淺析海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)

徐光達(dá)

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300450

引言

為了高效解決國內(nèi)能源短缺的問題，國內(nèi)油田開采中，海上油田的比例逐漸增加，帶動了相應(yīng)開采技術(shù)的快速發(fā)展。結(jié)合海上油田復(fù)雜地層開采特點，國內(nèi)相關(guān)人員加強了復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的分析，并在實際工程中取得了良好效果。與國外發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)鉆井液技術(shù)存在諸多有待完善的地方，隨著國內(nèi)逐步加強了海洋石油鉆井開采工藝方面的重視力度，相信未來發(fā)展中，國內(nèi)海上油田鉆井液技術(shù)的應(yīng)用水平必將快速提升。

1 海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的重要價值

由于國際油氣資源的價格飆升，從降低國內(nèi)油氣使用成本的角度出發(fā)，必須加強海上油氣勘探工作的管理，積極投入大量的人力、物力資源，保證海上油氣資源的開發(fā)能夠成為未來能源經(jīng)濟(jì)的主要增長點。對于海上油田的開采作業(yè)而言，鉆井液工藝的重要性不言而喻，積極合理地選擇科學(xué)有效的鉆井液技術(shù)利于帶動海洋油田的發(fā)展，提升其開采效率，從而保證開采作業(yè)朝著更加安全可靠的方向發(fā)展[1]。國內(nèi)海洋鉆井液技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)取得了較好的成果。隨著國內(nèi)逐步加強了環(huán)保重視力度，從提高海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的角度出發(fā)，海洋油田鉆井技術(shù)必將成為未來發(fā)展的主要方向。

2 海上油田復(fù)雜地層特殊性分析

2.1 厚石沙礫層

根據(jù)勘測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海上厚石沙礫層的實際厚度為1km左右，其中包含灰棕黏土等物質(zhì)，比例相對復(fù)雜[2]。厚石沙礫層中包含大量的砂礫石，一般在其頂部和底部之間并未存在相應(yīng)的過渡結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部經(jīng)常存在裂痕，增加了鉆井施工的難度。

2.2 膏巖層

大量研究報告表明，國內(nèi)南海區(qū)域有大量的膏巖層，其中較為重要的是灰色膏巖層、白泥膏巖層[3-4]。業(yè)內(nèi)勘測人員經(jīng)過肉眼便可在巖壁中看見細(xì)沙礫，多為深棕色、淺藍(lán)色，這一沙礫層的存在一定程度上增加了巖層高度。相比于其他巖層，泥膏巖層可能會出現(xiàn)溶解，更為嚴(yán)重的后果便是平臺發(fā)生井壁坍塌，對整個鉆井工作的開展極為不利。

3 海上油氣田開發(fā)的現(xiàn)狀問題

3.1 斷層遮擋問題

該問題指諸多斷塊油氣藏圈閉后，進(jìn)而影響到地震資料的勘測效果，進(jìn)而對儲層預(yù)測、地震解釋情況等都會產(chǎn)生較大不利作用，這種情況極易發(fā)生，屬于斷層遮擋后出現(xiàn)的下拉情況，為此，必須加強地震資料的品質(zhì)分析，加強深度預(yù)測和管理，最大程度的滿足開發(fā)需求。

3.2 地層缺失問題

各種因素加成作用下，如地層剝失、斷層等，都會導(dǎo)致開發(fā)井和探井施工遇到地層不一致的情況，極易出現(xiàn)地層對比錯誤問題，進(jìn)而增加了工作人員的鉆井難度[5]。因此，在進(jìn)行海上油氣田開發(fā)過程中，必須積極進(jìn)行地層缺失、斷層遮擋等情況的考慮，方可最大程度降低鉆井施工中的事故問題。

3.3 鉆井液滲透

操作方作業(yè)人員有時因為經(jīng)驗缺失，開采過程中從提高鉆井液雜質(zhì)的吸附水平出發(fā)，可能會過于盲目的提升鉆井液含量、濃度，導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，一定程度上還會導(dǎo)致鉆井液滲漏。此外，沙礫層中縫隙較多，也會增加泄露程度。

3.4 井壁坍塌

在進(jìn)行海上石油開采期間，一旦出現(xiàn)海水滲漏問題，極易導(dǎo)致開采難度增加。相關(guān)人員如果不能有效控制海水，會引發(fā)其在巖石黏土中發(fā)生滲透，進(jìn)而對組織、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利作用，導(dǎo)致整體穩(wěn)定性下降，進(jìn)而增加坍塌事故概率[6]。此外，井壁沙礫在油氣作用下，易發(fā)生化合反應(yīng)，當(dāng)化合物濃度增高時，對當(dāng)?shù)厝巳旱纳硇慕】禃a(chǎn)生較大威脅。

