淺談國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)規(guī)模化發(fā)展問題

馮建建 王茂仁 魏宏

(克拉瑪依市金鑫科技有限公司,新疆克拉瑪依 834000)

淺談國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)規(guī)模化發(fā)展問題

馮建建 王茂仁 魏宏

(克拉瑪依市金鑫科技有限公司,新疆克拉瑪依 834000)

本文通過對國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)市場現(xiàn)狀進行了分析,提出了國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)規(guī)模化發(fā)展的必要性,并進一步分析了油基鉆井液技術(shù)規(guī)模化發(fā)展需要解決的問題,較為全面的從管理者的角度審視了國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)行業(yè)發(fā)展情況,鼓勵加快國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展。

油基 鉆井液 規(guī)模化 頁巖油氣

目前,油基鉆井液已成為鉆高難度井、高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復(fù)雜井的重要手段。尤其隨著頁巖油氣等非常規(guī)能源勘探開發(fā)的需要,油基鉆井液的優(yōu)勢逐漸被重視。

無論是國際還是國內(nèi)市場,油基鉆井液技術(shù)已經(jīng)悄然成為拓展市場的利器,提升了企業(yè)參與鉆井液市場競爭的核心力量,也必然帶來新的利潤增長點和高額的經(jīng)濟回報。實施國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)規(guī)模化發(fā)展,是當(dāng)前鉆井液行業(yè)必須面臨的問題。

1 油基鉆井液主要用途

(1)鉆復(fù)雜和麻煩的頁巖油氣井;

(2)鉆高溫深井或高溫高密度井;

(3)生產(chǎn)層的鉆進和取芯;

(4)鉆鹽層、硬石膏層、雜鹽層;

(5)用作定向井的鉆井液;

(6)用作小井眼的鉆井液;

(7)鉆含硫化氫和二氧化碳的地層;

(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)用作防腐蝕控制液;

(13)用作套管封隔液。

2 國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)發(fā)展的必要性

2.1 油基鉆井液技術(shù)帶來了高額回報

據(jù)數(shù)字統(tǒng)計,2010年中國石油集團公司鉆井液技術(shù)服務(wù)井?dāng)?shù)12345口,其中國外僅占5.84%,但是卻實現(xiàn)了約鉆井液業(yè)務(wù)總收入的31%,其主要收入來自于油基鉆井液。

2.2 油基鉆井液技術(shù)在國際競爭中獲利

長城鉆探公司是國內(nèi)油基鉆井液技術(shù)里第一個嘗到甜頭的企業(yè),憑借具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全油基鉆井液技術(shù),2010年,長城鉆探開始參與委內(nèi)瑞拉國家石油公司招標(biāo)并中標(biāo),正式進入這一業(yè)務(wù)領(lǐng)域。2011年,長城鉆探僅在委內(nèi)瑞拉就簽訂了超過1.7億美元、三年完成的合同。有了這些基礎(chǔ),便有了擴展海外鉆井液市場參與國際鉆井液競爭的利劍。

2.3 國內(nèi)“油基鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用”戰(zhàn)爭暗流涌動、硝煙四起

2.3.1 長城鉆探工程公司

該公司國家“十二五”科技重大專項《油基鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用》去年正式立項,已經(jīng)研究出了兩套不同密度需求的白油基鉆井液體系,嘗試和探索了油基鉆井液現(xiàn)場堵漏和隨鉆堵漏。

截止2011年11月,長城鉆探公司已經(jīng)成功開發(fā)了以白油、柴油、氣制油為基礎(chǔ)的全油基鉆井液技術(shù),研制了全油基鉆井液有機土、降濾失劑、流型調(diào)節(jié)劑、潤濕劑等系列處理劑,形成了完整的全油基鉆井液技術(shù)體系。

2.3.2 渤海鉆探工程公司

渤海鉆探將全油基鉆井液技術(shù)研究作為“十項業(yè)務(wù)”之一。泥漿公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視,嚴(yán)密組織,成立了以經(jīng)理張松杰為組長的領(lǐng)導(dǎo)小組,以副總師王偉忠為項目長,公司專家與研究生為成員的技術(shù)研發(fā)團隊,制定了項目運行計劃,實行日匯報制度,有效推動了業(yè)務(wù)順利開展。通過技術(shù)研發(fā)團隊的自主研發(fā),強力攻關(guān),相繼研發(fā)了有機土、提切劑、降濾失劑等全油基核心鉆井液處理劑,成功研發(fā)柴油包水鉆井液體系、白油包水鉆井液體系、氣制油合成基鉆井液體系、全白油基鉆井液體系和全柴油基鉆井液體系。

