海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)分析

彭江(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

為了解決我國能源短缺問題，我國近年來陸續(xù)上馬了許多海上油田開采項(xiàng)目，并且海上油田開采技術(shù)應(yīng)用水平同樣得到了跨越式的發(fā)展。針對海上油田復(fù)雜地層開采的特點(diǎn)，我國著力研究了復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)，并在實(shí)際項(xiàng)目中取得了不錯的應(yīng)用效果。盡管與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國鉆井液技術(shù)還存在一些不足之處，但是隨著我國加大對海洋鉆井開采工藝的研發(fā)力度，我國海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的應(yīng)用水平勢必會得到巨大提升。

1 海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的研究意義

隨著國際油氣資源價(jià)格逐漸增加，為了降低油氣資源的使用成本，我國在海上油氣勘探工作上投入了大量人力、物力資源，并且海上油氣資源的開發(fā)將會成為我國未來能源經(jīng)濟(jì)的主要增長點(diǎn)。在海上油田開采作業(yè)中，海洋鉆井液工藝在其中發(fā)揮著重要作用，選用安全、科學(xué)的鉆井液技術(shù)，有助于加快海洋油田的開采效率，并且可使開采作業(yè)更具安全、可靠的進(jìn)行。

我國海洋鉆井液技術(shù)不斷發(fā)展，取得了積極的應(yīng)用效果。隨著我國越加重視環(huán)境保護(hù)問題，為了切實(shí)的保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，對環(huán)境更加優(yōu)異的海上油田鉆井液技術(shù)將會成為鉆井液技術(shù)今后重要的發(fā)展方向。加大對海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的研究力度就顯得十分重要且意義重大。

2 海上油田復(fù)雜地層的特點(diǎn)

與陸地油田開采工作相比，海上油田復(fù)雜地層具備以下特點(diǎn)。

2.1 厚石砂礫層表現(xiàn)的特點(diǎn)

測量研究表明，海上厚石砂礫層的厚度一般在1 km左右，其中含有大量砂礫石、黃棕黏土、灰棕黏土等，組成比例十分復(fù)雜。對于厚石砂礫層而言，其主要結(jié)構(gòu)由砂礫石構(gòu)成。在厚石砂礫層結(jié)構(gòu)中，頂部與底部之間沒有過渡層銜接，同時有一定程度的裂痕在夾層區(qū)域，使得鉆井難度大幅度增加。

2.2 膏巖層表現(xiàn)的特點(diǎn)

研究表明，我國南海區(qū)域分布著大量膏巖斷層。在膏巖斷層中，白泥質(zhì)膏巖與灰色膏巖是其中重要組成部分。技術(shù)人員可憑借肉眼，便可清楚的在巖壁中看見細(xì)砂礫。細(xì)砂礫的顏色主要有兩種，即：淺藍(lán)色與深棕色，細(xì)砂礫的增加將會抬升巖層的高度。與其他巖層相比，在海水長年累月的作用下，泥質(zhì)膏巖會逐漸被溶解，導(dǎo)致鉆井平臺的井壁出現(xiàn)塌陷問題，影響鉆井工作開展的穩(wěn)定性。

3 海上油田復(fù)雜地層開采過程中存在的難點(diǎn)

3.1 井壁坍塌

在開采上海油田中的油氣資源時，海水滲透程度越大，加之控制手段有限，將會導(dǎo)致井壁結(jié)構(gòu)中滲入大量海水，破壞井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致井壁坍塌事故，影響開采作業(yè)的正常開展，甚至?xí)l(fā)安全事故。此外，在開采油氣資源時，如果油氣資源與井壁上的砂粒頻繁接觸，將會誘發(fā)化合反應(yīng)，隨著化合反應(yīng)生成物的不斷增多，將會對鉆井人員的健康產(chǎn)生危害，而且也會對開采作業(yè)效率產(chǎn)生影響。

