环保钻井液技术现状及发展趋势_杨振杰
试析环保型钻井液技术与发展趋势
光 和成本 低等 优点 ，同时 ，硅酸盐 钻井 液 的使用 不会 影 响录井 。现 已 被公 认为 经济 型 的钻 井液 ，它 既能 适应 复杂 的地 层 ，又符 合 了环 保 和 可持 续发展 的要求 嘲 。 在 硅酸 盐钻 井液 的使 用过 程 中 ，其 不足 点主 要有 两个 方面 ，一 是 硅酸 盐的酸 碱性 与其 ｐ Ｈ值有 关 ，使 得钻井 液对 ｐ Ｈ值 比较敏感 ，在遇 到 酸性 物质 的 情况 下 ，钻 井液 的粘稠 性变 强 ，导 致流 变性 难 以控 制 ； 二是 硅酸盐 钻井液 的抗温性 能受到 制约 ，其温度不 高于 １ ４ ０ 摄 氏度 。
的意义 和价值 。
１ ． 合成基 钻井 液 合 成基钻 井 液 的连续 相 是醚 类 、酯类 以及 合 成烃 类等 为代 表 的人 工 合 成有 机 物 。 其 中合 成基 钻井 液 的分 散 相是 盐 水 ，再 加入 乳化 剂 、 稳 定剂 、降滤失 剂 等共 同组 成了 一种 逆乳 化 的悬 浮性 钻井 液体 系 。这 种 合成 基钻 井液 的优 点在 于 醚和 酯等化 学 成分 中没有 有毒 物质 ，同时 具 有 易被生 物 降解 的优 势 ，合成烃 的可 降解 性能 好 ，但是 该物 质 的含 毒 量较 大。 合 成基 钻 井 液有 三 个方 面 的特 点 ，一 是 毒性 低 、可被 生 物 降解 、 环 境污 染小 ；二 是 该钻井 液 的闪 点较 高 、凝 固点较 低 ，可 在寒 冷 的地 区及深 海 区使用 ；三是该钻 井 液 的润 滑性 和携 岩性 的性 能 比较 好 。随 着 环境 的污 染程 度越 来越 高 ，各 国对 环保 的要 求也 越 来越 高 ，要求 合 成 基钻 井液 在使 用后 必须及 时处理 ，其 中的各 种成 分必 须在 符 合相 关 标 准 的前提 下才 能排 放 。另外 ，由于 合成 基钻 井 液需 要较 高 的使 用成 本 ，因此 ，合 成基钻 井液 多用 于海上 的深海钻 井 中。 ２ ． 络 合铝 钻井 液 络合 铝钻 井液 的主要 成分 是 一种 高效 的络 合铝 泥 页抑 制剂 ，这 种 抑 制 剂不 含有 ｃ Ｉ 一 。有 关研 究 人员认 为 ，络 合 铝钻 井液 中 的抑 制剂 是 由铝酸 盐和 有机 酸共 同作 用 下形 成抑 制机 理 的。在 泥 页岩 的油 井井 壁 中由于 井壁 产生轻 微 裂缝 和孔 隙 ，裂缝 和孔 隙 内会 生 成铝络 合 物 ，这 种 铝络 合物 不溶 于水 。它对 油井 的井 壁具 有稳 定和 加 固 的作 用 ，同时 能够 抑制岩 屑 的分散 。 络合 铝钻 井液 具 有使 用成 本低 、钻 井 液 的性能 容 易控制 、方便 排 放 等优 点 ，由于 该 钻 井 液 属 于 Ｂ ａ ｋ ｅ ｒ Ｈ ｕ ｇ ｈ ｅ ｓ Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｑ公 司的 专 利 ， 故 此 ， 目前为 止 ，还 没有 得到大 范围 的使 用 。 ３ ． 有 机盐钻 井液 有 机盐 钻 井液 的 主要 成分 包括 有机 盐 、降 滤失 剂 、增粘 剂 和包 配 剂 。有机 盐 钻井 液 的优 点在 于 它具 有强 抑制 性 、 良好的 流变 性和 低含 量 的固相 等 。同 时 ，在 钻井 液 中加 入有 机盐 有 利于 提高 钻井 液 中还 原