2011年11月11日,張海9-23井已經(jīng)順利完井標(biāo)志著該公司全油基鉆井液首次在現(xiàn)場試驗成功。

2.3.3 川慶鉆探工程公司

2011年3月25日,由中國石油川慶鉆探川東鉆探公司50506隊承鉆的國內(nèi)第一口頁巖氣水平井——威201－H1井,針對頁巖地層極易破碎,液相侵入容易造成力學(xué)失穩(wěn)和水平井段失去垂直力學(xué)支撐,極易垮塌的特點,在施工中采用油基鉆井液,成功將油層套管下至目的層位,順利完井。這口井全井水平段長1079米,平均機械鉆速10.88米/小時,是這個區(qū)域同井段機械鉆速的2倍至3倍,并創(chuàng)造單支鉆頭鉆獲進尺1688.48米的同區(qū)域最長紀(jì)錄。

2011年9月23日,川慶鉆探鉆采院承擔(dān)油基鉆井液技術(shù)服務(wù)的浙江油田分公司首口頁巖氣水平井YSH1-1井順利完鉆,標(biāo)志著該院自主研發(fā)的油基鉆井液體系及系列處理劑在頁巖氣水平井上獲得成功應(yīng)用。

2.3.4 大慶鉆探工程公司

據(jù)了解信息,2011年大慶鉆探已經(jīng)與長江大學(xué)等院校合作,開展了油基鉆井液應(yīng)用于頁巖開采的試驗。

2.4 油基鉆井液可降低復(fù)雜事故率、提高機械鉆速、降低綜合成本

據(jù)悉2010年——2015年法國道達爾公司將在中國蘇格拉油田天然氣區(qū)塊設(shè)計開發(fā)井2000口,平均井深約3000m,除前期階段外,近80%的井采用油基鉆井液完井液,單井油基鉆井液完井液費用約400萬,僅以此計算,約需要油基鉆井液完井液費用64億,由于設(shè)計方案中采取了區(qū)塊開發(fā)、集中重復(fù)利用,9部鉆機同時投入使用,加上高效固控設(shè)備的有效控制,油基鉆井液完井液最高重復(fù)利用率可達40%以上,估計實際油基鉆井液完井液費用約43.27億,整體油田區(qū)塊開發(fā)油基鉆井液完井液費用比單井使用費用可節(jié)約成本約32.4%。據(jù)2010年該井區(qū)前期鉆探情況分析,油基鉆井液完井液比水基鉆井液完井液機械鉆速提高20%以上(含減少復(fù)雜的時間),鉆井綜合成本(不含隱性成本,如復(fù)雜導(dǎo)致的)可降低約10%。

綜上所述,油基鉆井液技術(shù)可以為企業(yè)參與國際油基鉆井液技術(shù)服務(wù)市場的競爭,擴展外部鉆井液使得占有份額,提高企業(yè)科技水平和國內(nèi)外的聲譽,提升企業(yè)形象和企業(yè)在國內(nèi)外市場鉆井液水平,降低鉆井綜合成本,增加企業(yè)利潤上有著重要的意義,為了適應(yīng)國內(nèi)外鉆井液形勢的發(fā)展,有必要進行油基鉆井液技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展。

3 油基鉆井液產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化發(fā)展面臨的問題

3.1 加強研發(fā)力度,解決好油基鉆井液的技術(shù)問題

雖然油基鉆井液已成為鉆高難度高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復(fù)雜地層的重要手段,但其仍然存在一些問題。解決好這些問題,充分利用油基鉆井液的優(yōu)點,開發(fā)低污染、低成本,且與地層配伍性好的油基鉆井液體系,將是油基鉆井液研究和應(yīng)用要面臨的重要課題。

(1)懸浮和乳液穩(wěn)定性問題。對于油基鉆井液,加重材料的沉降問題特別突出。研究表明,加重劑的油潤濕性及油包水鉆井液中水相的組成,對重晶石的懸浮穩(wěn)定性影響較大。在白油中將加重材料(如重晶石)磨細(xì),可使其表面具有有效的油濕性和抗沉降能力。高溫下油基鉆井液的黏度會降低,因此保證高溫下鉆井液的懸浮穩(wěn)定性非常重要。優(yōu)選或研制抗高溫增黏劑、提切劑和潤濕劑,可有效提高鉆井液的懸浮穩(wěn)定性。

