環(huán)保鉆井液研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

劉學(xué)英

摘要：隨著現(xiàn)代化的鉆井施工的技術(shù)發(fā)展，在鉆井施工過程會產(chǎn)生大量的廢棄鉆屑和鉆井液。為了可以更好的提升環(huán)境質(zhì)量，目前很多的鉆井工程都在逐漸的應(yīng)用環(huán)保鉆井液技術(shù)。本文正是從環(huán)保角度出發(fā)，結(jié)合目前鉆井液的現(xiàn)狀，來聊聊環(huán)保鉆井液的未來發(fā)展之路。

關(guān)鍵詞：環(huán)保鉆井液技術(shù);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

隨著石油工業(yè)的進(jìn)步，復(fù)雜地層深井、超深并不斷涌現(xiàn)，環(huán)境保護(hù)問題也越來越突出。鉆井液是鉆井施工中重要的環(huán)節(jié)，同時也是油氣開采過程中對環(huán)境產(chǎn)生污染的主要來源。因此，研發(fā)環(huán)境友好、高效、穩(wěn)定、性能優(yōu)良的鉆井液意義重大。

1環(huán)保型鉆井液的現(xiàn)狀

1.1烷基糖苷鉆井液

烷基糖苷（APG）是葡萄糖或者淀粉經(jīng)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(jī)化合物。因具有優(yōu)良的配伍性（能與各種離子、非離子表面活性劑復(fù)配）、起泡性、溶解性，且無毒、無刺激、易生物降解而被廣泛應(yīng)用。烷基糖苷鉆井液最早應(yīng)用于石油工程領(lǐng)域是在1994年2月在美國達(dá)拉斯召開的IADC/SPE鉆井工程會議上，因其優(yōu)越的性能受到廣泛關(guān)注。烷基糖苷鉆井液在鉆遇強(qiáng)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(wěn)定井壁的作用。

烷基糖苷鉆井液的抑制機(jī)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(zhuǎn)移程度，從而從根本上抑制泥頁巖水化膨脹，起到穩(wěn)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(chǎn)生有害氣體、易生物降解的特點。根據(jù)歐盟規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，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(huán)保型鉆井液被廣泛應(yīng)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(yè)時，體積分?jǐn)?shù)在35%以上具有很好的保護(hù)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(guī)模推廣。

1.2硅酸鹽鉆井液

硅酸鹽鉆井液作為一種環(huán)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(jī)鹽復(fù)配能夠使其性能進(jìn)一步提高，是目前能滿足環(huán)保和成本控制要求同時能適應(yīng)復(fù)雜地層鉆井作業(yè)的環(huán)保型鉆井液。研究表明，硅酸鹽鉆井液體系內(nèi)硅酸鹽的模數(shù)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(dǎo)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(jī)物為連續(xù)相、鹽水為分散相，再添加乳化劑、降濾失劑、流變性能調(diào)節(jié)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(huán)保性，同時也有利于提高鉆速。與常規(guī)水基鉆井液相比，合成基鉆井液具有以下特點：具有很強(qiáng)的抗高溫能力和抗污染能力;具有優(yōu)良的井眼穩(wěn)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(fù)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(yīng)活性和泥漿的毒性，研究了利用這種泥漿進(jìn)行頁巖氣鉆探的可行性。結(jié)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(yīng)用于深井、超深井等復(fù)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(wěn)定井壁，防止塌陷;具有很好的生物降解性，能夠保護(hù)油層，對環(huán)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(fù)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(jī)理尚未明確。一般認(rèn)為，源于多元醇的濁點效應(yīng)。當(dāng)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(dāng)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(jìn)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(wěn)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(fù)配使用，而氯離子在陸地鉆井作業(yè)中被認(rèn)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(fā)展。

Dow等[28]也認(rèn)為KC1的存在能夠?qū)钚哉惩疗鸬胶芎玫囊种谱饔?，但氯離子卻并沒有起到什么作用?？紤]到環(huán)保因素，該團(tuán)隊通過一系列的替代方案，用更具環(huán)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(yīng)用于巴布亞新幾內(nèi)亞南部高地7口井的鉆探作業(yè)。

2展望

隨著環(huán)保意識的加強(qiáng)，環(huán)保型鉆井液的研發(fā)已是該領(lǐng)域的重要課題。目前，環(huán)保型鉆井液的研發(fā)大多停留在室內(nèi)階段，由于其環(huán)保體系不成熟、使用成本高、需要與大量處理劑復(fù)配、現(xiàn)場維護(hù)不易等問題，為規(guī)避風(fēng)險，大多數(shù)企業(yè)仍然選擇傳統(tǒng)鉆井液體系，從而阻礙了環(huán)保型鉆井液的發(fā)展。建議從以下幾方面完善環(huán)保型鉆井液的研發(fā)：（1）在對現(xiàn)有的鉆井液體系做到完全認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行更多創(chuàng)新，同時企業(yè)應(yīng)該注重鉆井液人才的培養(yǎng)，加強(qiáng)鉆井液預(yù)處理意識以及相關(guān)鉆井液配套維護(hù)工作。（2）應(yīng)以天然高分子材料、農(nóng)副產(chǎn)品以及工業(yè)廢料為主要成分開發(fā)成本低、環(huán)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(huán)境友好性。（3）對于深井、超深井等復(fù)雜地層，應(yīng)重視鉆井液的抗溫、抗鹽、井壁穩(wěn)定、油層污染等問題，并建立科學(xué)合理的評價體系，明確鉆井液環(huán)保適用標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)語

綜上所述，環(huán)保鉆井液大力應(yīng)用的現(xiàn)代社會，人們已經(jīng)逐漸的認(rèn)識到其對于鉆井施工所產(chǎn)生的重要影響，所以在實踐中加大研發(fā)力度，不斷的進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)和提升，促進(jìn)鉆井液施工技術(shù)的提升，為石油企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，并且促進(jìn)社會快速向前發(fā)展。