3.5 異常干擾

海上油氣田開采過程中，經(jīng)常會遇到各種問題，稱之為異常干擾，如目的層上方存在的低速體，極易對大眾視覺效果產(chǎn)生干擾作用，引發(fā)地層平面、平均速度之間存在顯著差異[7]。為此，必須結(jié)合刻畫異常體范圍進(jìn)行解決，考慮地震屬性等方法確定異常體的影響區(qū)域，充分采取異常體縱向干擾的方法進(jìn)行解決，避免探井鉆遇中的負(fù)面情況。

3.6 鉆屑漏失

海上地層中，沙礫是主要結(jié)構(gòu)，從沙礫性質(zhì)出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)其遇水會發(fā)生快速膨脹、巖性不強，對海上石油開采而言極為不利。此外，海底水壓大，導(dǎo)致沙礫穩(wěn)定性下降，沙礫可能會表現(xiàn)出松散的情況，在外界作用力影響下無法維持形狀，雜質(zhì)浮動情況明顯。當(dāng)下，國內(nèi)并未有相關(guān)技術(shù)進(jìn)行雜質(zhì)控制，導(dǎo)致極易出現(xiàn)鉆屑漏失問題。

4 海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)分析

近年來，國內(nèi)海上油田開采期間，發(fā)展速度較快，正逐步朝著深井、超深井的方向發(fā)展，這一環(huán)節(jié)極易對鉆井液性能產(chǎn)生巨大影響。一旦存在使用不合理的問題，極易對鉆井施工產(chǎn)生不利影響，如卡鉆、坍塌，為了避免這類事故問題，必須提高對鉆井液技術(shù)的研發(fā)[7]。

4.1 有機鹽油田鉆井液

國內(nèi)有機鹽油田鉆井液快速發(fā)展，逐步形成了新型水基鉆井液系統(tǒng)，其中包括甲酸鉀等有機鹽。其優(yōu)勢巨大，防坍塌效果良好，可保證油氣層得到良好保護(hù)，腐蝕性相對較小，屬于可回收、環(huán)保性能高的鉆井液。相比于常規(guī)鹽水體系而言，甲酸鹽鉆井液進(jìn)入海洋后，極易被海水吸收，存在無毒、無副作用、易降解的優(yōu)勢[8]。弊端是價格高，但是由于可對其進(jìn)行回收利用，整體性價比較高，在海上油田的鉆探工作中具有廣泛應(yīng)用前景。

4.2 聚合醇鉆井液

海上油田中，環(huán)境惡劣、地層復(fù)雜，導(dǎo)致其與陸地鉆井液之間存在較大差別。海洋中包含大量生物，為此，必須避免鉆井液劇毒等問題，否則極易導(dǎo)致海洋生物鏈?zhǔn)艿狡茐摹Ｌ热舨糠譄o法降解的物質(zhì)被人類使用，還會產(chǎn)生健康威脅。為此，相關(guān)人員必須充分考慮海上油田鉆井液的優(yōu)化。其中聚合醇類物質(zhì)是環(huán)保型水基鉆井液，性能相對優(yōu)良，不會對地質(zhì)鉆井液產(chǎn)生干擾作用。其中，聚合醇是非離子型低分子聚醚，常溫下融水效果良好、毒性低，可在短期內(nèi)完成降解。聚合醇鉆井液防塌、潤滑，在海洋鉆井工程中應(yīng)用效果顯著。

4.3 硅酸鹽鉆井液

該類鉆井液無毒無熒光、成本低，優(yōu)勢相對突出。合理應(yīng)用這一鉆井液，多方協(xié)同作用下可保證井壁的穩(wěn)定效果，但是不可忽略的是這類鉆井液對pH極為敏感，且與其他處理劑不契合?？傮w而言，硅酸鉆井液發(fā)展前景廣闊，在阿拉斯加等區(qū)域應(yīng)用前景廣闊。

4.4 合成基鉆井液

這是一種人工改良的有機物，可結(jié)合性能需求在其中添加重晶石、流變性調(diào)節(jié)劑，成本低、種類豐富，但是從環(huán)保角度出發(fā)仍有一定的發(fā)展空間。合成基鉆井液也是一種新型無毒害技術(shù)，生物降解率低，不會對海洋環(huán)境、海洋生物等產(chǎn)生負(fù)面影響[9]。同時其中并未摻雜熒光類物質(zhì)，不會對測井等工作產(chǎn)生不利作用。

4.5 甲基葡萄糖甙鉆井液

該類鉆井液是20世紀(jì)90年代首次提出，屬于新型水基鉆井體系。從防塌機理、常規(guī)性能出發(fā)，該類鉆井液類似于油基鉆井液。業(yè)內(nèi)專家指出，這一類鉆井二月可起到保護(hù)油氣層、維持井眼穩(wěn)定的效果，可有效抑制泥頁巖水化膨脹。此外，該類鉆井液的潤滑性能突出，穩(wěn)定性高，易降解，對海洋環(huán)境的負(fù)面影響極低。從中可看出，該類鉆井液體系在大斜度井、水平井等場合中應(yīng)用時，可與地層泥頁巖結(jié)合，進(jìn)而形成半透膜結(jié)構(gòu)，可對地層水、鉆井液的運移進(jìn)行有效抵制。