油基鉆井液使用中,必須確保乳液的穩(wěn)定性。目前,衡量乳液穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是破乳電壓。破乳電壓通常是將老化處理后的鉆井液于低溫下測定,其結(jié)果不能真實反映油基鉆井液在高溫下的穩(wěn)定性。基于此,提出采用SW-I高溫高壓電穩(wěn)定儀測量高溫下的破乳電壓。從鉆井液的組成講,乳液穩(wěn)定性的關(guān)鍵,取決于表面活性劑的特性及高溫穩(wěn)定性,以及與其他處理劑的配伍性,故研制高性能表面活性劑是提高油基鉆井液穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

(2)封堵問題。盡管油基鉆井液具有很強的抑制性,但對于一些層理和微裂縫發(fā)育的硬脆性和破碎性地層,油的侵入仍然會帶來地層的不穩(wěn)定因素,故油基鉆井液的封堵問題仍然不能忽視。通過在油基鉆井液中引入超微細(xì)顆粒材料、纖維材料、變形材料和黏彈性材料,可大幅提高其封堵能力。增強油基鉆井液的封堵能力對保持硬脆性泥頁巖的井壁穩(wěn)定至關(guān)重要。

(3)油基鉆井液流變性對溫度的敏感性。研究表明,油基鉆井液的流變性受溫度影響比較明顯。

相對于流變性的溫度敏感性,鉆井液在低溫(低于40℃)下黏度升高問題更顯突出,特別是高密度油基鉆井液在從井底返到地面后的黏度升高幅度非常大。該問題在中原油田濮深18-側(cè)1井采用密度為2.1g/cm3的油基鉆井液施工中就明顯暴露,特別是鉆遇稠油層后,由于稠油的污染,鉆井液在低溫下黏度更高(取地面鉆井液在39℃下測得的漏斗黏度為429s,當(dāng)加熱到60℃時測得的漏斗黏度為128s,足見溫度對黏度的影響)。此現(xiàn)象在一定程度上給鉆井作業(yè)帶來影響,故解決油基鉆井液低溫下黏度高的問題十分迫切。

(4)鉆屑或鉆井液污染問題。鉆屑或鉆井液的排放,會對環(huán)境造成一定的影響,尋找經(jīng)濟有效的處理方法,研制無毒的鉆井液體系,是減少污染的關(guān)鍵。使用油基鉆井液時,鉆屑上滯留的油量越多,處理越復(fù)雜。采用可減少油基鉆井液在鉆屑上滯留量的新型處理劑,添加至油基鉆井液后,可有效減少鉆屑表面吸附的油量。通過加入一種油溶性的聚合物表面活性劑,可以得到降低巖屑上油的滯留量的聚合物油基鉆井液體系。這些研究,為減少鉆屑污染提供了一些思路,但要達到經(jīng)濟、高效處理,還需進一步努力。為了盡可能減少油基鉆井液的污染,采用低毒或無毒的油基鉆井液是一種重要途徑。

由于植物油具有很高的閃點、燃點,以及良好的高溫穩(wěn)定性,可循環(huán)利用,且其具有易降解性和低毒性,使植物油基鉆井液的環(huán)保性能與水基鉆井液相當(dāng)。以棕櫚油為基礎(chǔ)油的鉆井液,無毒,即使在厭氧的條件下,鉆井液和巖屑的生物降解率也可達到80%。實驗表明,棕櫚油基鉆井液具有較好的環(huán)境可接受性,對環(huán)境影響小,LC50大于100000mg/L。

采用可逆轉(zhuǎn)的油基鉆井液,既可保持常規(guī)油基鉆井液的優(yōu)點,又可在完鉆后及時轉(zhuǎn)化為水包油乳化鉆井液,將油濕的巖石表面重新轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂?避免油相滲透率降低,對儲層起到有效的保護作用,還便于對泥餅的清洗和清除,在海上鉆井中可簡化對鉆屑的處理程序,減少處理費用,有利于環(huán)境保護。

(5)低剪切速率下流變性控制。低剪切速率流變性控制有兩方面要求,一是在低溫、低剪切速率下黏度不能過高;二是在高溫、低剪切速率下必須具有一定的黏度,保證鉆井液具有良好的攜砂能力。要在理論研究基礎(chǔ)上,通過優(yōu)選配方,改善鉆井液在低溫和低剪切速率下的流變性,使其更好地用于深水鉆井。在水平井或大位移鉆井中,為保證井眼凈化,還必須保證鉆井液在低剪切速率下的良好攜砂能力。低毒Versaclcan油基鉆井液具有潤滑性好、穩(wěn)定性強及抗高溫、抗污染和保護油層的特點,且在低剪切速率下具有較高黏度,適用于鉆大位移井。

