環(huán)保鉆井液研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

劉學(xué)英

摘要：隨著現(xiàn)代化的鉆井施工的技術(shù)發(fā)展，在鉆井施工過程會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄鉆屑和鉆井液。為了可以更好的提升環(huán)境質(zhì)量，目前很多的鉆井工程都在逐漸的應(yīng)用環(huán)保鉆井液技術(shù)。本文正是從環(huán)保角度出發(fā)，結(jié)合目前鉆井液的現(xiàn)狀，來聊聊環(huán)保鉆井液的未來發(fā)展之路。

關(guān)鍵詞：環(huán)保鉆井液技術(shù);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

隨著石油工業(yè)的進(jìn)步，復(fù)雜地層深井、超深并不斷涌現(xiàn)，環(huán)境保護(hù)問題也越來越突出。鉆井液是鉆井施工中重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是油氣開采過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的主要來源。因此，研發(fā)環(huán)境友好、高效、穩(wěn)定、性能優(yōu)良的鉆井液意義重大。

1環(huán)保型鉆井液的現(xiàn)狀

1.1烷基糖苷鉆井液

烷基糖苷（APG）是葡萄糖或者淀粉經(jīng)過酶解作用，通過酸性催化劑催化后，與脂肪醇縮合生成的有機(jī)化合物。因具有優(yōu)良的配伍性（能與各種離子、非離子表面活性劑復(fù)配）、起泡性、溶解性，且無毒、無刺激、易生物降解而被廣泛應(yīng)用。烷基糖苷鉆井液最早應(yīng)用于石油工程領(lǐng)域是在1994年2月在美國達(dá)拉斯召開的IADC/SPE鉆井工程會(huì)議上，因其優(yōu)越的性能受到廣泛關(guān)注。烷基糖苷鉆井液在鉆遇強(qiáng)水敏性泥頁巖及含泥頁巖等容易坍塌地層時(shí)，能有效抑制泥頁巖水化膨脹，從而起到穩(wěn)定井壁的作用。

烷基糖苷鉆井液的抑制機(jī)理是：甲基葡萄糖苷（MEG）吸附在泥頁巖表面形成一層半透膜，通過控制鉆井液的水活度，影響其在泥頁巖中水的轉(zhuǎn)移程度，從而從根本上抑制泥頁巖水化膨脹，起到穩(wěn)定井壁的作用。烷基糖苷鉆井液能減少使用油基鉆井液而造成的巨額的鉆屑處理費(fèi)用，減少健康和安全隱患，有著無毒、不產(chǎn)生有害氣體、易生物降解的特點(diǎn)。根據(jù)歐盟規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，甲基葡萄糖苷溶液在濃度為80%時(shí)，烷基糖苷鉆井液的LC50值高于500G.L-1。因此，烷基糖苷鉆井液作為一種新型的環(huán)保型鉆井液被廣泛應(yīng)用于海上油田延伸井、大斜度井鉆井工程。

烷基糖苷鉆井液用于鉆井作業(yè)時(shí)，體積分?jǐn)?shù)在35%以上具有很好的保護(hù)儲(chǔ)層、抑制泥頁巖水化分散的作用，同時(shí)具有很好的潤滑性，理想用量一般為45%-60%。但是由于其加量過大、成本過高而限制了其大規(guī)模推廣。

1.2硅酸鹽鉆井液

硅酸鹽鉆井液作為一種環(huán)保型水基鉆井液，成本較水基鉆井液高30%左右，通過與聚合醇或其它無機(jī)鹽復(fù)配能夠使其性能進(jìn)一步提高，是目前能滿足環(huán)保和成本控制要求同時(shí)能適應(yīng)復(fù)雜地層鉆井作業(yè)的環(huán)保型鉆井液。研究表明，硅酸鹽鉆井液體系內(nèi)硅酸鹽的模數(shù)一般為2.8～3.4，加量為3%～5%。

硅酸鹽鉆井液的缺點(diǎn)是：由于良好的封堵性能導(dǎo)致其形成的凝膠會(huì)在儲(chǔ)層段損害儲(chǔ)層;鉆井液的流變性和濾失量難以控制;對(duì)pH值要求較高。

1.3合成基鉆井液

合成基鉆井液是以人工合成或改性有機(jī)物為連續(xù)相、鹽水為分散相，再添加乳化劑、降濾失劑、流變性能調(diào)節(jié)劑、加重劑等組成的逆乳化鉆井液，兼具油基鉆井液的抑制性和環(huán)保性，同時(shí)也有利于提高鉆速。與常規(guī)水基鉆井液相比，合成基鉆井液具有以下特點(diǎn)：具有很強(qiáng)的抗高溫能力和抗污染能力;具有優(yōu)良的井眼穩(wěn)定性和潤滑性;可在水中降解，其廢物可直接排入海中，且恢復(fù)期短;綜合成本較低。