环保钻井液发展现状及展望
王先兵，２０１０年毕业于西南石油大学应用化学专业，现在中国石油西南油气田公司工 程 技 术 研 究 院 从 事 钻 完 井 液 技 术 研 究 与 应 用。 通 信 地 址：四 川 省 成 都 市 青 羊 区 小 关 庙 后 街 ２５ 号 ，６１００１７。Ｅｍａｉｌ：ｗｘｂ１０２１２００８＠１２６．ｃｏｍ。
油 气 田 环 境 保 护
２０１９年２月 ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦＯＩＬ ＆ ＧＡＳＦＩＥＬＤＳ Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．１ ·９·
环保钻井液发展现状及展望
王先兵１ 李 维２ 杨 欢１ 陈 龙１ 周井红３ 张佳寅１
（１．中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 工 程 技 术 研 究 院 ；２．中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 ；３．中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 川 中 油 气 矿 ）
１ 环 保 钻 井 液 检 测 评 价 Nhomakorabea方 法钻井液中含有大量的无机和 有 机处 理剂，废 钻井 液会对生态环境造成严重污染，废钻 井液的 主 要 污染 物来源包括有机物、烃类、无机盐 以 及土 粉、加 重 材料 和钻屑等固体 废 物，主 要 污 染 指 标 是 高 色 度、高 矿 化 度和高 ＣＯＤＣｒ（化 学 需 氧 量 ）、ＢＯＤ５ （五 日 生 化 需 氧 量）等，同时存 在 重 金 属 污 染 和 生 物 毒 性 等 问 题。 生 物降解性和生物毒性评价是目前对钻井液及其处理 剂环境可接受性评价的两个主要评价指标。
另外，针 对 海 洋 环 境，还 有 一 些 其 他 的 评 价 方 法［２３］：（１）海 水 ＯＥＣＤ３０６ 评 价 法，以 ＢＯＤ５为 实 验 参 数，评价有机物在自然海水中好 氧生物 降解 难 易的 密 封瓶评价法，在 一 定 时 间 内 消 耗 的 溶 解 氧 越 多，说 明 其越容易生物降解。自然海水既为实验介质又为微 生物来源。（２）海水 ＢＯＤＩＳ评价 法，专门为难溶 有 机 物设计的好氧生物降解性评价方法。自然海水既为 实验介质又为微生物来源。该 方法与 上 述 ＯＥＣＤ３０６ 法的主要区 别 在 于：ＢＯＤＩＳ 法 的 实 验 过 程 中 持 续 补 充氧气保 持 海 水 中 的 溶 解 氧 始 终 处 于 饱 和 状 态，而 ＯＥＣＤ３０６法的实 验 过 程 全 密 封，不 补 充 氧 气。 因 此
钻井液技术现状及发展方向
问题找泥浆
创新
根 据 实 际 需 要, 同 时 考虑 满 足 环 保、有 关 法 律要 求、注 重 高 性 能 处 理剂研制
集中在概念上, 新名词 带来新体系, 钻井液命外 缺乏科学性和规范性
环保
从源头抓: 处理剂生产 用原料、生产 过 程、处理 口 头 重 视, 不 重 视 源 剂、泥浆体系均要达到要 头。 出 现 问 题 再 考 虑: 求。所 用材 料必 须 有毒 关系、掩盖 , , 性实验数据, 满足要求才 更 多的 情况是 只重 视 能应用。泥 浆性 能 稳定 最后阶段的处理 看作环保的一部分
完井液, 2007.