3.2 鉆井液滲漏

在實(shí)際開采作業(yè)中，部分開采經(jīng)驗(yàn)欠缺的人員會通過增加鉆井液濃度來增強(qiáng)鉆井液的雜質(zhì)吸附能力，從而導(dǎo)致鉆井液的滲漏程度大幅度增加，影響開采作業(yè)的正常進(jìn)行。另外，對于砂礫層而言，由于砂礫層結(jié)構(gòu)中存在大量縫隙，鉆井液濃度的增加同樣也會加劇鉆井液的滲漏程度。

3.3 鉆屑漏失

對于海上地層構(gòu)成而言，砂粒是地層結(jié)構(gòu)的主要組成部分。當(dāng)砂礫與海水接觸后，其自身體積會不同程度地增加，從而加劇了海上作業(yè)開采的難度。此外，隨著海水深度的不斷增加，砂礫巖的壓力也不斷提升，由于砂礫巖結(jié)構(gòu)缺乏足夠的穩(wěn)定性，一旦水壓上升將會對砂礫巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，使砂礫巖變得十分松散，從而誘發(fā)鉆屑漏失問題。

3.4 斷層遮擋

所謂斷層遮擋，指的是海上油田的地層構(gòu)造十分復(fù)雜，導(dǎo)致地震資料成像無法對儲層進(jìn)行精準(zhǔn)測算，從而引發(fā)斷層遮擋現(xiàn)象，影響后續(xù)開采作業(yè)的效率。所以，為了避免出現(xiàn)斷層遮擋問題，需要不斷提升地震資料的質(zhì)量，做好深度預(yù)算工作，為后續(xù)工作順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.5 地層缺失

在開采海上油氣資源過程中，由于存在斷層、地層剝失等因素的影響，使得開發(fā)井與后期實(shí)際鉆井所遇到的地層存在不一致問題，極大地提升了后期鉆井難度。因此，為了解決地層缺失問題，需要在開發(fā)海上油田過程中對地層缺失問題予以更多關(guān)注，加快后期鉆井效率。

4 海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)

在開采海上油田復(fù)雜地層時，鉆井液技術(shù)的選取是否科學(xué)、合理，將會對鉆井施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。為了提升海上油田復(fù)雜地層鉆井質(zhì)量，需要對鉆井液技術(shù)進(jìn)行有針對性地研究。

4.1 聚合醇鉆井液

為了使水基鉆井液更加環(huán)保，20世紀(jì)80年代末科研人員研發(fā)出了以聚合醇為主的聚合醇鉆井液，并且獲得了成功應(yīng)用。與其他鉆井液相比，聚合醇鉆井液的性能十分出眾，而且對海洋環(huán)境的影響小，有助于提升鉆井效率。此外，隨著聚合醇鉆井液技術(shù)的應(yīng)用推廣普及，其表現(xiàn)出了出眾的經(jīng)濟(jì)效益，鉆井現(xiàn)場的技術(shù)效果也十分出色。作為一種非離子型的低分子聚醚，聚合醇在常溫狀態(tài)下容易與水相融合，隨著溫度升高，聚合醇會呈現(xiàn)出分離現(xiàn)象，從而演變?yōu)槿闋畹囊后w[1]。在井壁或鉆屑表面，乳狀化的聚合醇鉆井液可以形成類似油狀的憎水膜，有助于提升鉆井液的潤滑效果，同時也可防止井壁坍塌現(xiàn)象發(fā)生。與此同時，為了驗(yàn)證聚合醇鉆井液的毒性程度，相關(guān)機(jī)構(gòu)對聚合醇進(jìn)行了毒性評價(jià)試驗(yàn)，試驗(yàn)表明聚合醇可以在28天完全降解，降解率優(yōu)于其他鉆井液，環(huán)保性能優(yōu)異，在海洋鉆井工作中具有卓越的應(yīng)用前景。

