高性能水基鉆井液技術(shù)發(fā)展分析

孫晨 (中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部上海作業(yè)公司，上海 200335)

0 引言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境污染日益加劇。為減少在鉆井過程中造成的環(huán)境污染，提升鉆井效率，高性能水基鉆井液技術(shù)應(yīng)運而生。相較于油基鉆井液技術(shù)，水基鉆井液技術(shù)可以解決鉆井過程中的污染問題，提高工作效率，降低鉆井成本，是一種高效環(huán)保的鉆井液技術(shù)。長期以來，鉆井作業(yè)工作在鉆井液的使用方面主要采用油基鉆井液和其他混合基鉆井液，為了保護環(huán)境和提升工作效率，推廣水基鉆井液技術(shù)尤為必要。

1 高性能水基鉆井液簡介

水基鉆井液的組成主要包括以下成分：（1）水、淡水或者鹽水皆可；（2）膨潤土，主要起到提升鉆井液粘度降低濾失量的作用；（3）鉆井液處理劑，主要用于調(diào)節(jié)鉆井液性能，主要包括降濾失劑和降黏劑等；（4）加重材料，用于提高鉆井液密度，在遇到高壓情況下用于平衡底層壓力。高性能水基鉆井液在傳統(tǒng)水基鉆井液的基礎(chǔ)上運用新技術(shù)進行了優(yōu)化改善，經(jīng)過科研人員的探索努力，對鉆井液的處理劑、抑制劑等方面進行了改善，使得高性能水基鉆井液各方面性能都得到了提升。首先，減少包泥現(xiàn)象。鉆井機械一般轉(zhuǎn)速較快，傳統(tǒng)的水基鉆井液技術(shù)，鉆頭很容易出現(xiàn)包泥現(xiàn)象，嚴重影響鉆井的速度。而高性能水基鉆井液中一般會添加大量的除泥劑，從而提升機械工作效率[1]。其次，提高循環(huán)效率。鉆井系統(tǒng)是一個循環(huán)系統(tǒng)，鉆井液從泥漿罐進入到泥漿泵中經(jīng)過管道進入鉆桿和鉆頭，最后從進口流出，起到清洗作用。其循環(huán)過程中會形成大量的鉆屑，這些鉆屑會影響鉆井液的性能，不及時清除會造成鉆井事故。高性能的水基鉆井液會添加大量的處理劑，從而降低鉆屑含量，提升鉆井液循環(huán)利用效率，降低成本。再次，穩(wěn)定地層和井壁。鉆井過程會對地下土質(zhì)結(jié)構(gòu)造成破壞，如何平衡地層壓力和穩(wěn)定井壁，是鉆井液的重要衡量標準。高性能水基鉆井液具有良好的濾失造壁性能和抑制作用，減弱泥頁巖水化膨脹和分散的程度，防止發(fā)生井噴和井踏事故，提升鉆井作業(yè)的安全性能。最后，綠色環(huán)保。鉆井作業(yè)會產(chǎn)生大量的廢棄物，傳統(tǒng)的鉆井液都會對環(huán)境造成影響。而高性能水基鉆井液，采用的材料比較環(huán)保，對環(huán)境污染較小，產(chǎn)生的廢棄物和鉆屑也可以進行無害化處理，不會對環(huán)境造成二次污染。

2 高性能水基鉆井液技術(shù)進展

2.1 胺基聚合物的應(yīng)用

為了響應(yīng)保護環(huán)境的號召和降低鉆井行業(yè)成本，鉆井液研究人員一直在不斷進行各種實驗，以尋找一種優(yōu)秀的提升鉆井液性能的元素。在不斷測試中，人們發(fā)現(xiàn)了胺基聚醇的實際效應(yīng)，并采用胺基聚醇制成了高效的胺基聚醇制劑，用胺基聚醇做抑制劑的高性能水基鉆井液可以有效地減少鉆頭包泥現(xiàn)象，同時胺基聚醇對環(huán)境污染較小，可以有效地保護環(huán)境。胺基聚醇做抑制劑制成的高性能水基鉆井液，可以有效地抑制粘土膨脹，減少鉆井壓力，穩(wěn)定井壁，防止礦井坍塌[2]。此外，用胺基聚醇制成的高性能水基鉆井液在防鈣化和抗鹽蝕方面有著巨大的優(yōu)勢，在海底油氣開發(fā)的過程中可以很好地保護鉆井設(shè)備，降低維護成本。胺基聚醇在水基鉆井液中的廣泛應(yīng)用，很好地提升了鉆井液性能，為油氣開采工作帶來了巨大便利。

