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中国钻井液技术现状和趋势

文|王中华

中石化中原石油勘探局副总工程师


1、前言

钻井液是钻井工程的重要部分,只有站在钻井系统工程的全局考虑, 才能保证钻井液性能的有效发挥, 并充分体现。“钻井的血液 、作用。 由于钻井液是安全快速钻井、储层保护的关键, 在钻井液设计及维护处理过程中, 要始终围绕安全快速钻井及储层保护的目标,同时还要考虑环境保护的要求。通常, 井下复杂的减少、使用振动筛目数越来越高, 稀释剂或降黏剂用量越来越少, 膨润土含量越来越小, 是水基钻井液技术进步的重要标志。

尽管钻井工程技术的进步促进了钻井液技术的发展, 但钻井液技术的进步和发展更依赖于钻井的需要和新处理剂的出现。 就我国钻井液技术而言, 是伴随着石油工业的发展而逐步成熟的。上世纪 50年代, 钙处理钻井液的使用, 拉开了我国钻井液发展的序幕。 自 1975年全国第二次泥浆会议, 特别是1977年原石油工业部第一次全国油田化学会议之后, 钻井液处理剂研制与应用逐步受到重视。而1985年原石油工业部第二次油田化学技术交流会后, 钻井液处理剂开始了快速发展, 并由当初的由外专业引进, 发展到专用钻井液处理剂的自主研发, 从而促进了钻井液技术的进步。

国内自上世纪70年代系统开展钻井液及处理剂研究与应用以来, 走过了40余年的历程。40年来, 钻井液及处理剂经历了不断进步、完善的历程, 其发展与石油勘探开发及钻井工程的发展密切相关, 每一个进步都是建立在需要的前提下, 是对钻井液性能认识不断提高的过程。40年来,钻井液从分散(粗、细分散)到不分散, 再到低黏土相、甚至无黏土相的发展过程中, 膨润土含量控制水平是根本标志, 钻井液从当初 “遇山开山,遇水搭桥 、,逐步走向学科的处理。 就整体水平而言, 由于国内和国外在管理模式和认识上存在差异, 很难确切对比, 但可以肯定, 国内钻井液技术水平, 尤其是钻井液处理剂研究水平居国际领先。由于习惯不同(膨润土含量控制)。复杂程度不同(淡水、盐水、高温、高压)和就地取材(原材料差异),国内不同地区钻井液技术水平也存在差别, 但都能满足不同地层条件下安全钻井需要,并朝着安全高效。绿色环保方向发展。

2、发展概述

由于钻井液技术发展依赖于新处理剂的出现,若以处理剂为主线,以系统的开展钻井液处理剂研究与应用为起点,国内钻井液及处理剂发展大致分为起步。发展。完善。提高四个阶段。 四个阶段是一个连续的过程, 各阶段间并无明显的时间界限,且还存在着交叉和重叠。

2.1 起步阶段

概括起来,将上世纪60、70年代, 分散钻井液体系及处理剂初步应用的阶段看作起步阶段。 该阶段在中国石油工业发展之初积累经验的基础上, 完成了钻井液由自然造浆阶段向分散钻井液体系的过度, 并使钻井液体系的应用逐渐走向系统化。然而, 由于仪器。技术及处理剂的限制, 该阶段经验性钻井液设计与处理仍然占主导地位。加之当时高校还没有钻井液方向的人才培养, 从事该专业的人员很少有高等教育的经历, 对钻井液认识不可能充分,故该阶段各方面比较粗放。

该阶段初期, 普遍应用的是纤维素(CMC)铁络盐、两碱(纯碱、烧碱)、栲胶或单宁和腐殖酸等, 由于缺乏专门的处理剂, 以及材料质量及品种的限制, 钻井液稳定性差。造浆严重, 流变性和膨润土含量控制困难, 如果遇到盐膏污染, 甚至出现 “一个人一把掀,一掀一掀往前赶、的现象, 处理剂消耗量很大, 维护处理频繁, 并常常大量放浆, 不仅使钻井液处理费用高、处理强度大, 而且环保压力大(好在当时对环保要求不高)。

