大港油田石油工程研究院天津市300280
摘要：钻井液影响着钻井工程的质量优劣与高效，其良好的流变性、抑制性、润滑性、抗温性、滤失低等特性有助于钻井施工的安全进行。而随着我国社会经济的迅速发展以及环保要求的提高，石油行业发展的环保问题也日益受到重视，研发新型的环保钻井液技术也就显得至关重要了。接下来，就环保型钻井液的研究现状及发展趋势展开论述。
关键词：环保型钻井液；研究现状；发展趋势
引言
钻井液在保证快速钻井、安全钻井、高效钻井中起着关键作用。近年来，随着环保意识的增强，我国越来越重视钻井液在油气井钻探过程中对周围环境的影响和破坏。随着石油工业的进步，复杂地层深井、超深井不断涌现，对钻井液提出了更高的要求。因此，研发环境友好、高效、稳定、性能优良的钻井液意义重大。
1常见的环保钻井液技术类型分析
1.1硝酸盐环保钻井液技术
钻井施工作业过程中,使用硝酸盐钻井液的主要作用就是进一步的加强井壁的稳定性和可靠性。一般情况下,硝酸盐钻井液具有流变性的特点,同时硝酸盐钻井液的浓度又比较高、可溶性比较强,因此就会经常出现失去控制的现象。所以想要解决这一问题,我们在钻井施工过程中加入灰钻井液和混合物钻井液,能够有效的控制硝酸盐钻井液的流变性。
1.2聚合醇环保钻井液技术
钻井施工作业过程中,聚合醇环保型钻井液的主要作用就是能够有效的对地质录井效果起到很好的保护作用,也能很好的保护周围的环境不会受到污染。所以在钻井施工实际的使用中,能够充分的发挥油基钻井液的技术性能,为石油企业的发展创造更大的经济效益和社会效益。
1.3合成基环保钻井液技术
合成基钻井液的主要组成有石灰、乳化剂、盐水等,是在人工合成的基础上,在对有机物进行合成。在钻井施工作业中,合成基环保型钻井液的主要作用就是可以形成水乳化钻井液,还能根据实际的需要,加入一些重晶石、降滤失剂和李变形调节剂等。
2环保型钻井液的研究现状
2.1硅酸盐钻井液
目前,硅酸盐钻井液体系在国外页岩气井已进行了初步现场试验。代礼杨等针对非洲乍得南部Bongor盆地的裂缝砂岩地层,研制了强抑制性K2SO4/硅酸盐钻井液体系,并将其应用于ProsopisE-1井钻井作业,井壁稳定性大大提高,井径规则,钻屑几乎没有分散,钻井液过筛容易,钻屑代表性强,易于清洗,表现出了良好的限制页岩水化膨胀的能力和很好的抑制防塌效果。
Fritz等通过对Fayetteville(费耶特维尔)页岩的地层参数进行分析,针对该地区蒙脱石和伊利石的页岩分层和矿物学不稳定现象,开发了一种高度抑制性的硅处理水基钻井液,并将其与油基钻井液在相似的油井和钻井条件下进行了性能分析和对比。结果显示:在钻探同等井深的情况下,两种钻井液的钻探速率、钻探时间大致相等。硅处理水基钻井液的开发,使得该地区复杂地层的油气钻探作业顺利进行,且具有很好的环保性,在不影响当地生态的前提下,还能节省因使用油基钻井液而造成的昂贵后处理费用。
2.2聚合醇钻井液
聚合醇钻井液是近年来应用于深井、超深井等复杂地层的防塌钻井液，聚合醇钻井液的具体抑制机理尚未明确。一般认为,源于多元醇的浊点效应。当温度低于多元醇的浊点时,多元醇能够依附在钻具或钻屑上形成一层憎水膜,起到阻止泥页岩水化分散的作用,同时提高钻具与井壁的润滑性,延长使用寿命;当温度高于多元醇的浊点时,多元醇会从钻井液中部分分离出来,不溶微粒将会堵住岩石缝隙,起到封堵作用,部分聚合醇则会形成一层油膜吸附在钻具和井壁上进一步起到阻止泥页岩水化分散的作用。