2.2 鋁基聚合物的應(yīng)用

近年來，鋁基抑制劑在高性能水基鉆井液的運用研究方面獲得了較大進展。鋁基抑制劑，是由羥基酸和鋁聯(lián)合制成的具有強抑制作用的制劑，在一定的溫度、壓力和適當?shù)膒H值環(huán)境下可以與礦井中的元素結(jié)合形成防護層，防止井下液體滲入，可以起到降低礦井內(nèi)壁壓力，穩(wěn)定土層結(jié)構(gòu)的作用。鋁基抑制劑具有很好的吸附作用，可以減少鉆頭被粘土包覆的可能性，減少鉆頭包泥現(xiàn)象，提升鉆頭轉(zhuǎn)速，提高鉆井工作效率。鉆井過程會產(chǎn)生大量的礦屑，為后續(xù)處理工作帶來巨大壓力，處理得不好還會危害環(huán)境。鋁基聚合物在礦屑回收方面具有較好實際表現(xiàn)，可以更好地服務(wù)后期礦屑回收工作。

2.3 糖基聚合物的應(yīng)用

糖基聚合物在自然界中廣泛存在，擁有來源廣泛、獲取便捷的特點，受到了相關(guān)研究學(xué)者的重視。糖基聚合物安全無害，具有很好的吸附性和可降解性，很好地滿足了綠色環(huán)保的鉆井液發(fā)展需要。糖基聚合物制成的高性能水基鉆井液，吸附性較好，可以很好地凝聚礦屑和廢渣，保護鉆井設(shè)備，防止鉆機損壞[3]。糖基聚合物在黏稠性方面有不錯的優(yōu)勢，可以起到調(diào)節(jié)鉆井液黏稠度，降低濾失率等作用，能夠較好地平穩(wěn)土層，維持井壁內(nèi)外壓力，穩(wěn)定礦機工作環(huán)境，減少土層崩裂，礦井坍塌等現(xiàn)象的發(fā)生。

3 高性能水基鉆井液技術(shù)的應(yīng)用狀況

3.1 在深層礦井中的運用

隨著礦藏的開發(fā)和利用，礦井深度會逐漸提升，在礦產(chǎn)資源開發(fā)的后期，礦井一般會向下延伸數(shù)千米。隨著深度的增加，礦機所面臨的挑戰(zhàn)也逐漸增強，往往會出現(xiàn)卡和包泥現(xiàn)象，礦機設(shè)備容易出現(xiàn)鈣化和腐蝕現(xiàn)象，容易造成礦機損壞和礦井坍塌。高性能的水基鉆井液中含有有效的抑制劑和封堵劑，可以有效地保障礦機穩(wěn)定工作，維持土層穩(wěn)定。

3.2 在不同巖質(zhì)礦井的運用

地質(zhì)環(huán)境是影響礦產(chǎn)開采的重要因素，其中巖質(zhì)對于礦產(chǎn)開采具有很大的影響，不同巖質(zhì)的礦藏，其對開采方式和礦機的要求也是不同的。遇到硬脆性質(zhì)的巖層，其開采難度會大大提升，也對安全工作帶來了巨大考驗，稍有不慎便會發(fā)生移位和坍塌現(xiàn)象，造成巨大損失。使用高性能水基鉆井液可以很好地改善這一問題，高性能水基鉆井液利用其抑制性和土層穩(wěn)定性，維持礦井內(nèi)外壓力保持井壁穩(wěn)定。對于細微的巖石間裂隙，高性能水基鉆井液可以起到很好的填充和修復(fù)作用，防止裂縫擴大。

3.3 海上鉆井平臺的運用

海洋中蘊涵了大量的油氣資源，是獲取能源的重要途徑之一。海上鉆井平臺是獲取海洋油氣資源的主要方式。海洋海底環(huán)境復(fù)雜，水文多變，對鉆井技術(shù)有著較高的要求，對鉆井設(shè)備抗腐蝕性和穩(wěn)定性都有著較高的要求。高性能水基鉆井液可以很好地提升鉆機穩(wěn)定性，提高設(shè)備抗海水腐蝕的能力，提高海洋油氣資源開采的效率。