(6)天然氣侵及稠油污染問題。天然氣等可溶于油基鉆井液。在超過臨界壓力和臨界溫度的井眼內(nèi),天然氣有可能在油基鉆井液中完全溶解、凝析,甚至發(fā)生超臨界現(xiàn)象。故,天然氣侵入油基鉆井液后的運移膨脹規(guī)律有別于水基鉆井液。在向上部井段運移過程中,溶解氣存在反凝析揮發(fā)現(xiàn)象和氣體因壓力降低而發(fā)生的等溫膨脹現(xiàn)象,將引起井筒氣液體積比的急速升高。若不對侵入油基鉆井液的天然氣進行井口控制,有可能引發(fā)災(zāi)難性事故。鉆遇稠油層時,稠油會溶于油基鉆井液,導(dǎo)致鉆井液流變性變差。因此,在采用油基鉆井液鉆開稠油層時,必須重視稠油污染的預(yù)防和處理工作。

3.2 建立油基鉆井液回收處理站,解決成本及污染問題

與水基鉆井液相比,油基鉆井液的配制成本要高得多,也會對井場周圍的生態(tài)環(huán)境造成影響。通過油基鉆井液回收再利用,不僅可以大幅降低成本,而且可以減少污染。因此,應(yīng)用油基鉆井液的同時,必須重視對油基鉆井液的回收再利用,建立集中的油基鉆井液處理與儲存基地,通過配套設(shè)備,制定科學(xué)的處理工藝,實現(xiàn)油基鉆井液的循環(huán)利用,達到降低成本和減少環(huán)境污染的目的。

3.3 建立油基鉆井液處理劑生產(chǎn)基地,實現(xiàn)油基鉆井液科研、生產(chǎn)及技術(shù)服務(wù)一體化

油基鉆井液關(guān)鍵技術(shù)之一是掌握油基鉆井液處理劑的生產(chǎn)制造技術(shù),這也是油基鉆井液的核心技術(shù),掌握了處理劑的制造技術(shù),實現(xiàn)油基鉆井液處理劑自給,才能真正形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全油基鉆井液技術(shù),并在國際市場競爭中占有主動權(quán)。

3.4 采取區(qū)域整裝開發(fā),實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用

大家都明白,絕大多數(shù)產(chǎn)品只要批量生產(chǎn),其單個產(chǎn)品成本必然降低。國內(nèi)油基鉆井液的局限大多因為成本問題,使用也不能成規(guī)模,這樣單井鉆井液成本較水基高出較多,形成了惡性循環(huán),從而油基鉆井液也被戲稱“豪華”鉆井液。如果用于某個區(qū)塊整裝開發(fā),鉆井液的重復(fù)使用率提高了,鉆井綜合成本下降了,單井鉆井液成本也下降了,才能實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

4 結(jié)語

無論是當(dāng)前國內(nèi)外油基鉆井液應(yīng)用與發(fā)展形勢,還是國外貝克休斯、哈里伯頓、斯倫貝謝等等鉆井液技術(shù)服務(wù)企業(yè)縱向一體化發(fā)展模式,油基鉆井液技術(shù)都是當(dāng)前不可不引起重視的。

20世紀(jì)80年代以來,油基鉆井液因為成本貴、環(huán)境污染、不安全等原因沉寂了20多年,似乎這么多年水基也能解決問題,但是隨著鉆井向復(fù)雜地區(qū)、復(fù)雜地層;深井、超深井;長水平段井、多分支井等延伸,油基鉆井液就顯示了水基鉆井液無法比擬的優(yōu)勢,而且當(dāng)前油基鉆井液技術(shù)采用重復(fù)使用、鉆屑無害化處理、鉆完井后近井壁解堵等技術(shù)已經(jīng)徹底解決了原油基鉆井液的局限性。

全面推廣和應(yīng)用油基鉆井液技術(shù),降低復(fù)雜事故率,提高機械鉆速,降低綜合鉆井成本,必然會促進油基鉆井液技術(shù)規(guī)模化發(fā)展,給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

馮建建,男,1984年畢業(yè)于西南石油大學(xué),一直從事鉆井液與完井液技術(shù)現(xiàn)場服務(wù)和項目研究及管理工作。