油基鉆井液的探討與分析

段曉東，王文強，張 娟，趙 鵬，韓玉平

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

油基鉆井液的探討與分析

段曉東*，王文強，張 娟，趙 鵬，韓玉平

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

為滿足公司新開拓新的俄羅斯亞馬爾LNG項目鉆井任務(wù)，對油基鉆井液進行技術(shù)調(diào)研。從油基鉆井液的體系的概念、發(fā)展、用途、分類、處理劑簡介及作用、維護處理重點、存在問題以及優(yōu)選含油巖屑處理方法等進行了初步的探討分析，系統(tǒng)地對油基鉆井液進行全面了解。

油基鉆井液；發(fā)展；分類；維護處理；分析

油基鉆井液指鉆井液的連續(xù)相為油，可能含有水，但含水量通常不超過5%。也就是說，油基鉆井液以油、水、固相和油溶性化學處理劑為主體，加入各種添加劑，滿足對鉆井液性能要求。且具有抗高溫、抗鹽鈣侵蝕，井眼清潔，井壁穩(wěn)定、潤滑性好、保護油氣層等優(yōu)點。反之，連續(xù)相為水的鉆井液稱作水基?，F(xiàn)在，水中有油（乳液）或油中有水（反乳液）的鉆井液或其它液體材料，各種油水比例都不難制備。區(qū)分油基和水基的原則，是以何者為連續(xù)相為準。

1 油基鉆井液的體系

1.1 油基鉆井液的概念

油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液。分為兩類：全油基鉆井液和油包水乳化鉆井液。在全油基鉆井液中水是無用的組分，其含水量不應(yīng)超過10%，而在油包水鉆井液中水作為必要組分均勻地分散在柴油中，其含水量一般為10%～60%。

1.2 油基鉆井液的優(yōu)缺點

（1）與水基鉆井液相比較油基鉆井液具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好和對油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點。

（2）目前已成為鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復雜地層的重要手段，并且還可廣泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取芯液等。

（3）油基鉆井液的配制成本比水基鉆井液高得多，使用時往往會對井場附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。

（4）為了提高鉆速，從20世紀70年代中期開始，較廣泛地使用了低膠質(zhì)油包水乳化鉆井液。

（5）為保護環(huán)境，適應(yīng)海洋鉆探的需要，從20世紀80年代初開始，又逐步推廣使用了以礦物油作為基油的低毒油包水乳化鉆井液。

1.3 油基鉆井液的發(fā)展階段

（1）原油作為鉆井液：有利于防塌、防卡和保護油氣層，但流變性不易控制，易著，使用范圍僅限于100℃以內(nèi)淺井；

（2）全油基鉆井液：具有油基鉆井液的各種優(yōu)點，可抗200～250℃高溫，但配制成本高，較易著火，鉆速較低；

（3）油包水乳化鉆井液：通過水相活度控制有利于井壁穩(wěn)定，與全油基鉆井液相比不易著火，配制成本有所降低，抗溫可達200℃～230℃；。

（4）低膠質(zhì)油包水乳化：可明顯提高鉆速，降低鉆井總成本，但由于放寬濾失量，對某些松散易塌地層不適合，對儲層的損害較大；

（5）低毒油包水乳化鉆井液：具有油基鉆井液的各種優(yōu)點，同時可有效地防止對環(huán)境的污染，特別適用于海洋鉆井。

1.4 油基鉆井液的用途

(1)鉆復雜和麻煩的頁巖油氣井；(2)鉆高溫深井或高溫高密度井；(3)生產(chǎn)層的鉆進和取芯；(4)鉆鹽層、硬石膏層、雜鹽層；(5)用作定向井的鉆井液；(6)用作小井眼的鉆井液；(7)鉆含硫化氫和二氧化碳的地層；(8)用作射孔和完井液；(9)用作解卡的浸泡液；(10)用作封隔液；(11)用作修井液；(12)用作防腐蝕控制液；(13)用作套管封隔液。

1.5 油基鉆井液的分類[1]

（1）白油基鉆井液：抑制、封堵防塌能力強，濾失量低，流變性好，避免了頁巖井壁垮塌問題。

（2）氣制油基鉆井液：運動粘度低，攜帶能力強，能避免鉆進過程中遇阻、鉆速減慢，提高鉆速。

（3）柴油基鉆井液：可抗200℃～250℃高溫，且高壓下穩(wěn)定性強，可以避免鉆井過程中污染物對鉆井液的污染，保持鉆井液的性能穩(wěn)定。但柴油基鉆井液配制成本高，閃點低(55℃)易著火，鉆速較低；且柴油自身毒性比較強，對儲層傷害大。

