環保鉆井液研究現狀及發展趨勢

劉學英

摘要：隨著現代化的鉆井施工的技術發展，在鉆井施工過程會產生大量的廢棄鉆屑和鉆井液。為了可以更好的提升環境質量，目前很多的鉆井工程都在逐漸的應用環保鉆井液技術。本文正是從環保角度出發，結合目前鉆井液的現狀，來聊聊環保鉆井液的未來發展之路。

關鍵詞：環保鉆井液技術;現狀;發展趨勢

隨著石油工業的進步，復雜地層深井、超深并不斷涌現，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。因此，研發環境友好、高效、穩定、性能優良的鉆井液意義重大。

1環保型鉆井液的現狀

1.1烷基糖苷鉆井液

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

烷基糖苷鉆井液的抑制機理是：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移程度，從而從根本上抑制泥頁巖水化膨脹，起到穩定井壁的作用。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用，減少健康和安全隱患，有著無毒、不產生有害氣體、易生物降解的特點。根據歐盟規定的排放標準，甲基葡萄糖苷溶液在濃度為80%時，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保型鉆井液被廣泛應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時，體積分數在35%以上具有很好的保護儲層、抑制泥頁巖水化分散的作用，同時具有很好的潤滑性，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模推廣。

1.2硅酸鹽鉆井液

硅酸鹽鉆井液作為一種環保型水基鉆井液，成本較水基鉆井液高30%左右，通過與聚合醇或其它無機鹽復配能夠使其性能進一步提高，是目前能滿足環保和成本控制要求同時能適應復雜地層鉆井作業的環保型鉆井液。研究表明，硅酸鹽鉆井液體系內硅酸鹽的模數一般為2.8～3.4，加量為3%～5%。

硅酸鹽鉆井液的缺點是：由于良好的封堵性能導致其形成的凝膠會在儲層段損害儲層;鉆井液的流變性和濾失量難以控制;對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物為連續相、鹽水為分散相，再添加乳化劑、降濾失劑、流變性能調節劑、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保性，同時也有利于提高鉆速。與常規水基鉆井液相比，合成基鉆井液具有以下特點：具有很強的抗高溫能力和抗污染能力;具有優良的井眼穩定性和潤滑性;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;通過測定泥漿的流變特性、頁巖反應活性和泥漿的毒性，研究了利用這種泥漿進行頁巖氣鉆探的可行性。結果表明：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用于深井、超深井等復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，能夠穩定井壁，防止塌陷;具有很好的生物降解性，能夠保護油層，對環境破壞力小。聚合醇鉆井液主要是水基鉆井液通過與具有濁點的多元醇復配而成，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理尚未明確。一般認為，源于多元醇的濁點效應。當溫度低于多元醇的濁點時，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，同時提高鉆具與井壁的潤滑性，延長使用壽命;當溫度高于多元醇的濁點時，多元醇會從鉆井液中部分分離出來，不溶微粒將會堵住巖石縫隙，起到封堵作用，部分聚合醇則會形成一層油膜吸附在鉆具和井壁上進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與聚合醇復配使用，而氯離子在陸地鉆井作業中被認為是一種污染物，有可能抑制植被生長，也有可能污染含水層，從而限制了其發展。

Dow等[28]也認為KC1的存在能夠對活性粘土起到很好的抑制作用，但氯離子卻并沒有起到什么作用。考慮到環保因素，該團隊通過一系列的替代方案，用更具環保性的醋酸鉀（KOAc）代替KCI，在不影響鉆井液抑制性能的情況下，成功應用于巴布亞新幾內亞南部高地7口井的鉆探作業。

2展望

隨著環保意識的加強，環保型鉆井液的研發已是該領域的重要課題。目前，環保型鉆井液的研發大多停留在室內階段，由于其環保體系不成熟、使用成本高、需要與大量處理劑復配、現場維護不易等問題，為規避風險，大多數企業仍然選擇傳統鉆井液體系，從而阻礙了環保型鉆井液的發展。建議從以下幾方面完善環保型鉆井液的研發：（1）在對現有的鉆井液體系做到完全認知的基礎上進行更多創新，同時企業應該注重鉆井液人才的培養，加強鉆井液預處理意識以及相關鉆井液配套維護工作。（2）應以天然高分子材料、農副產品以及工業廢料為主要成分開發成本低、環境友好的改性助劑，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能兼顧環境友好性。（3）對于深井、超深井等復雜地層，應重視鉆井液的抗溫、抗鹽、井壁穩定、油層污染等問題，并建立科學合理的評價體系，明確鉆井液環保適用標準。

3結語

綜上所述，環保鉆井液大力應用的現代社會，人們已經逐漸的認識到其對于鉆井施工所產生的重要影響，所以在實踐中加大研發力度，不斷的進行技術的改進和提升，促進鉆井液施工技術的提升，為石油企業創造更高的經濟效益，并且促進社會快速向前發展。