) 111 )
从表 1 可以看出, 国内外认识上的区别 涉及到各个方面, 只有 当认识上有了改变, 才有 利于国内钻井液的技术进步, 否则 钻井液 技术是很难发展的。
2 钻井液技术发展 进展 围绕钻井液工程技术 和/ 安全、健康、高效0 这一 发展 主题, 国 外一些公 司相继投入 大量的人 力和财力, 以满足 复杂条件 的钻探 技术、油气层保护、油气测录 井与评 价、环保要求 以及提 高油 气勘
井液、甲基葡萄糖苷钻井液和生物可降解钻井液的研究与应用, 并围 绕钻井废水和钻井液无害化开展了大量的卓有成效的工作, 特别是普 光气田的钻井废水和钻井液无害化处理, 有效地保护了环境。
=参考文献> [ 1] 王中华. 超高温钻井液体系研究) 抗高温钻井液处理剂设计思路
[ J] . 石油钻探技术, 2009. [ 2] 张克勤, 何纶, 安淑芳等. 国外高性能水基钻井液介绍[ J] . 钻井液与
很大程度上体现出 21 世纪钻井液 技术发展的方向。 就国内来说, 在实践经验的基础上, 钻井液 技术工作始 终围绕
钻井生产需要, 把解决复杂问题、缩短完 井周期作为 努力方向。特 别是近年来, 在深井、超深井钻井液方面取得了一系列新成果, 解决 了一系列生产难题。在生产 中结合国内 实际, 借 鉴国外新技 术, 逐 步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲
钻井液技术的现状与发展趋势
251近年来油田事业的发展十分迅速，钻井液技术获得巨大的发展升级，借助钻井液技术，可以让井下作业安全稳定，让钻速得到提升，但是如今石油井下作业的难度不断提升，在钻井工作中遇到的复杂情况更多，需要对钻井液技术展开进一步的完善，为国内经济的发展提供更多的安全保障。
1 钻井液技术发展现状1.1 井壁稳定技术钻井液技术不断发展中，诸多的公司开发出成本低、性能出色的井壁稳定技术。
井壁稳定，就是在钻井液中注入一定成膜剂，让钻井液可以在井壁的表面生产一层高质量膜。
在石油生产中，这层膜的作用是非常重要的，对钻井液滤液会起到一定的阻止作用，防止钻井液滤液在石油生产中进入到底层，这样可以发挥出固定的效果[1]。
这类的化合物效率是非常高的，在不断开发中有着非常好的前景。
另外是油基钻井液，具备一定的平坦流动性，在深井作业中会起到非常关键的作用，主要的材料是增黏剂、乳化剂以及有机土，在井眼发挥作用，对储层提供保护，解决因为温度的因素，导致井底清洁力不足的问题，在石油井下的实际施工中，满足可持续发展的实际需求。
1.2 防漏堵漏技术钻井液技术中的防漏堵漏是非常重要的部分，解决裂缝以及地层漏失造成的井喷问题。
防漏堵漏可以形成泥饼，对漏层进行封堵，自身也有不错的抗温性能，200℃以上是可以承受的。
钻井液技术可以与钻井产生化学反应，反应的时间很短，无需起下钻，让井下的作业可以更加安全和稳定。
在井眼加固的操作中，需要对裂缝进行加固，钻井液中的封堵物质可以进入到裂缝中，然后在其中就会形成桥塞，从而让渗透率降低，对井眼起到加固的作用。
1.3 抗高温钻井液技术井下作业需要布置防高温的材料，国外钻井液技术，开发出两性离子活性剂，可以作为一种增粘剂，也可以作为降滤失剂，可以抵御150℃的高温。
在抗高温的体系中，甲酸盐无固相钻井液配伍的性能是比较出色的[2]。
2 钻井液技术的发展挑战2.1 钻井液处理剂运用高质量的处理剂，对深井施工是有促进作用的，但是现阶段钻井液技术的发展也有诸多的局限性，在产品的实际生产中，一些特殊的性能以及创新产品，数量还是非常少，多数是换名产品，真正的创新产品并不多，导致钻井液技术的实际发展并不乐观。
钻井液技术现状及发展方向
