际开采作业中，部分开采经验欠缺的人员会通过增加钻井液浓度来增强钻井液的杂质吸附能力，从而导致钻井液的渗漏程度大幅度增加，影响开采作业的正常进行。另外，对于砂砾层而言，由于砂砾层结构中存在大量缝隙，钻井液浓度的增加同样也会加剧钻井液的渗漏程度。

3.3 钻屑漏失

对于海上地层构成而言，砂粒是地层结构的主要组成部分。当砂砾与海水接触后，其自身体积会不同程度地增加，从而加剧了海上作业开采的难度。此外，随着海水深度的不断增加，砂砾岩的压力也不断提升，由于砂砾岩结构缺乏足够的稳定性，一旦水压上升将会对砂砾岩结构产生破坏作用，使砂砾岩变得十分松散，从而诱发钻屑漏失问题。

3.4 断层遮挡

所谓断层遮挡，指的是海上油田的地层构造十分复杂，导致地震资料成像无法对储层进行精准测算，从而引发断层遮挡现象，影响后续开采作业的效率。所以，为了避免出现断层遮挡问题，需要不断提升地震资料的质量，做好深度预算工作，为后续工作顺利进行打下坚实基础。

3.5 地层缺失

在开采海上油气资源过程中，由于存在断层、地层剥失等因素的影响，使得开发井与后期实际钻井所遇到的地层存在不一致问题，极大地提升了后期钻井难度。因此，为了解决地层缺失问题，需要在开发海上油田过程中对地层缺失问题予以更多关注，加快后期钻井效率。

4 海上油田复杂地层钻井液技术

在开采海上油田复杂地层时，钻井液技术的选取是否科学、合理，将会对钻井施工质量产生直接影响。为了提升海上油田复杂地层钻井质量，需要对钻井液技术进行有针对性地研究。

4.1 聚合醇钻井液

为了使水基钻井液更加环保，20世纪80年代末科研人员研发出了以聚合醇为主的聚合醇钻井液，并且获得了成功应用。与其他钻井液相比，聚合醇钻井液的性能十分出众，而且对海洋环境的影响小，有助于提升钻井效率。此外，随着聚合醇钻井液技术的应用推广普及，其表现出了出众的经济效益，钻井现场的技术效果也十分出色。作为一种非离子型的低分子聚醚，聚合醇在常温状态下容易与水相融合，随着温度升高，聚合醇会呈现出分离现象，从而演变为乳状的液体[1]。在井壁或钻屑表面，乳状化的聚合醇钻井液可以形成类似油状的憎水膜，有助于提升钻井液的润滑效果，同时也可防止井壁坍塌现象发生。与此同时，为了验证聚合醇钻井液的毒性程度，相关机构对聚合醇进行了毒性评价试验，试验表明聚合醇可以在28天完全降解，降解率优于其他钻井液，环保性能优异，在海洋钻井工作中具有卓越的应用前景。

4.2 有机盐钻井液

随着钻井液技术的不断发展，有机盐钻井液成为了水基钻井液体系中典型的代表。与其他钻井液相比，有机盐钻井液具有许多优点，例如，更好的防塌性能以及给予油气层更好的保护等，并且有机盐钻井液可以重复利用，环保性能同样十分出众。在常规盐水体系中，甲酸盐钻井液更加环保，对环境的副作用相对有限。此外，从毒性程度上看，甲酸钠与甲酸钾不会对海洋海域中的生物产生毒副作用，并且随着时间的推移，甲酸盐钻井液可以快速地在海水中完成降解反应。相关试验表明，经过28天的降解，甲酸盐的降解率可以达到70%以上，属于易降解类物质。从价格上看，甲酸盐的价格要高于无机盐类物质，但是甲酸盐具备可重复利用的条件[2]。随着海洋油田开采规模的不断增加，甲酸盐钻井液的应用日益广泛，并且收获了许多良好的反馈，应用潜力巨大。