（4）低毒油基鉆井液：主要包括石蠟油基鉆井液、精制白油基鉆井液、VersaClean低毒鉆井液、植物油基鉆井液。

2 油基鉆井液的維護處理

2.1 油基鉆井液處理劑簡介（見表1）

表1 油基鉆井液處理劑簡介

2.2 維護處理重點[2]

2.2.1 乳化穩(wěn)定性

合理使用主乳化劑和輔乳化劑控制體系的穩(wěn)定性，為防止體系破乳，加入主乳化劑的同時復配一定量的石灰，保持Es值＞900V，HTHP濾液中不含有自由水；配制基漿和新鉆井液時必須充分剪切，由于水珠的尺寸支配著乳狀液的穩(wěn)定性，高度的剪切使水相分散成更細更均勻的水珠，體系更穩(wěn)定，對于配制新漿尤為重要。促使形成水包油的方法有2種：一是加足量的乳化劑，二是施加外力，泥漿槍或離心泵來促使，水珠的大小對粘度和凝膠強度也有影響，加油體系更穩(wěn)定，加水穩(wěn)定性減弱，加油對粘度、凝膠強度、API失水都有影響，加油粘度降低，加水反之。因此，需要調(diào)節(jié)適當?shù)挠退壤?/p>

2.2.2 濾失量

用與油基鉆井液相匹配的降失水劑控制體系的HTHP失水量和改善濾餅質(zhì)量，保持HTHP＜5mL，濾餅厚度＜2mm，沒有虛厚濾餅，鉆進時做到摩阻小，扭矩小。

2.2.3 流變性

采用流型調(diào)節(jié)劑、潤濕劑調(diào)整鉆井液流變性，固相油潤濕不足，會造成固相分散，致使塑性粘度、靜切力增大，動切力減小，使固相不易清除，嚴重時造成堆積，進而影響油基鉆井液的其他性能，在加入較多的重晶石或者鐵礦粉等加重劑前要先補充適量的潤濕劑；引人提切劑調(diào)節(jié)體系的粘切力，保持低轉(zhuǎn)速下具有較高的粘切力，保證良好懸浮能力。

2.2.4 固相含量

首先保證固控系統(tǒng)必須保持良好運轉(zhuǎn)，充分利用振動篩和除砂、除泥器清除巖屑，運用離心機除去體系中的有害低固相，充分凈化鉆井液，保證良好性能，同時有利于提高機械鉆速；固控設(shè)備應(yīng)用效果不理想時可考慮采取沉淀固相、新漿置換等方法。

2.2.5 抗污染能力

適當過量的生石灰是必須的，油基鉆井液的堿度至關(guān)重要，提供的Ca2+有利于二價金屬皂的生成，保證乳化劑發(fā)揮其效用，防止電解質(zhì)CaC12發(fā)生電離，可有效抵抗和消除CO2和H2S對鉆井液的酸污染，維持油基泥漿pH在8.5～10，有利于防止鉆具腐蝕。CaC12作為油基鉆井液的活度控制劑，用來控制油基鉆井液水相活度，適量濃度的CaC12使油基鉆井液中水的活度大于或者等于地層水的活度，防止地層水向鉆井液中運移。切忌在加CaC12的同時加入重晶石。

3 油基鉆井液存在的問題

3.1 油基鉆井液懸浮和乳液穩(wěn)定性問題

油基鉆井液加重材料的沉降性問題比較突出，嚴重影響了鉆井液的懸浮穩(wěn)定性能。經(jīng)研究油包水鉆井液的水相組成，以及加重劑的油潤濕性成為影響懸浮穩(wěn)定性的重要因素。使用具有較強抗溫性能的潤濕劑、提切劑以及高溫增粘劑，能夠明顯的改善鉆井液的穩(wěn)定性。

3.2 油基鉆井液封堵問題

油基鉆井液盡管抑制性能較為顯著，但是如果油進入到破碎性地層中，仍會給其穩(wěn)定性造成一定的影響。因此實際生產(chǎn)時應(yīng)認真對待油基鉆井液封堵問題。研究證明，如在鉆井液中添加一些粘彈性材料、變形材料、纖維材料等，能夠改善鉆井液的封堵性能，進而提高井壁穩(wěn)定性，保證鉆井施工的順利進行。