针对起步阶段可用处理剂少、 且简单的现状, 为满足钻井需要 ,在以淀粉(糊化、膨化)、纤维素;(CMC)、FCLS、两碱 、栲胶 、单宁酸 、 褐煤等处理剂为主形成的最基本的钻井液体系分散钻井液的基础上, 不断探索开发新的钻井液处理剂。水解聚丙烯腈钠、水解聚丙烯腈铵、磺化沥青(SAS)、磺甲基酚醛树脂(SMP)、磺化褐煤(SMC)的研制与应用,保证了钻井液的抗温抗盐能力, 使抗高温钻井液体系得到初步发展。 尤其是聚丙烯酰胺(PAM)和水解聚丙烯酰胺(HPAM)的应用, 使钻井液体系由钙处理等不分散体系逐步发展到聚合物不分散体系, 并实现了从无机絮凝剂到有机絮凝剂的过度, 奠定了不分散聚合物钻井液体系的基础。

2.2 发展阶段

上世纪70~80年代, 尤其是1985年原石油工业部第二次油田化学技术交流会后的这一阶段, 可以说是钻井液处理剂及钻井液的快速发展阶段

2.2.1 钻井液体系不断完善,钻井液处理剂快速发展

此阶段,SMP、SMC磺甲基单宁(SMT)等处理剂构成的“三磺、钻井液体系已逐渐成熟, 并在各大油田推广应用, 有效降低了深井、超深井井下复杂, 顺利打成了一批深井和高难度井,尤其值得强调的是PAM对钻井液及处理剂的发展起到了关键作用,首先, 不同相对分子质量、不同水解度的HPAM产品, 有效解决了固相及黏土(尤其是劣质土)含量控制的难题, 保证了钻井液的清洁。

同时, 以PAM水解产物为基础衍生的HPAM大钾(水解聚丙烯酰胺钾盐)、聚丙烯酸钙(CAM)等产品, 在钻井液中可起到絮凝。包被。井壁稳定。降滤失和调流型等作用, 使钻井液性能控制更方便。尤其是PAM 的水解、磺化、季铵化等产品的出现,不仅促进了低固相不分散聚合物钻井液体系的发展, 改变了以往以分散钻井液体系为主的现象, 也使聚合物钻井液的抗温抗盐能力有了明显提高。受PAM水解 、磺化和季铵化反应产物的启示, 通过配方及工艺优化, 先后研制了一系列聚合物处理剂。由于这些产品分子中的基团及相对分子质量已经进行了优化, 其性能比PAM水解产物明显提高, 其应用有力推动了钻井液技术的进步。 可以说,HPAM不仅是聚合物处理剂发展的基础,也是形成低固相钻井液体系的基础, 此时无论是钻井液的流变性、滤失性、润滑性、抑制性等, 与过去相比都有了大幅提高,钻井液固相控制水平也有了进一步提高, 并使钻井液由粗分散体系逐渐过度到不分散钻井液体系。低固相钻井液体系逐渐形成并完善, 配合高压喷射钻井, 大大提高了钻井速度。 由于这些聚合物处理剂具有良好的降滤失、井壁稳定、抑制、絮凝等作用, 利用其与氯化钾配合形成的钾盐聚合物钻井液, 以及钾盐聚磺钻井液体系, 有效解决了水敏性、易塌地层的坍塌及深井钻井的难题, 聚合物处理剂也使饱和盐水钻井液体系的性能进一步提高, 满足了盐膏层钻井的需要,为安全快速钻井提供了有效的技术支撑。

现场实践是钻井液处理剂发展的根基。受现场启发, 如基于SMP只有与SMC等配合才能发挥作用, 通过配方和工艺优化, 研制生产了SLSP、SCSP、SPNH 等产品, 使现场应用更方便, 效果更好, 也在一定程度上充实了处理剂品种, 奠定了抗高温聚磺钻井液体系的基础。

最早应用的淀粉改性产物是糊化或膨化淀粉, 为解决其易发酵的问题, 上世纪80年代中期, 开发了羧甲基淀粉(CMS),并一度成为饱和盐水钻井液有效的降滤失剂。 针对 CMS 应用中存在的问题, 为提高淀粉的抗温能力, 开展了一系列改性工作, 但并没有取得实质性应用进展。