钻井液技术现状及发展方向王中华(中原石油勘探局钻井工程技术研究院) 摘 要 介绍了国内外钻井液处理剂和钻井液技术现状,对如何提高钻井液处理剂和钻井液的水平,以及今后钻井液处理剂和钻井液的开发方向提出了几点看法,认为钻井液工艺技术应向钻井液工程技术转化,最终形成钻井液工程技术,提高钻井综合效益,有效地保护油气层和提高油井产量。
并讨论了中原油田钻井液处理剂和钻井液技术发展趋势。
关键词 钻井流体 钻井液处理剂 合成 应用引言近年来,随着复杂地层深井、超深井及特殊工艺井油气钻探越来越多,对钻井完井液技术提出了更高的要求。
“安全、健康、高效”的钻井液和逐渐形成的“钻井完井液系统工程技术”的概念,标志着钻井完井液技术研究和应用进入了一个全新的发展阶段。
国内外开展了大量的应用基础理论和新技术研究,取得了一系列的研究成果和应用技术,如新研制成功了聚合醇、多元醇、甲酸盐、稀硅酸盐、合成基等具有国内外先进水平的水基防塌钻井液新体系,以及适应于极复杂地质条件下的、环保性能优良的第二代合成基钻井液新体系,代表了钻井液的发展方向。
这些研究在很大程度上体现出21世纪钻井完井液技术蓬勃发展的总趋势。
就中原油田来说,在20多年实践经验的基础上,钻井液技术工作始终把提高钻井速度、缩短完井周期和油气层保护作为努力方向,解决了一系列的生产难题,保障了高难度复杂井的钻井顺利施工,从而使全局的钻井液技术水平有了明显的进步和提高。
1 国内外钻井液技术1.1 钻井液处理剂[1,2]1.1.1 现状图1是国内外近10a处理剂新品种增加情况。
国内外处理剂新品种的增加量在逐渐降低,特别是国外降低比较明显,这说明国外在新产品的研制方面脚步放慢。
国内在20世纪90年代初期发展较快,90年代后期速度变缓,进入21世纪发展速度又有所加快,但总的趋势是发展放缓。
图1 国内外处理剂新品种增加情况1.1.2 发展方向根据国内外钻井液技术现状,今后钻井液处理剂应重点研究:(1)适用于深井(大于4500m)、抗高温(150～180℃或更高)、抗盐(NaCl至饱和)、抗钙或镁的增粘剂,降滤失剂,降粘剂和流型改进剂。
谈钻井液技术的应用现状及发展方向
谈钻井液技术的应用现状及发展方向摘要：近些年来，随着已有的石油田的日益枯竭，而其需求量也逐渐增大，更多的石油需要被开采和勘探，这对石油勘探的技术提出了更高的要求。
而钻井液技术作为石油开采的中心技术，其发展和研究也成为一种必然趋势。
本文主要通过对国外的钻井液技术的研究，然后综合考虑国内钻井液技术发展情况以及存在的一些问题，结合最新技术的发展情况，提出了关于未来钻井液技术发展方向的重要建议。
关键词：钻井液应用现状发展方向一、钻井液技术概述钻井液就是指在钻探过程中，在孔内使用的一种冲洗物质且可以循环利用。
可以说钻井液就是钻井的血液，同时也称之为钻孔冲洗液。
根据钻井液按的组成的不同，可以将其分为清水、泥浆、乳状液、无粘土相冲洗液和压缩空气等。
最早开始用的钻井液就是清水，因为它无需处理，使用十分方便，尤其是适用于完整岩层和水源充足的地区。
而泥浆是另一种广泛使用的钻井液，因为其具有一定的粘度，所以可以用于一些松散的和容易坍塌的不稳定岩层。
研究表明，钻井液具有很多用途，而最广泛地就是清洁井底，保持井底的清洁，还有就是用来冷却和润滑钻头及钻柱，从而提高其使用寿命。
一般的根据基液和主要处理剂的不同，可以将钻井液分为以下几类：即由气体配制成的空气和氮气钻井液；由水配制而成的充气--泡沫钻井液等；以及由非水物质配置而成的油基或合成基钻井液等。
钻井液是可以分为分散介质和分散相以及添加剂组成的。
此外，一般的钻井液主要由液相、固相再加上相应的化学处理剂组成。
液相可以是水、油和乳状液，而固相则包括有用固相和无用固相两种，相应的化学处理剂则包括无机和有机高分子化合物。
在近些年，随着一些深井、超深井等特殊工艺技术的发展和进步，石油勘探技术也在不断的进步和发展。
