環保鉆井液技術進展研究

周洪奎

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

隨著油氣資源勘探開發的深入，環境保護問題也越來越突出。鉆井液是鉆井施工中重要的環節，同時也是油氣開采過程中對環境產生污染的主要來源。鉆井液中含有的大量化學處理劑和廢棄巖屑會對生態環境產生不可逆的破壞作用。隨著民眾環境保護意識的逐步加強和環保法律的逐步完善，如何控制鉆井液的污染已成為鉆井從業者必須努力解決的問題。本文介紹了國內外研究和應用較為成熟的糖苷鉆井液、合成基鉆井液、高性能鉆井液和鹽水鉆井液。以期為環保鉆井液未來的發展提供參考。

1 葡萄糖苷鉆井液體系

甲基葡萄糖苷（MEG）一般由淀粉改性制成，是一種無毒易降解的環保材料，以其為主要原料配置的鉆井液體系具有良好的潤滑性和抑制性，并且成本相對較低。目前已經研發出陽離子MEG鉆井液、無粘土MEG鉆井液等多種鉆井液體系。

1.1 陽離子MEG鉆井液

國內的司西強等人[1]，以陽離子MEG（陽離子MEG由環氧氯丙烷和甲基葡萄酸苷在催化條件下合成）為主要處理劑研發了陽離子MEG鉆井液。該鉆井液體系抗溫150℃，潤滑摩阻系數為0.15。具有良好的抗溫性和潤滑性。

1.2 無粘土MEG鉆井液

無粘土MEG鉆井液的固相和粘度低、潤滑性好，有利于提高機械鉆速。其潤滑和抑制性能與油基鉆井液相似，但該鉆井液在流動狀態下的攜砂能力和靜止狀態下的懸浮能力不足，易形成砂床，所以不適宜應用與水平井或大斜度井等對鉆井液攜砂能力要求較高的井型。在大邑102井、201井的現場試驗表明該體系具有較強的抗溫、抗污染能力和優異的井壁穩定效果[2]。

2 聚胺高性能鉆井液體系

聚胺鉆井液是指以聚胺類抑制劑為主處理劑的鉆井液，目前已開發的有大陽離子聚胺抑制劑、小陽離子聚胺抑制劑、兩性聚胺抑制劑和疏水聚胺抑制劑等一系列聚胺基抑制劑。

2.1 UltraDrill聚胺高性能水基鉆井液

UltraDrill聚胺高性能水基鉆井液是一種性能突出、可回收利用的水基鉆井液體系[3]。其核心成分為：UltraHib（陰離子聚胺抑制劑）、UltraCap（陽離子聚胺抑制劑）、UltraFree（高效潤滑劑）、低粘聚陰離子纖維素和黃原膠。該鉆井液體系已經在歐美的多個油田和國內的大港、冀東等油田進行了現場應用。應用結果表明，該鉆井液體系有利于提高機械鉆速、穩定井壁和儲層保護。

2.2HPWBM鉆井液

該體系使用的AP-1（聚胺類抑制劑）和DS（封堵抑制劑）使其在潤滑性和井壁穩定性方面有更佳的效果。HPWBM鉆井液具有良好的抗污染能力，加入4%的膨潤土污染后，其MBT值僅為14.21kg/cm3，目前已在阿拉伯、Campos盆地取得了良好的應用效果，平均機械鉆速達到11m/h，比同區塊使用常規鉆井液的井的機械鉆速高4～6m/h。

2.3 鋁胺高性能鉆井液

鋁胺高性能鉆井液體系以AP-1（聚胺類抑制劑）和DLP-1（鋁聚合物）為核心處理劑。在鉆井過程中DLP-1與鉆井液接觸后產生的Al(OH)3沉淀物可以提高地層巖石的強度，從而提高井壁穩定性，該沉淀層還可以減少鉆井液濾液對地層的侵入。現場試驗表明，該鉆井液體系流變性能穩定，潤滑及抑制性能突出，抗溫大于150℃，巖心滲透率恢復值大于90%。

3 合成基鉆井液體系

合成基鉆井液使用氣制油、線性α-烯烴、線性石蠟等合成材料作為油相組成，是同時具有水基鉆井液和油基鉆井液優點的一種鉆井液。由于其具有無毒、可生物降解等環保特性，在墨西哥灣、北海等地區取得了廣泛應用，目前已成為海上油田使用的主要鉆井液體系之一。

3.1SBM鉆井液

SBM鉆井液以氣制油為連續相，通過加入乳化劑、降濾失劑和穩定劑配置而成。其具有流變性能好、失水小、抑制性強和穩定井壁效果突出等優點。目前已在BZ25油田進行了成功應用。現場應用結果表明，該體系破乳電壓大于1000,動塑比合理，高溫高壓濾失量較低，具有較好的應用前景。

3.2 聚α-烯烴鉆井液

聚α-烯烴以α-烯烴聚合而成，具有較強的抗溫能力，分子鏈上殘余的部分雙鍵有利于其生物降解。MI公司在北海的現場試驗表明，該鉆井液體系抑制性和潤滑性與油基鉆井液相當，但機械鉆速可提高10%以上。

4 有機鹽鉆井液體系

有機鹽鉆井液體系主要應用于含大段鹽膏層，縮徑和垮塌問題突出的地層。有機鹽鉆井液體系本身密度較高可減少重晶石的使用，因此具有較高的固相容量，同時大量有機鹽的存在可以增強其抑制性和防塌能力，且流變性易于控制[4-5]。

4.1 甲酸鹽鉆井液

甲酸鹽屬于有機鹽的一種，溶于水后可分離出的Na+、K+具有良好的抑制作用，吸附在粘土端面的甲酸根（HCOO-）可以和其他甲酸根以及水分子之間發生氫鍵作用，從而形成水化膜。因此甲酸鹽具有良好的井壁穩定作用。除了具有環保及可回收利用的特性外，該鉆井液體系還可以降低水敏損害，有利于儲層保護[6]。

4.2 鉀鈣基有機鹽鉆井液

鉀鈣基有機鹽鉆井液是在有機鹽鉆井液的基礎上加入CaCl2和CaO配置而成，可以進一步提高鉆井液的防塌抑制能力和攜砂攜巖能力。該體系的研發有效解決了瑪河氣田泥頁巖地層易垮塌的問題。室內實驗證明，該體系滾動回收率高達99.5%[7]。

5 結論及建議

環保型鉆井液的研究及應用將有效地減少鉆井施工過程中的環境污染問題，是滿足鉆井施工安全、優質、高效的重要環節。從20世紀90年代逐步發展起來的糖苷鉆井液、合成基鉆井液、高性能鉆井液和鹽水鉆井液，已經很大程度上取代了對環境污染嚴重的油基鉆井液。但由于多種原因，國內的部分鉆井液體系在環保方面仍有缺陷，相關技術水平與國外也有很大差距。建議未來國內的鉆井液研究人員從以下幾個方面開展研究：①開發環保型處理劑，并加強相關機理研究；②加強天然材料的開發利用，通過適當改性來提高性能降低成本；③加大現場推廣應用規模，從而進一步減少鉆井液對環境的影響和危害。