在栲胶及单宁碱液的应用基础上, 针对存在的起泡、抗温抗盐能力差等问题, 研制开发了磺甲基单宁和磺化栲胶, 提高了产品的抗温抗盐能力, 拓宽了应用范围。

木质素方面, 从环保角度出发, 研制了钛铁腐木质素磺酸盐降黏剂、接枝共聚物降黏剂等, 并在现场应用中见到了一定效果, 为发展环保木质素磺酸盐类处理剂奠定了基础。

从提高钻井液体系抑制性的需要出发, 还开发了吸附能力强、有效期持久的阳离子化合物和聚合物处理剂, 并形成阳离子聚合物钻井液体系。由于缺乏配伍的处理剂, 加之缺乏有效的评价方法, 以及人们对其良好的性能缺乏足够认识, 阳离子聚合物钻井液最终没有大面积推广。

结合实践, 对钻井液处理剂结构与性能的关系进行了探讨, 为提高对聚合物处理剂的认识及处理剂的发展奠定了基础。

早在1986年, 就有高校提供了反相乳液聚丙烯酰胺供油田进行评价, 由于当时认识不足, 评价后并没有引起重视, 后来仅在个别油田进行了初步应用, 使乳液聚合物在油田的应用推迟了20多年。

同时,油基解卡剂的成功应用, 为处理钻井施工中经常发生的压差卡钻提供了有效手段,积累了处理井下复杂的经验。

2.2.2 油基钻井液成功应用

油基钻井液方面, 上世纪80年代初期,研制成功了油基钻井液和油包水乳化钻井液, 并在华北、新疆和中原等油田得到成功应用, 有效解决了钻遇大段岩膏层和水敏性泥、页岩地层时所遇到的各种问题。 但由于成本和认识的原因, 随后一段时间, 只是零星的在一些特殊地层进行了应用, 由于应用的量少, 相对于国外, 不仅油基钻井液技术发展严重滞后, 且缺乏熟练掌握油基钻井液技术的人员。

2.2.3 钻井液处理剂逐步规范

该阶段, 钻井液处理剂品种迅速增加, 质量不断提高, 配套的评价方法和检测手段不断完善, 并启动了钻井液处理剂质量标准制订工作, 使钻井液处理剂管理不断规范, 处理剂基本满足了不同类型钻井液维护处理的需要。

2.3 完善阶段

上世纪80年代末, 尤其是90年代以来, 针对钻井液处理剂存在的问题与不足, 通过一系列研究(如基团类型、基团比例、相对分子质量等优化), 使处理剂水平有了进一步提高,从而使聚合物钻井液性能更加完善, 钻井液工艺技术有了长足进步。

2.3.1 聚合物钻井液处理剂及钻井液体系逐步完善

合成材料方面, 在阴离子丙烯酸、丙烯酰胺等单体的多元共聚物及阳离子聚合物应用基础上, 针对阴离子聚合物抑制性不足, 阳离子聚合物过度絮凝的现象, 采用二甲基二烯丙基氯化铵、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、烯丙基三甲基氯化铵等阳离子单体, 通过阴离子、阳离子和非离子单体配方优化, 制备了以FA--367、JT--888等为代表的不同相对分子 质量的两性离子共聚物处理剂, 并配合XY27两性离子稀释剂等, 在降滤失、降黏、抑制和絮凝等作用机理研究分析基础上, 形成了两性离子聚合物钻井液体系, 并成功的在国内各油田推广应用, 取得了良好效果, 从而使国内钻井液技术逐步跨入国际先进行列。 在SMP应用基础上, 合成了磺化苯氧乙酸, 苯酚甲醛树脂, 使合成树脂的抗盐能力进一步提高, 但由于现场应用的针对性不强, 其优势没有充分体现, 产品没有推广。 针对SMP分散作用强,为减少分散性, 提高其抑制能力, 研制了两性离子磺化酚醛树脂, 同时还针对阳离子黏土稳定剂存在的不足, 通过结构优化, 研制了钻井液用阳离子黏土稳定剂(HT-201)和固相化学清洁剂ZSC-201。这些处理剂, 特别是两性离子聚合物处理剂的应用, 使聚合物钻井液性能,尤其是膨润土含量及低密度固相的控制能力有了进一步提高, 促进了钻井液技术水平的提高。