4.6 新型合成基油包水鉆井液

該類鉆井液使用期間，與傳統(tǒng)油基鉆井液存在較高相似度。其中包含乳化劑、有機基液、調(diào)節(jié)劑等成分。其中的分散相是水相，經(jīng)由加重劑進(jìn)行密度調(diào)節(jié)后達(dá)到預(yù)期效果；有機合成物是連續(xù)相；乳化劑性能的調(diào)節(jié)成分較多，包括酯類、直鏈烷基苯類等。這一類成分可以起到增加黏度、潤滑的功效。當(dāng)下，這一類鉆井液在海上油田鉆井平臺中具有廣泛應(yīng)用，穩(wěn)定效果突出。合理應(yīng)用這類鉆井液，可對環(huán)境起到相應(yīng)的保護(hù)作用。同時是穩(wěn)定井眼、提高鉆井速度的主要措施。

4.7 新型強抑制聚合物水基鉆井液

新時期，國家科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，國內(nèi)鉆井液技術(shù)也得到了相應(yīng)的進(jìn)步。陽離子聚合物鉆井液，具有較強的抑制功效，這類鉆井液已經(jīng)研制成功了。這類鉆井液與傳統(tǒng)陽離子鉆井聚合物相比，優(yōu)勢突出：借助有機聚合物包被劑，可有效改善陽離子，達(dá)到降低靜電斥力的功效。提高了黏土和聚合物的橋梁作用，保護(hù)黏土。此外，該類鉆井液分子中，存在疏水基團(tuán)，可降低環(huán)境中水分子的影響，對水接觸區(qū)域進(jìn)行良好控制，降低巖土膨脹。

5 海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，國內(nèi)油氣資源的需求量已經(jīng)達(dá)到了峰值水平，為了滿足使用需求，必須積極進(jìn)行海洋油氣田的大規(guī)模開采，為國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。一般情況下，海洋油田存在地形復(fù)雜的特點，增大了油氣資源的開發(fā)難度，為此，必須大力進(jìn)行鉆井液技術(shù)的全面研究。因此，從保護(hù)海洋環(huán)境的要求出發(fā)，油氣企業(yè)必須加強鉆井液技術(shù)的研發(fā)。結(jié)合業(yè)內(nèi)海洋油田的開采現(xiàn)狀，加強環(huán)保型鉆井液技術(shù)的分析，擴大鉆井液技術(shù)的應(yīng)用范圍，有效避免廢棄鉆井液的不利作用，保證海洋生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定效果。

所謂環(huán)保型鉆井液技術(shù)，即滿足海上油田復(fù)雜地層鉆井需求的大前提下，合理規(guī)避對海洋環(huán)境的破壞作用，切實提升鉆井工程的現(xiàn)代化水平。為了提高環(huán)保型鉆井液的研發(fā)效果、研發(fā)速度，油氣田企業(yè)必須充分了解海洋生態(tài)環(huán)境的價值和意義，并在鉆井液技術(shù)之上，合理進(jìn)行相關(guān)體系的優(yōu)化，逐步提高鉆井液的環(huán)保效果。海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的應(yīng)用中，其發(fā)展趨勢分析如下：一是加強新型合成鉆井液、低毒鉆井液的應(yīng)用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。二是環(huán)保型鉆井液中，合理添加無機鹽，保證與周邊環(huán)境的一致性；同時要合理管控鉆井液中無機鹽的濃度，提高鉆井液的安全等級，降低其對周邊環(huán)境的不利影響。三是加大資金投入，提高生物降解水平，及時將高分子材料添加到鉆井液中，達(dá)到改善鉆井液性能的最終目標(biāo)，如提高其降解效果，并逐步進(jìn)行硅酸鹽鉆井液體系的完善，提高無機環(huán)保鉆井液的抑制效果、潤滑效果，促進(jìn)國內(nèi)鉆井液技術(shù)的全面合理發(fā)展，帶動整體應(yīng)用水平的提升。

6 結(jié)束語

綜上，國內(nèi)海上油田開采難度較大，相關(guān)工作人員在進(jìn)行開采期間，必須加強鉆井液性能的分析和優(yōu)化，盡量選擇無毒無害、應(yīng)用環(huán)保型的材料。在降低成本的基礎(chǔ)之上提高開采效率。當(dāng)下，國內(nèi)海上油田存在開采作業(yè)期間，復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)已經(jīng)取得了初步成果，但是仍需考慮新時期要求，積極進(jìn)行研發(fā)處理，緊跟時代步伐，帶動國內(nèi)海上油田朝著可持續(xù)方向發(fā)展。