4.2 有機(jī)鹽鉆井液

隨著鉆井液技術(shù)的不斷發(fā)展，有機(jī)鹽鉆井液成為了水基鉆井液體系中典型的代表。與其他鉆井液相比，有機(jī)鹽鉆井液具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，更好的防塌性能以及給予油氣層更好的保護(hù)等，并且有機(jī)鹽鉆井液可以重復(fù)利用，環(huán)保性能同樣十分出眾。在常規(guī)鹽水體系中，甲酸鹽鉆井液更加環(huán)保，對環(huán)境的副作用相對有限。此外，從毒性程度上看，甲酸鈉與甲酸鉀不會對海洋海域中的生物產(chǎn)生毒副作用，并且隨著時間的推移，甲酸鹽鉆井液可以快速地在海水中完成降解反應(yīng)。相關(guān)試驗(yàn)表明，經(jīng)過28天的降解，甲酸鹽的降解率可以達(dá)到70%以上，屬于易降解類物質(zhì)。從價(jià)格上看，甲酸鹽的價(jià)格要高于無機(jī)鹽類物質(zhì)，但是甲酸鹽具備可重復(fù)利用的條件[2]。隨著海洋油田開采規(guī)模的不斷增加，甲酸鹽鉆井液的應(yīng)用日益廣泛，并且收獲了許多良好的反饋，應(yīng)用潛力巨大。

4.3 甲基葡萄糖甙鉆井液

作為一種新型水基鉆井液，加加葡萄糖甙鉆井液的防塌性能優(yōu)于油基鉆井液。大量試驗(yàn)證明，從抑制泥頁巖水化膨脹的表現(xiàn)來看，甲基葡萄糖甙鉆井液的抑制作用十分顯著，有助于提升井眼的穩(wěn)定性，防止油氣層被破壞，并且潤滑效果也十分出眾，更加環(huán)保無毒，同時也有很強(qiáng)的耐溫性與抗污染能力，降解率比較高，不會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。從合成方式上看，葡萄糖可以直接合成甲基葡萄糖甙，在催化劑的幫助下，甲基葡萄糖甙也可以由淀粉在高溫環(huán)境下生成。通常來說，為了降低甲基葡萄糖甙的生產(chǎn)成本，大多會使用淀粉完成甲基葡萄糖甙的生產(chǎn)，并且生產(chǎn)工藝簡單、設(shè)備造價(jià)低，并且原料更加容易獲取。在地層泥頁巖結(jié)構(gòu)中，甲基葡萄糖甙會吸附在結(jié)構(gòu)外部，并通過形成的半透膜完成地層水與鉆井液之間的遷移，加快頁巖中水進(jìn)入鉆井液的速度，防止地層泥頁巖出現(xiàn)水化膨脹問題，提升井眼的穩(wěn)定性。為了提升頁巖的抑制效果，在鉆井前需要對甲基葡萄糖甙的用量進(jìn)行配比，通常將甲基葡萄糖甙的用量控制在45%左右可以提升半透膜應(yīng)用效果。當(dāng)前，國內(nèi)外海上油田開采已經(jīng)對甲基葡萄糖甙的應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證，并且驗(yàn)證效果十分成功、可靠。

4.4 合成基鉆井液

通過人工合成方式形成制作的鉆井液，可以稱之為合成基鉆井液。在合成基鉆井液中，連續(xù)相為合成基液，分散相為鹽水，在合成基鉆井液中加入乳化劑、有機(jī)粘土、石灰等物質(zhì)，可以形成水乳化鉆井液。隨著近年來我國鉆井液技術(shù)的不斷發(fā)展，合成基鉆井液的種類也層出不窮，例如酯聚烯烴基鉆井液以及線型石蠟基鉆井液等。合成基鉆井液的應(yīng)用優(yōu)勢是使用成本低，并且無毒無害，降解率高。此外，在鉆井過程中，含有合成基鉆井液的污水、鉆屑可以直接排放到海洋中，不會危及海洋生態(tài)環(huán)境。另外，從潤滑性上看，合成基鉆井液的潤滑性更好，提升井壁的穩(wěn)定性，不會對油層產(chǎn)生破壞作用。隨著我國海洋鉆井平臺數(shù)量的不斷增加，從鉆井成本考慮的話，合成基鉆井液的使用可以降低廢液處理費(fèi)用，提升鉆機(jī)使用效率，并且對海洋環(huán)境更加友好，所以合成基鉆井液的使用前景同樣十分樂觀[3]。