开展了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物研究与应用的探索工作。针对钻井液处理剂发展的需要, 研制了AMPS生产工艺, 实现了AMPS的工业化,为AMPS聚合物处理剂的推广应用提供了原料基础。

2.3.2 正电胶钻井液全面推广

受羟基铝、铁胶泥等应用的启发, 在分析天然无机凝胶结构的基础上, 通过优化原料、配方及合成工艺, 研制了混合金属层状氢氧化物(MMH,又称为正电胶),并形成了正电胶钻井液体系。由于该钻井液具有独特的流变特性, 以及强抑制性 、防漏 、减少油气层损害程度 、有利于提高钻速等性能, 迅速在全国推广使用。尽管正电胶优势明显,由于仅把它看做一种单剂, 没有形成配套的处理剂及完善的钻井液体系, 最终出现了应用越来越少的局面。

2.3.3 天然材料及沥青改性处理剂研究继续深化

天然材料方面, 针对羧甲基纤维素(CMC)应用中存在的问题(如抑制性 、稳定性),从上世纪80年代起, 就开始了聚阴离子纤维素(PAC)的探索工作, 从合成工艺着手, 围绕提高取代度及取代均匀程度, 通过优化工艺制备了PAC,在保证CMC优点的情况下, 使产物的抑制性 、稳定性 、增黏性和降滤失能力进一步提高, 尤其PAC钾盐抑制性明显增强。淀粉方面, 探索了磺化淀粉醚, 开展了淀粉接枝共聚物研究, 但均没有实施工业化。木质素 、褐煤 、栲胶等方面也开展了一些工作, 但多数仅限于室内。

改性沥青,特别是SAS,作为一种传统的产品, 在控制高温高压滤失量 、润滑 、防塌 、封堵等方面发挥了积极作用, 在80年代研究与应用的基础上, 形成了稳定的生产工艺, 高质量粉状SAS 成为出口量最大的处理剂产品之一, 尽管国外非常认可, 而国内应用却很少。 作为沥青类处理剂, 乳化沥青在应对破碎性 、硬脆性地层及煤层防塌方面发挥了重要作用。 如何充分发挥沥青类的优势, 进一步拓宽其应用范围,仍然需要探索。用于控制高温高压滤失量 、适用于高温超高温情况下的高软化点沥青, 形成配套产品(天然沥青利用)是未来的研发目标。

此外, 水平井钻井液技术逐步完善, 成功解决了水平井钻井中遇到的托压 、携岩 、井壁稳定 、防漏堵漏 、钻井液润滑性和储层保护等难题, 为水平井安全顺利施工提供了保证。 水包油钻井液体系解决了一些低孔低渗 、缝洞发育易井漏 、地层压力系数低的储层保护问题和深井欠平衡技术难题。钻井液处理剂经过不断发展、完善, 并逐步系列化, 投入现场的品种已达250余种。 这一时期, 涉及钻井液处理剂研究的报道很多, 但实质性的新产品却很少, 并在处理剂研究方面出现了为科研而科研的浮躁现象。围绕环保要求, 环保钻井液及废钻井液无害化处理逐渐受到重视,并分步实施。

2.4 提高阶段

自本世纪以来, 无论钻井液技术水平还是处理剂质量,都有了明显提高,并对抑制性 、井壁稳定等有了新的认识,高性能防塌钻井液 、超高温钻井液 、超高密度钻井液等逐渐成熟。 特别是近两年, 随着页岩气水平钻井的增加, 油基钻井液得到了发展。

2.4.1 AMPS 聚合物处理剂得到应用

以AMPS为代表的聚合物处理剂的研究与应用, 使钻井液技术水平进一步提高, 钻井液体系更为完善。 由于AMPS 聚合物在抗温 、抗盐及抑制能力等方面明显优于丙烯酸多元共聚物, 一段时间以来, 备受重视, 并相继有AMPS--601、CPS--2000等一系列产品投入现场应用, 取得了良好效果AMPS的引入, 尽管使聚合物钻井液处理剂水平上了一个新台阶,处理剂抗温抗盐能力、抑制能力都有了明显改善, 但从结构看, 与传统处理剂相比并无质的突破。反相乳液聚合物应用初见成效, 与粉状聚合物相比, 其优越性逐步得到体现。