4.3 甲基葡萄糖甙钻井液

作为一种新型水基钻井液，加加葡萄糖甙钻井液的防塌性能优于油基钻井液。大量试验证明，从抑制泥页岩水化膨胀的表现来看，甲基葡萄糖甙钻井液的抑制作用十分显著，有助于提升井眼的稳定性，防止油气层被破坏，并且润滑效果也十分出众，更加环保无毒，同时也有很强的耐温性与抗污染能力，降解率比较高，不会对周边环境产生影响。从合成方式上看，葡萄糖可以直接合成甲基葡萄糖甙，在催化剂的帮助下，甲基葡萄糖甙也可以由淀粉在高温环境下生成。通常来说，为了降低甲基葡萄糖甙的生产成本，大多会使用淀粉完成甲基葡萄糖甙的生产，并且生产工艺简单、设备造价低，并且原料更加容易获取。在地层泥页岩结构中，甲基葡萄糖甙会吸附在结构外部，并通过形成的半透膜完成地层水与钻井液之间的迁移，加快页岩中水进入钻井液的速度，防止地层泥页岩出现水化膨胀问题，提升井眼的稳定性。为了提升页岩的抑制效果，在钻井前需要对甲基葡萄糖甙的用量进行配比，通常将甲基葡萄糖甙的用量控制在45%左右可以提升半透膜应用效果。当前，国内外海上油田开采已经对甲基葡萄糖甙的应用效果进行了验证，并且验证效果十分成功、可靠。

4.4 合成基钻井液

通过人工合成方式形成制作的钻井液，可以称之为合成基钻井液。在合成基钻井液中，连续相为合成基液，分散相为盐水，在合成基钻井液中加入乳化剂、有机粘土、石灰等物质，可以形成水乳化钻井液。随着近年来我国钻井液技术的不断发展，合成基钻井液的种类也层出不穷，例如酯聚烯烃基钻井液以及线型石蜡基钻井液等。合成基钻井液的应用优势是使用成本低，并且无毒无害，降解率高。此外，在钻井过程中，含有合成基钻井液的污水、钻屑可以直接排放到海洋中，不会危及海洋生态环境。另外，从润滑性上看，合成基钻井液的润滑性更好，提升井壁的稳定性，不会对油层产生破坏作用。随着我国海洋钻井平台数量的不断增加，从钻井成本考虑的话，合成基钻井液的使用可以降低废液处理费用，提升钻机使用效率，并且对海洋环境更加友好，所以合成基钻井液的使用前景同样十分乐观[3]。

4.5 硅酸盐钻井液

从应用优势上看，硅酸盐钻井液几乎没有毒性，并且使用成本低，其在海洋油田复杂地层开采中应用具有不错的潜力。此外，大量试验证明，在海洋油田复杂地层中应用硅酸盐钻井液，可以提升井壁的稳定性，降低井壁坍塌几率。然而，硅酸盐钻井液的应用弊端同样明显，例如，硅酸盐钻井液的性能不够稳定，并且与其他处理剂搭配性能差，在强酸、强碱环境下应用效果不佳等。目前，随着国外钻井液技术的不断进步，国外科研人员已经找到消除硅酸盐钻井液诸多弊端的方法，从而使硅酸盐钻井液的使用前景更加明朗，并且其已经在部分海洋油田复杂地层开采作业中获得了有效应用。

5 海上油田复杂地层钻井液技术的发展趋势

当前，我国对油气资源的需求量达到了峰值，不仅要大力开采陆地油气资源，而且也要加大海洋油气田的开采规模，从而为我国接下来经济发展奠定基础。众所周知，海洋油田地形复杂，油气资源开采难度大，所以为了加快海上油气资源开发速度，大力研究钻井液技术就显得十分重要。此外，海洋生态环境近年来受到了不同程度地破坏，如何在开采油气资源过程中保护海洋环境，成为了油气开采企业所面临的一道难题。因此，为了更好的保护海洋环境，油气开采企业需从钻井液技术的研发下功夫，根据当前海洋油田开采现状为基础，注重研发环保型钻井液技术，并扩大环保型钻井液技术的应用范围，降低废弃钻井液对海洋生态环境的污染。

所谓环保型钻井液技术，顾名思义，指的是在满足海上油田复杂地层钻井需求的同时，可以降低钻井液对海洋环境的破坏，提升钻井工程的现代化水平。为了加快环保型钻井液技术的研发速度，油田开采企业要了解保护海洋生态环境的意义，并在当前钻井液技术的基础上，对现有钻井液技术进行优化、升级，提升钻井液的环保性。海上油田复杂地层钻井液技术的发展趋势可以概括为以下几方面：(1)大力发展新型合成基钻井液与低毒性钻井液，提升钻井液的环境保护能力；(2)环保型钻井液中无机盐的添加要与周边环境保持一致，降低无机盐的使用对周边环境影响，最大限度地降低钻井液的无机盐浓度，确保钻井液可以安全的得到应用；(3)投入更多资金发展具备更强生物降解能力的钻井液，注重将天然高分子材料加入到钻井液中，改良传统钻井液的降解性能，注重完善硅酸盐钻井液体系，提高无机环保钻井液的润滑与抑制性能，促进我国环保型钻井液技术应用水平再上一个层级。