这就对钻井液的要求越来越高了，现在国际上对钻井液的要求是“安全、健康和高效”。
然而，国内外在钻井液技术方面的发展有着明显的差距，这就需要我国更好的学习和借鉴国外相关的优秀技术水平，提高自己充实自己，以期更好的为国家石油工业做贡献。
环保钻井液技术现状及发展趋势
2017年09月环保钻井液技术现状及发展趋势刘朝劲（克拉玛依市金鑫科技有限公司，新疆克拉玛依834000）摘要：随着社会经济的快速发展，人们的环保意识也在不断的提升。
在钻井液技术中，也越来越多的开始应用环保钻井液技术。
其不仅仅能够保障施工人员的身体健康，还能够有效的应用在各种复杂的深井作业中。
本文则主要对环保钻井液技术的应用现状进行了深入的研究，并对其未来的发展趋势进行了分析。
关键词：环保钻井液技术；技术现状；发展趋势进入21世纪以后，我国的石油工业得到了快速的发展，对于钻井技术也提出了新的要求。
特别是对于钻井液技术的要求也在不断的提升。
但是环保型钻井技术的实际应用现状，却出现了较多的问题对其技术的应用产生了一定的影响。
因此，对于环保钻井液技术进行深入的研究则具有重要的现实意义。
1环保钻井液技术现状分析1.1多元醇钻井液技术从功能上进行分析则发现，多元醇钻井液体系不仅有着油基钻井液技术的优势，还具有较强的环保性，不会造成环境的污染，不会影响也地质录井。
且通过多次的室内试验和实践发现，多元醇钻井液体系存在着十分良好的效果，同时也能够给石油企业带来极大的经济效益。
1.2甲基葡萄糖苷钻井液甲基葡萄糖苷钻井液是在防塌机理和常规性的钻井液上产生的，其与油基钻井液性有着相同的地方。
因此其也被称为仿油基钻井液体系。
通过研究发现，甲基葡萄糖苷钻井液对于泥页岩水化膨胀的产生有着良好的抑制性，且能够使井眼保持稳定。
此外，该环保钻井液也不会产生有毒有害气体，并且可以较为方便的得到生物降解，其还拥有着广阔的应用空间。
1.3硅酸盐钻井液在钻井的过程中，可以通过对于硅酸盐钻井液的应用，保证井壁的稳定性。
在高浓度可溶性硅酸盐钻井液遇到流变性能，则会产生失控状况。
所以，硅酸盐钻井液逐渐被灰钻井液以及聚合物钻井液进行了取代。
近些年，随着钻井液技术的快速发展，有效的控制了硅酸盐钻井液的流变性，提升了其使用效能。
所以，硅酸盐钻井液还是较常使用的钻井液技术。
环保型钻井液的研究应用现状及发展趋势
１ ２合 成 基 钻 井 液 ．
合 成基 钻井 液是 以人 工 合 成 有 机 物 （ 醚类 、 如 酯 类 和合成 烃类 等 ） 为连续 相 ， 水 为分散 相 ， 盐 加入 乳 化
目前 由于受 到多种 制约 因素 的影 响 ， 内环保 型 国 钻井液 技术发 展较 为缓 慢 ， 大多 数 环保 体系 仅 限于 室
内研究 ， 未 在 实 际 钻 井 工 程 中得 到 广 泛 应 用 。 因 并 此 ， 究 实用性 的环保 型钻井 液具 有重要 现实 意义 。 研
剂、 稳定剂 、 滤失 剂 和 流 型 调 节剂 等 组 成 的 一种 逆 降 乳化 悬浮 体系 。醚和 酯不 含任 何有 毒 的芳香 烃 物质 ， 易生物 降解 ； 合成 烃易 降解 ， 毒性 稍微偏 高 。 但 该体 系特 点是 ： 毒性 小 ， ① 能生 物降解 ， 环境 污 对
环境也 造成 了严重 的影 响 。因此 ， 在环 保要 求 日益 严
效应 的 聚 合 醇 配 制 而 成 的 ， 要 成 分 为 聚 乙二 醇 主
格 的今 天 ， 保 型 钻 井 液 的研 发 和应 用 有 重 要 现 实 环
意义。