褚奇等针对页岩气开发对井壁稳定性的严苛要求,利用聚合醇钻井液的抑制特点,改变聚合醇钻井液的液相组成,研制了新型聚合醇钻井液,并对该钻井液进行了抑制膨润土造浆实验、页岩膨胀实验和页岩滚动分散实验。结果表明:新型聚合醇钻井液的膨润土水化抑制性能比添加泥浆抑制剂更优;不同岩层样本在70℃下热滚16h的二次回收率均比添加泥浆抑制剂的基浆更高;相比传统钻井液,新型聚合醇钻井液在抑制泥页岩水化分散、水化膨胀和膨润土水化造浆上更有优势,具有较好的发展前景。
2.3合成基钻井液
李娜等针对长宁区块岩层碳质含量高、脆性大、水平段井壁易失稳等问题所合成的环保型合成基钻井液在满足环境友好的情况下,同时兼顾压力敏感地层的钻探作业,具有很好的工程实用性。具体配方如下:基础油+30%CaCl2水溶液(质量浓度25%~35%)+(3%~5%)主乳化剂+(2%~3.5%)辅乳化剂+(2%~3%)润湿剂+(1%~1.5%)流变性能调节剂+(2%~3.5%)降滤失剂+(2.5%~3%)多级粒子硬性封堵剂+(1%~2%)塑性封堵剂+(1.5%~2.5%)液相封堵剂+(1%~1.5%)CaO+重晶石(视密度而定)。该钻井液体系在现场施工中无任何环境污染和井壁失稳等现象发生,钻进过程畅通无阻。
Sauki等认为在处理可能导致页岩水化的水敏地层时,传统水基钻井液并不能起到很好的作用,而油基钻井液对环境的破坏性较大,因此研制出了以棕榈油衍生的甲基酯C12~C14为主要配方的酯基钻井液,并通过泥浆中油水比的控制,筛选出了最佳的酯基钻井液配方;通过测定泥浆的流变特性、页岩反应活性和泥浆的毒性,研究了利用这种泥浆进行页岩气钻探的可行性。结果表明:油水比为80∶20的泥浆具有最佳的流变性能;该酯基钻井液的流变性能比水基钻井液在液体损失方面减少80%;该酯基钻井液的毒性比油基钻井液小,即使在人工海水中浸泡96h,泥浆浓度依然能够维持60%的虾存活。
第一代合成基钻井液主要是酯基钻井液、醚基钻井液、聚α-烯烃钻井液和缩醛基钻井液,其中酯基钻井液是应用最早的合成基钻井液,1990年在挪威北海现场成功试用。第二代合成基钻井液主要是线性α-烯烃钻井液、内烯烃基钻井液、线性烷基苯钻井液和线性石蜡基钻井液。与第一代合成基钻井液相比,第二代合成基钻井液有着更低的成本、更低的黏度和较高的生物降解能力。作为一种能满足环保要求和油基钻井液抑制性的钻井液,合成基钻井液适合在海洋钻探和环保要求较高的复杂地区替代传统钻井液进行钻探作业,有着广阔的发展前景。
3环保型钻井液的发展趋势
尽可能选择价格低廉的材料，制备环保型的钻井液体系，通过现场的实践研究，和室内试验相结合的方式，改进钻井液的合成工艺，提高钻井液体系的综合性能，降低钻井液的成本，使其适应钻井施工中的节能要求。
由于硅酸盐钻井液的配伍性差，选择与储层流体配伍性好的材料，开发新型的环保处理剂，降低鉆井液对环境造成的污染。形成系列的钻井液体系，在石油钻探施工中进行推广使用，达到最佳的使用效率。
聚合物醇钻井液需要添加盐类与之复配，开发高效的环保型的钻井液体系，尤其是环保型的处理剂，提高钻井液的环保性能。将高成本的钻井液及处理剂进行回收利用，研究和开发废弃钻井液不落地回收处理系统，提高钻井液的重复利用的效率，降低钻井液的成本，促使钻井施工顺利实施。
结语
综上所述,环保钻井液技术应当作为石油钻井领域研发和应用的重点,加强保障施工人员安全的环保钻井液技术以及天然处理剂的研究,同时平衡经济效益、生态环境以及社会效益间的关系,以技术创新为着重点,综合工业废物利用以及废弃钻井液处理技术,在保证环境保护的同时降低费用。
参考文献：
[1]周波,何恩之,肖剑锋.常规井环保型钻井液体系研究与应用[J].环境工程,2016,34(S1):235-236+285.
[2]谢水祥,蒋官澄,陈勉,邓皓,刘光全,许毓,王建华,邱康.环保型钻井液体系[J].石油勘探与开发,2011,38(03):369-378.