油衍生的甲基酯C12～C14為主要配方的酯基鉆井液，并通過泥漿中油水比的控制，篩選出了最佳的酯基鉆井液配方;通過測(cè)定泥漿的流變特性、頁巖反應(yīng)活性和泥漿的毒性，研究了利用這種泥漿進(jìn)行頁巖氣鉆探的可行性。結(jié)果表明：油水比為80：20的泥漿具有最佳的流變性能;該酯基鉆井液的流變性能比水基鉆井液在液體損失方面減少80%;該酯基鉆井液的毒性比油基鉆井液小，即使在人工海水中浸泡96h，泥漿濃度依然能夠維持60%的蝦存活。

1.4聚合醇鉆井液

聚合醇鉆井液是近年來應(yīng)用于深井、超深井等復(fù)雜地層的防塌鉆井液，具有很好的抑制泥頁巖水化膨脹性能，能夠穩(wěn)定井壁，防止塌陷;具有很好的生物降解性，能夠保護(hù)油層，對(duì)環(huán)境破壞力小。聚合醇鉆井液主要是水基鉆井液通過與具有濁點(diǎn)的多元醇復(fù)配而成，一般包括聚乙二醇、聚丙三醇、乙二醇和丙三醇的共聚物。

聚合醇鉆井液的具體抑制機(jī)理尚未明確。一般認(rèn)為，源于多元醇的濁點(diǎn)效應(yīng)。當(dāng)溫度低于多元醇的濁點(diǎn)時(shí)，多元醇能夠依附在鉆具或鉆屑上形成一層憎水膜，起到阻止泥頁巖水化分散的作用，同時(shí)提高鉆具與井壁的潤滑性，延長使用壽命;當(dāng)溫度高于多元醇的濁點(diǎn)時(shí)，多元醇會(huì)從鉆井液中部分分離出來，不溶微粒將會(huì)堵住巖石縫隙，起到封堵作用，部分聚合醇則會(huì)形成一層油膜吸附在鉆具和井壁上進(jìn)一步起到阻止泥頁巖水化分散的作用。

盡管聚合醇鉆井液體系在穩(wěn)定井壁、抑制頁巖水化上效果明顯，但是該體系往往需要添加大量的KC1與聚合醇復(fù)配使用，而氯離子在陸地鉆井作業(yè)中被認(rèn)為是一種污染物，有可能抑制植被生長，也有可能污染含水層，從而限制了其發(fā)展。

Dow等[28]也認(rèn)為KC1的存在能夠?qū)钚哉惩疗鸬胶芎玫囊种谱饔?，但氯離子卻并沒有起到什么作用?？紤]到環(huán)保因素，該團(tuán)隊(duì)通過一系列的替代方案，用更具環(huán)保性的醋酸鉀（KOAc）代替KCI，在不影響鉆井液抑制性能的情況下，成功應(yīng)用于巴布亞新幾內(nèi)亞南部高地7口井的鉆探作業(yè)。

2展望

隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，環(huán)保型鉆井液的研發(fā)已是該領(lǐng)域的重要課題。目前，環(huán)保型鉆井液的研發(fā)大多停留在室內(nèi)階段，由于其環(huán)保體系不成熟、使用成本高、需要與大量處理劑復(fù)配、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)不易等問題，為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，大多數(shù)企業(yè)仍然選擇傳統(tǒng)鉆井液體系，從而阻礙了環(huán)保型鉆井液的發(fā)展。建議從以下幾方面完善環(huán)保型鉆井液的研發(fā)：（1）在對(duì)現(xiàn)有的鉆井液體系做到完全認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行更多創(chuàng)新，同時(shí)企業(yè)應(yīng)該注重鉆井液人才的培養(yǎng)，加強(qiáng)鉆井液預(yù)處理意識(shí)以及相關(guān)鉆井液配套維護(hù)工作。（2）應(yīng)以天然高分子材料、農(nóng)副產(chǎn)品以及工業(yè)廢料為主要成分開發(fā)成本低、環(huán)境友好的改性助劑，在保證鉆井液性能的前提下，減少鉆井液用量，并使其具有油基鉆井液抑制性的同時(shí)能兼顧環(huán)境友好性。（3）對(duì)于深井、超深井等復(fù)雜地層，應(yīng)重視鉆井液的抗溫、抗鹽、井壁穩(wěn)定、油層污染等問題，并建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系，明確鉆井液環(huán)保適用標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)語

綜上所述，環(huán)保鉆井液大力應(yīng)用的現(xiàn)代社會(huì)，人們已經(jīng)逐漸的認(rèn)識(shí)到其對(duì)于鉆井施工所產(chǎn)生的重要影響，所以在實(shí)踐中加大研發(fā)力度，不斷的進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)和提升，促進(jìn)鉆井液施工技術(shù)的提升，為石油企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，并且促進(jìn)社會(huì)快速向前發(fā)展。