（ Ｐ 或聚多 醇 ， 能 够 有 效 抑 制 泥 页岩 水 化 ， Ｐ Ｇ） 其 防止 井 眼扩 大或井 壁坍 塌 ， 毒性 小 ， 且 污染 低 ， 钻 井液体 该 系已在北 海 、 墨西哥 湾 、 丹等 地 区 的许 多 油 田使用 ； 苏 国内也 在 渤海 、 南海西 部 、 东海 、 辽河 、 港 、 大 塔里 木和 江苏 等油 田获 得 成 功 应 用 ， 该 体 系 需 添加 大 量 的 但 ＫＣ 与 聚合 醇 复 配 使用 ， 成 钻 井 液 的盐 度 较 高 ， １ 造 易 造成 土壤 的盐 碱 化 。Ｂ ａ ｙＭＥ等 人 指 出［ ， ｒｄ ５ 聚合 醇 ］ Ｐ 在 较低 盐度 条件 下仍有 较好 的抑制 性 能 ， 此配 Ｇ２ 据 制 的高抑 制 低盐 度 聚 合 醇钻 井 液才 是 真正 的环保 型
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环保钻井液技术现状及发展趋势杨振杰(西安石油大学石油工程学院,陕西西安) 摘要 综述了环保钻井液技术发展现状,通过分析环保钻井液存在的问题,对环保钻井液的发展趋势提出了认识。
环保钻井液应具有:与油基钻井液相当或接近的抑制性能;配制和维护成本与普通水基钻井液相近;满足施工地区的环保排放标准,对农业生产无害,最好是有益于当地的生态环境;保证施工人员的健康和安全;适应于各种复杂井和深井的钻探需要。
在今后的环保钻井液技术研究中,应该重视对天然高分子材料和各种环保处理剂的改性和完善以及对无毒无污染的有机盐和无机盐使用技术的攻关,解决环保钻井液抑制性和抗温性问题,开发低成本高性能的无毒环保钻井液。
关键词:钻井液 环境保护 抑制性 生物可降解性 综述由于对环境保护问题的日益重视,与钻井液有关的环保和安全问题使得高效、低成本和无毒钻井液的研究开发成为发展的重要方向。
中国陆上油田由于受钻井液成本等因素的制约,环保钻井液技术发展较慢。
本文综述了环保钻井液技术发展现状,通过分析环保钻井液存在的问题,对环保钻井液的发展趋势提出了建议,希望能对环保钻井液的技术进步有所启发。
环保钻井液的发展现状1.硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液无毒、无荧光、低成本的特性日益受到重视。
Barnfather J L等人认为,目前使用的油基钻井液和合成基钻井液并不能真正满足环保、立法和成本控制的要求。
研究开发一种既适应复杂地层要求又能满足环保要求的钻井液是目前面临的一个重要问题[1]。
硅酸盐钻井液能够稳定各种复杂地层,具有优良的类似于油基钻井液的抑制稳定性能,但也是通过聚合醇和低价无机盐的复配等来强化体系的整体性能。
普遍使用的硅酸钠产品溶液模数为2.1,固相含量为42%,密度为1.5g/cm3。
典型的硅酸盐钻井液的pH值控制在11.8～12.3之间。
硅酸盐钻井液成本比普通水基钻井液高30%左右。
Marquis Fluids公司自1998年起在加拿大西部、英国和哥伦比亚近40口大位移定向水平井、高温高压复杂深井中使用了强抑制性硅酸钠/钾环保钻井液体系,提高了机械钻速,抑制了页岩的水化膨胀,降低了成本,成功地替代了逆乳化钻井液和硫酸钾钻井液。
硅酸钾还可以作为化肥,有利于植物的生长发育,只要使用得当对环境完全无害。
Barnfather J L等人将硅酸盐钻井液应用于挪威的海上油田,控制了易膨胀水化的泥页岩。
作为油基钻井液和合成基钻井液的替代体系,该体系减少了化学添加剂的排放量,满足了海洋钻井的环保要求[2]。
硅酸盐与聚合醇复配,增强了硅酸盐钻井液的整体性能,因为单纯的硅酸盐钻井液难以满足深井和高难度井的钻探需要。
新一代硅酸盐聚合物钻井液中液体硅酸盐(固相含量为30%左右)加量为5%～15%[2]。
Ward和Chapman J W认为硅酸钠和硅酸钾复配可提高钻井液抑制效果,减少硅酸盐的用量[3],而且具有优良的储层保护性能。
John C U rquhart提出用天然高分子材料复配的无固相硅酸盐钻井液,其组成为30%硅酸钾溶液(有效浓度为30%,模数为2.5,pH值为11)加入3～6kg/m3黄原胶和1～3kg/m3CMC。