4 高性能水基鉆井液技術(shù)的未來展望

4.1 明確發(fā)展方向

我國礦產(chǎn)資源大多分布在西部地區(qū)，開采環(huán)境惡劣，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，對開采技術(shù)的要求較高。為適應(yīng)我國復(fù)雜的礦藏情況，滿足高強度的開采作業(yè)需求,高性能水基鉆井液可以很好地改善提升礦機工作環(huán)境，提升地下穩(wěn)定性。針對我國實際情況，高性能水基鉆井液要在以下方面進行加強和提升：（1）提高抗高溫性能，礦機作業(yè)由于高速摩擦，會產(chǎn)生高溫環(huán)境，鉆井液要起到冷卻溫度的作用，加強抗高溫材料和降溫劑的研發(fā)利用，才能維護好設(shè)備穩(wěn)定，提升使用效率；（2）提升穩(wěn)定性，水基鉆井液雖然具有較好的環(huán)保效果，成本也較低，但是其穩(wěn)定性稍顯不足，未來的研究方向要向提升其穩(wěn)定性傾斜[4]；（3）提升環(huán)保性，環(huán)保性是水基鉆井液的主要優(yōu)勢，在未來發(fā)展的過程中，一定要繼續(xù)強化其環(huán)保性能，多采用無害化和可降解材料制造。

4.2 營造良好的科研氛圍

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求逐步提升，保障能源安全是維護國家安全和地區(qū)穩(wěn)定的重要手段。高性能水基鉆井液技術(shù)是未來鉆井液發(fā)展的主要方向，也是提升我國能源開發(fā)工作的重要手段。高性能水基鉆井處理液雖然相較于油基鉆井處理液具有較好的環(huán)保性能，但是在穩(wěn)定性和回收率上表現(xiàn)較差，要加強這些方面的研究和學(xué)習(xí)。作為相關(guān)領(lǐng)域的研究者要目標長遠，腳踏實地，廣泛地學(xué)習(xí)研究相關(guān)知識，努力提升自己的科研水平，以期創(chuàng)造出更好地高性能水機鉆井處理液。企業(yè)要加大投入，提升科研人員福利待遇和工資水平，提供更好的科研環(huán)境，為科研人員創(chuàng)造好的研究環(huán)境。對取得的成果，在經(jīng)過試驗后積極地運用到實際生產(chǎn)中去，逐漸轉(zhuǎn)化成能夠促進礦產(chǎn)開采的先進技術(shù)。國家要鼓勵科技創(chuàng)新，完善專利保護的相關(guān)法律，維護科研成果，營造良好的學(xué)術(shù)和科研環(huán)境。在高校開設(shè)相關(guān)的課程，鼓勵學(xué)生進行相關(guān)研究，為高性能水基鉆井液研究領(lǐng)域培養(yǎng)人才。

4.3 加強國內(nèi)外交流

能源安全問題是人類共同面臨的問題，需要各國通力合作，共同努力。隨著全球各地礦產(chǎn)資源的開發(fā)逐漸深入 ,鉆井作業(yè)的難度和開采成本都是亟待解決的問題。高性能水基鉆井液技術(shù)可以很好地提升能源開發(fā)能力，提升能源安全,是未來鉆井液產(chǎn)業(yè)主要的發(fā)展方向。在高性能水基鉆井液技術(shù)方面，國內(nèi)企業(yè)在提升自己科研能力和生產(chǎn)能力的同時，要積極溝通合作，相互分享研究經(jīng)驗和生產(chǎn)經(jīng)驗，提升高性能水基鉆井液在實際礦產(chǎn)開采工作中的作用。國外關(guān)于高性能水基鉆井液的研究具有起步早、成果多等特點，具有較高的科研和生產(chǎn)水平，在鉆井液的抑制劑、潤滑劑和封堵劑方面具有領(lǐng)先地位。政府機構(gòu)要積極舉辦相關(guān)交流活動，加強國際合作，提升交流水平，提升高性能水基鉆井處理液的研發(fā)和生產(chǎn)水平。積極培養(yǎng)和引入人才，為科研人員提供更多的學(xué)習(xí)交流機會，讓他們可以接觸到國內(nèi)外先進的高性能水基鉆井液知識，做好未來的人才儲備。

5 結(jié)語

隨著工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境保護問題日益凸顯，單純地追求經(jīng)濟利益的時代已經(jīng)一去不復(fù)返了。高性能水基鉆井液具有綠色環(huán)保的特點，它的誕生代替了傳統(tǒng)的鉆井液，是鉆井液發(fā)展的主要方向。未來高性能水基鉆井液要在提升穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上繼續(xù)保持其環(huán)保特色，努力為我國鉆井液發(fā)展進步做貢獻。