2.4.2 抑制性钻井液水平迈上新台阶

人们对钻井液抑制性的认识有了提高, 并逐步重视。为提高钻井液的抑制性, 聚醚多元醇(聚合醇)得到重视。利用聚合醇的浊点效应, 当钻井液的井底循环温度高于聚合醇浊点时, 聚合醇发生相分离, 不溶解的聚合醇封堵泥页岩的孔喉, 阻止钻井液滤液进入地层, 可以根据不同地层温度选择不同浊点的产品, 以达到有效控制井壁稳定的目的。此外, 聚合醇通过在泥页岩表面产生强烈吸附(吸附量随温度升高而增加),形成一层类似油的憎水膜,不仅可以阻止泥页岩水化 、膨胀与分散, 且能提高钻井液的润滑性。以聚合醇为主剂配制而成的环保型水基钻井液体系(聚合醇钻井液),不但具有油基钻井液的优异性能, 而且不存在污染环境和干扰地质录井问题。但由于品种混乱(润滑剂、抑制剂 、防塌剂 、防卡剂等五花八门),产品质量差别大, 产品价格不一, 其结果反而掩盖了聚合醇的优势。尽管有一些关于聚合物钻井液体系的研究与应用, 也见到了良好效果, 遗憾的是,由于聚合醇的主体作用没有充分体现, 聚合醇钻井液的优势没有有效发挥, 没能形成真正意义上的聚合醇钻井液体系。

甲基葡萄糖苷(MEG)钻井液进一步受到重视。由于以为主剂形成的MEG钻井液体系在防塌机理及常规钻井液性能方面类似油基钻井液, 能有效抑制泥页岩水化膨胀, 维持井眼稳定, 具有良好的动/静态携砂能力和流变性能 、抗污染能力 、润滑能力以及储层保护能力,并且无毒 、易生物降解, 对环境影响极小, 因此在应用中见到了明显效果, 应用前景广阔。与MEG相比, 阳离子型甲基葡萄糖苷不仅进一步提高了钻井液的抑制防塌能力, 也使钻井液的抗温能力有了明显提高。

近期, 基于国外的经验, 人们对伯胺在钻井液中的抑制性和井壁稳定能力有了新的认识,具有绿色环保的高性能胺基抑制钻井液体系逐步受到重视。实践证明, 有机胺类处理剂具有优异的抑制能力, 尤其以胺基聚醚或聚醚胺(APC)最为典型, 其独特的分子结构, 能很好地镶嵌在黏土层间, 并使黏土层紧密结合在一起, 从而起到抑制黏土水化膨胀 、防止井壁坍塌的作用。 同时具有一定的降低表面张力的作用, 对黏土的Zeta电势影响小, 且其抑制性持久, 具有成膜作用, 有利于井壁稳定和储层保护。APE对钙膨润土分散体系的流变性无不良影响, 适用于高温高固相钻井液体系, 可改善体系的抑制性和流变性。这些优势奠定了APE钻井液体系发展的基础。

此外, 高钙盐、有机盐和硅酸盐等强抑制性钻井液体系也得到了进一步应用和发展。

2.4.3 超高温、超高密度钻井液初见成效

近期, 超高温钻井液研究与应用受到重视,完成了一批超高温井,积累了超高温钻井液的实践经验, 并代表了国内钻井液的发展方向。超高温钻井液体系的关键是处理剂。在需要的基础上, 如何针对超高温钻井液性能控制的需要, 研制高性能处理剂是当前的重点。在研究中, 提出了抗高温钻井液处理剂的设计思路, 并研制了一些处理剂, 如PEL、LP507、HTASP。其中,PFL已在现场应用中见到良好效果。这些处理剂是否代表最好水平?研究上是否还具有提升的空间?需要在现场实践中一一验证。