该体系的滤失量可控制到0,密度可根据需要进行调整[4]。
该体系特点为:①真正无毒;②能够防止页岩地层的坍塌,抑制泥岩的水化分散,加固胶结差的地层;③密实的堵塞作用可防止钻井液滤液的侵入。
硅酸盐加入钻井液后,提高了钻井液的整体抗温性。
硅酸盐钻井液的开发多数是以聚合物钻井液为基础。
硅酸盐钻井液一般都需要与聚合物、盐类、抗高温处理剂等复配来增强抑制能力,由于复配处理剂的影响,这些硅酸盐钻井液难以形成真正的无毒环保钻井液[5～8]。
丁锐通过对硅酸盐钻井液稳定井壁机理进行系统研究认为,硅酸盐稳定井壁的机理包括多方面的协同作用:①尺寸分布较宽的硅酸盐粒子通过吸附扩散等途径结合到井壁表面,堵塞缝隙;②侵入地层孔隙内的硅酸根遇到pH值小于9的第21卷第2期 钻 井 液 与 完 井 液 Vol.21,No.2 2004年3月 DRILLING FLUID&COMPLETION FLUID Mar.2004孔隙水立即变为硅酸凝胶而将孔隙堵塞;③硅酸根与岩石表面钙镁离子和硬度较大的孔隙水生成硅酸钙镁沉淀而覆盖于岩石表面并堵塞孔隙;④硅酸盐与粘土矿物之间的超分子作用力;⑤硅酸盐的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应,把粘土等矿物颗粒胶结成牢固的整体[9]。
John C Urquhat也认为硅酸盐钻井液对泥页岩的包裹作用阻止了泥页岩与钻井液的接触,保持了地层的原始状态,利于井壁稳定和储层保护[10]。
目前应用的硅酸盐钻井液存在几个问题。
①性能调整困难,特别是流变性能的控制;对pH值比较敏感[3],如CO2的污染可引起硅酸盐钻井液增稠。
另外,较高的液相粘度使硅酸盐难以在高密度钻井液中使用。
②要达到良好的抑制性能,必须保证硅酸盐有较大的加量。
③该钻井液的整体性能难以满足各种复杂井和特殊工艺井的要求,如抗温性、润滑性和流变性的控制等。
④为达到较好的钻井液性能,必须与其他非环保处理剂和低价盐复配,使体系的环保性能受到影响[8,11]。
如自然生态对可溶性盐的容量限为3000mg/L,高含盐量的钻井液对生态环境不利。
Bland R G等人也指出了硅酸盐钻井液的缺点[12]:①硅酸盐与钻井液其他处理剂的配伍性差;②使用温度受限制,要求体系具有较高的pH值;③钻井液摩阻大。
2.合成基钻井液合成基钻井液是以合成有机物为连续相,盐水为分散相,加入乳化剂、降滤失剂、稳定剂和流型改进剂等组成的一种逆乳化悬浮分散体系。
合成基钻井液的特点有:①不含芳烃,毒性小,可生物降解;②高闪点,低凝固点,可在寒冷地区和深水海域使用;③在水中可生物降解,废弃物可直接排入海中。
但由于环保法规的日益严格,合成基钻井液的使用也受到一定的限制。
合成基钻井液的商业造价为1380美元/m3,海洋上使用该体系钻井,井壁稳定,提高了钻速,节约了使用油基钻井液时用于处理钻屑和环境污染的费用[13]。
如果研究的环保钻井液主要是用于陆上油田,合成基等环保钻井液的费用就难以接受。
3.铝络合物钻井液Baker Hughcs INTEQ公司推出了一种络合铝,是一种不含Cl-的高效泥页岩抑制剂,其机理是在泥页岩的孔隙和微裂缝内形成不溶于水的铝络合物,加固和稳定井壁,抑制岩屑分散。
该产品的特点是成本低,钻井液性能容易控制。
由于产品本身是一种无毒无害的铝化学品,不含氯,解决了岩屑排放的难题,降低了排放成本,能够运用于环境保护要求较高的地区。
经检测浓度为8.6kg/m3的络合铝溶液LC50值为0.555g/L。
据介绍该产品还具有配伍性好、抗污染能力强、流变性能容易控制、维护处理方便和防止钻头泥包等优点。
Saddok Benaissa等人提出铝酸盐与有机酸的协同增效作用是铝化学剂稳定井壁的关键[14]。