3.3 油基鉆井液溫度敏感性問題

油基鉆井液在低溫條件下粘度較高，尤其密度較高的鉆井液從井底上升到地面上時粘度上升更大，往往給鉆井作業(yè)帶來不利影響，況且俄羅斯亞馬爾LNG項目更處于極度寒冷地段。因此采取有效措施降低鉆井液低溫狀態(tài)下的粘度至關(guān)重要。

3.4 油基鉆井液鉆屑污染問題

采用油基鉆井液時由于鉆井液或鉆屑的產(chǎn)生，往往給環(huán)境造成一定的影響，因此，探索既經(jīng)濟又切實可行的處理方法，進而研制出污染小的鉆井液體系，是減少污染的重要途徑。實際施工時，如果鉆屑中含有的鉆井液量比較大，則處理難度就越大。因此鉆屑污染問題還需要進行深入研究。

3.5 低剪切速率流變控制問題

鉆井作業(yè)時，低剪切速率流變控制應(yīng)重點做好以下兩方面內(nèi)容：其一，溫度較低時，低剪切速率下粘度不宜太高；其二，溫度較高時，低剪切速率下應(yīng)有粘度，以此保證其攜砂能力不受影響。對油包水鉆井液進行研究，結(jié)果表明當處在低剪切速率條件下，會形成具有高彈性的一種類似固體的結(jié)構(gòu)，而彈性受溫度影響較大，如果溫度升高則其彈性性能和結(jié)構(gòu)強度會減弱。同時剪切力也會其性能造成影響，能夠使鉆井液由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)。剪切過后的鉆井液靜止一段時間后恢復原來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這一現(xiàn)象不利于實際的生產(chǎn)。因此，需要建立一定溫度范圍內(nèi)的油基鉆井液流變特征模型，并以此為基礎(chǔ)不斷優(yōu)化施工方法，進而提高鉆井液在低溫、低剪切速率下的流變特性。另外，為了實現(xiàn)凈化井眼的目的，應(yīng)保證鉆井液在低剪切速率下具有較強的攜砂能力。

4 優(yōu)選含油巖屑處理方法

廢棄油基泥漿和含油鉆屑已納入《國家危險廢物名錄》，環(huán)保部門對含油鉆屑的管理也會越來越嚴格，因此對含油鉆屑進行處理，并進行適當?shù)幕厥绽蔑@得尤為迫切和必要。傳統(tǒng)的處理含油巖屑的方法有：回注法、掩埋、固化焚燒法、熱解法、清洗法、離心法、生物降解法等。通過對含油鉆屑處理方法的優(yōu)選調(diào)研分析得出：含油鉆屑處理難度大，傳統(tǒng)離心法、清洗法、掩埋固化等無法徹底解決；傳統(tǒng)方法僅熱解法適用，但缺點明顯，回收后油利用率低，耗能高，投資大。最后優(yōu)選出采用離心法與生物降解結(jié)合的方法。離心法：現(xiàn)場鉆屑含油率較高，效益可觀，離心后可使含油率降到5%～8%左右；生物降解：經(jīng)過離心法后剩余的含油率在5%～8%左右的鉆屑，經(jīng)過生物降解的無害化處理后，降解一個月后，可以使含油率降低至2%以下，效果良好。

5 認識與建議

（1）油基鉆井液具有強抑制性和高潤滑性，不但能夠提高鉆井效率，而且還能夠很好地保護儲層。

（2）進一步從改善鉆井液的懸浮穩(wěn)定性、流變性及乳化穩(wěn)定性，以及如何優(yōu)化油基鉆井液綜合性能進行研究。

（3）重點考慮在俄羅斯項目的低溫問題對油基鉆井液性能的影響，以及油基鉆井液固液分離、含油鉆屑處理和循環(huán)再利用等方面繼續(xù)深入研究。

[1]潘一，付龍，楊雙春.國內(nèi)外油基鉆井液研究現(xiàn)狀［J］.現(xiàn)代化工，2014,34（4）：21-24.

[2]張躍，張博，吳正良，等.高密度油基鉆井液在超深復雜探并中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2013,36(6)：95-97.

[3]田永崗，等.油基鉆井液相關(guān)問題研究［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013,11(下)：51.

TE254

A

1004-5716(2015)12-0082-03

2014-12-26

段曉東（1984-），男（漢族），陜西富平人，工程師，現(xiàn)從事鉆井科技管理工作。