4.5 硅酸鹽鉆井液

從應(yīng)用優(yōu)勢上看，硅酸鹽鉆井液幾乎沒有毒性，并且使用成本低，其在海洋油田復(fù)雜地層開采中應(yīng)用具有不錯的潛力。此外，大量試驗(yàn)證明，在海洋油田復(fù)雜地層中應(yīng)用硅酸鹽鉆井液，可以提升井壁的穩(wěn)定性，降低井壁坍塌幾率。然而，硅酸鹽鉆井液的應(yīng)用弊端同樣明顯，例如，硅酸鹽鉆井液的性能不夠穩(wěn)定，并且與其他處理劑搭配性能差，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境下應(yīng)用效果不佳等。目前，隨著國外鉆井液技術(shù)的不斷進(jìn)步，國外科研人員已經(jīng)找到消除硅酸鹽鉆井液諸多弊端的方法，從而使硅酸鹽鉆井液的使用前景更加明朗，并且其已經(jīng)在部分海洋油田復(fù)雜地層開采作業(yè)中獲得了有效應(yīng)用。

5 海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，我國對油氣資源的需求量達(dá)到了峰值，不僅要大力開采陸地油氣資源，而且也要加大海洋油氣田的開采規(guī)模，從而為我國接下來經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。眾所周知，海洋油田地形復(fù)雜，油氣資源開采難度大，所以為了加快海上油氣資源開發(fā)速度，大力研究鉆井液技術(shù)就顯得十分重要。此外，海洋生態(tài)環(huán)境近年來受到了不同程度地破壞，如何在開采油氣資源過程中保護(hù)海洋環(huán)境，成為了油氣開采企業(yè)所面臨的一道難題。因此，為了更好的保護(hù)海洋環(huán)境，油氣開采企業(yè)需從鉆井液技術(shù)的研發(fā)下功夫，根據(jù)當(dāng)前海洋油田開采現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，注重研發(fā)環(huán)保型鉆井液技術(shù)，并擴(kuò)大環(huán)保型鉆井液技術(shù)的應(yīng)用范圍，降低廢棄鉆井液對海洋生態(tài)環(huán)境的污染。

所謂環(huán)保型鉆井液技術(shù)，顧名思義，指的是在滿足海上油田復(fù)雜地層鉆井需求的同時，可以降低鉆井液對海洋環(huán)境的破壞，提升鉆井工程的現(xiàn)代化水平。為了加快環(huán)保型鉆井液技術(shù)的研發(fā)速度，油田開采企業(yè)要了解保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的意義，并在當(dāng)前鉆井液技術(shù)的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有鉆井液技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化、升級，提升鉆井液的環(huán)保性。海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的發(fā)展趨勢可以概括為以下幾方面：(1)大力發(fā)展新型合成基鉆井液與低毒性鉆井液，提升鉆井液的環(huán)境保護(hù)能力；(2)環(huán)保型鉆井液中無機(jī)鹽的添加要與周邊環(huán)境保持一致，降低無機(jī)鹽的使用對周邊環(huán)境影響，最大限度地降低鉆井液的無機(jī)鹽濃度，確保鉆井液可以安全的得到應(yīng)用；(3)投入更多資金發(fā)展具備更強(qiáng)生物降解能力的鉆井液，注重將天然高分子材料加入到鉆井液中，改良傳統(tǒng)鉆井液的降解性能，注重完善硅酸鹽鉆井液體系，提高無機(jī)環(huán)保鉆井液的潤滑與抑制性能，促進(jìn)我國環(huán)保型鉆井液技術(shù)應(yīng)用水平再上一個層級。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著我國海上油田開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，海上油田復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)的研發(fā)勢必會成為油田開采企業(yè)的研究重點(diǎn)。從事海上油田開發(fā)的企業(yè)投入更多資金與人力資源，研究更加先進(jìn)的鉆井液技術(shù)，解決鉆井過程存在的諸多問題，對促進(jìn)我國海上油田開采事業(yè)發(fā)展具有重要意義。