铝化学剂抑制泥页岩的水化分散、稳定井壁的机理是,随滤液渗入泥页岩孔隙和微裂缝中的铝化学剂,在低pH值的环境下形成沉淀结晶,与泥页岩结合成为一个整体,抑制其膨胀分散,有效地阻止泥页岩内部微裂缝的孔隙压力穿透,稳定井壁。
铝化学剂通过了墨西哥湾和北海的生态学和毒物学试验,符合环保要求,LC50值大于美国环保局(US EPA)规定的在墨西哥湾排放钻井液的最小值。
4.甲基葡萄糖苷钻井液Simpson J P等按美国环保局规定,对甲基葡萄糖苷进行生物降解评价,分别对浓度为20mg/L和40mg/L的甲基葡萄糖苷溶液进行了改进生物降解试验,结果测得28d产生的CO2为理论产量的86%,高于EPA规定的60%[15]。
浓度为80%的甲基葡萄糖苷溶液的LC50值高于500g/L,完全符合EPA规定的排放标准。
因此,甲基葡萄糖苷钻井液是一种无毒、易生物降解的新型环保钻井液。
该体系的抑制机理是甲基葡萄糖苷能吸附在泥页岩表面形成一层半透膜,通过调节该钻井液的水活度控制钻井液与地层水的运移,使页岩中的水进入钻井液中,从根本上抑制泥页岩的水化膨胀,稳固井壁。
甲基葡萄糖苷在钻井液中的理想加量为45%～60%,如果与7%以上的无机盐复配可将用量降到25%左右,但环保性能又将受到影响。
甲基葡萄糖苷钻井液可以通过复配石灰和褐煤等无毒处理剂控制高温高压滤失量[16]。
该体系在辽河、胜利和新疆等油田已进行了现场试验,但可能由于成本太高,目前未见推广应用的报导。
5.钙络合醇水基钻井完井液钙络合醇水基钻井完井液是中国近年来发展起来的新型环保钻井液。
钙络合醇钻井液的主要成分是一种醇类的非离子表面活性剂和无机盐CaCl2,具有较好的抑制性能。
该体系已在胜利、辽河和中原40 钻 井 液 与 完 井 液 2004年3月等油田得到了成功的运用。
但高浓度无机盐的使用,对环境也会有一定的不良影响。
6.无粘土低固相甲酸盐盐水钻井液无粘土低固相甲酸盐盐水钻井液是一种新型的无毒环保钻井液,其特点是抑制性强,流变性好,固相容量限高。
甲酸钾加入钻井液后能够提高XC生物聚合物和聚合物降滤失剂的抗温性能[17～18]。
甲酸盐钻井液在国外已用于现场,并取得了良好效果,中国也在一些复杂井中试验成功。
该体系的缺点是成本过高,难以在油田大面积推广。
7.高抑制性低盐度聚合醇水基钻井液聚合醇钻井液是一种广泛使用的新型环保体系。
该体系强抑制性能是通过聚合醇与一定浓度的氯化钾复配实现的,聚合醇与无机盐复配形成复合物,增强聚合醇在膨润土颗粒上的吸附强度[19]。
Brady M E等人认为,高盐度的聚合醇钻井液对环境的影响同样是不利的[11]。
因为较高的含盐量会污染地下水源和土壤,影响饮用水和农业生产,不是真正的环保钻井液。
为此,提出了高抑制性低盐度聚合醇水基钻井液。
为了保证在含盐量低的情况下聚合醇钻井液仍具有较好的抑制性能,对聚合醇的作用机理进行了深入研究,认为该体系抑制性能的关键是处理剂能够与膨润土颗粒发生强吸附作用,进入膨润土颗粒内层空间,通过分子间的相互作用力产生良好的加固封闭作用,阻止钻井液滤液侵入,达到抑制泥页岩膨胀分散的目的。
聚烷撑乙二醇尽管在粘土颗粒内层空间形成双分子层,但由于憎水基团的作用,封闭效果比聚乙二醇好。
Beady M E 等人研究出了吸附动力更强、与粘土颗粒具有强烈的亲和与封闭作用的聚合醇产品PG2,增强聚合醇的抑制效果,保证在低盐度条件下,聚合醇钻井液具有较好的抑制性能,实现了该体系更好的环保性能。
8.增强环保钻井液抗温性能的处理剂Luigi F Nicora提出了一种新型的抗高温钻井完井液添加剂柠檬酸锆。
室内和现场试验表明,在钻井液中加入柠檬酸锆后,提高了褐煤及木质素磺酸盐在分散钻井液中的抗温稳定性,控制了膨润土在高温下的胶凝稠化[20]。