超高密度钻井液及配套处理剂的研制, 不仅展示了国内特殊钻井液体系的研究水平, 而且保证了超高密度钻井液的流变性和悬浮稳定性, 解决了流变性和滤失量控制的矛盾, 并成功实施了官深井超高压地层的安全顺利钻进, 钻井液最高密度为2.87g/cm3 打破了用重晶石加重不能超过2.6g/cm3的禁区, 创造了超高密度钻井液成功钻进的世界记录, 为超高压地层开发提供了技术支撑。

提出了高性能处理剂的设计思路,高性能处理剂设计要有新的思路, 重点是超支化聚合物和天然材料的分子修饰。高性能钻井液处理剂的设计思路, 打破了传统处理剂设计的理念,为新处理剂的研制奠定了一定的基础, 但下步重点是如何实施, 并力争近期在合成方面实现突破性进展。

2.4.4 井壁稳定、防漏堵漏及固相控制有了新认识

井壁稳定方面, 井壁稳定的方法更接近实际, 更能满足现场需要,在认识上(理念上)由强调封堵 、抑制到封固(封堵、近井地带加固)过度, 并在近井地带加固方面取得了一些进展与认识。从近井壁加固角度讲,钻井液滤液中足够的防塌 、固壁成分是关键, 也就是说固壁作用材料的量要充分。有效的封堵剂、钻井液活度等是影响井壁稳定的主要因素, 要同时考虑。在开展井壁失稳的岩石力学和钻井液化学因素的耦合研究, 以及盐岩层蠕变规律研究基础上,通过钻井液优化设计, 有效解决了钻遇复杂泥页岩地层和大段盐膏层时出现的井壁稳定问题, 并通过准确确定地层孔隙压力和坍塌压力剖面, 以及水化力、膨胀力、地应力的实验数据和计算, 来确定钻井液体系、配方及钻井液密度。

堵漏方面, 由单一方法向多元化方向发展, 在堵漏材料上,凝胶 、可反应凝胶(化学堵漏)等材料的出现, 拓宽了堵漏的手段, 有效提高了堵漏一次成功率和效果。 但在堵漏强度 、驻留能力,以及漏点、漏型判断(找漏)方面仍然存在问题。总体而言, 堵漏仍然存在盲目性。

固相控制方面, 认识到钻井液的清洁有利于提高固相控制设备的效率, 利用固相化学清洁剂, 采用机械与化学相结合的新理念, 使固相控制的水平进一步提高, 主要体现在低密度固相进一步降低, 而直观表现在振动筛目数由几十到200多目。结合重晶石回收利用的固相控制技术, 有利于控制钻井液性能, 减少钻井液的排放。

2.4.5 欠平衡钻井液日渐成熟, 深水钻井液技术受到重视

气体钻井和泡沫钻井技术, 以及欠平衡压力钻井条件下的钻井液技术等有了发展, 使钻遇易漏失地层、低压层的手段更加完善, 尤其是气体钻井, 有力的推动了普光气田的开发速度。近年来, 深水钻井液技术逐步得到重视。围绕深水钻井液技术, 陆续开展了一些探索性研究工作, 研制了深水钻井液水合物抑制性评价实验装置和深水钻井液循环模拟装置等, 探讨了深水钻井液中水合物的生成规律, 优选了水合物抑制剂, 构建了深水水基钻井液体系,并实验考察了温度、压力等因素对深水水基钻井液流变性的影响.

2.4.6 钻井液处理剂现状喜忧参半

如前所述, 一些新产品, 如超高温降滤失剂、超高密度分散剂、凝胶堵漏剂等的成功应用, 展示了国内钻井液处理剂的水平, 尤其是涉及钻井液处理剂的文献很多, 可以说是文献“爆炸”。然而从文献内容看, 尽管关于处理剂的研究很多, 但应用很少, 且大部分研究存在过去工作的翻版或重复现象, 真正在性能上有实质性提高的并不多。就处理剂种看, 由于随意编代号、起名字之风盛起, 处理剂代号、名称出现了混乱现象, 已很难准确、有效的统计处理剂品种和数量。 该现象导致国内钻井液处理剂出现了停滞不前或倒退的局面, 也不同程度上影响了钻井液技术的进步, 值得本行业人员深思

2.4.7 油基钻井液有了新的发展

随着对非常规油气资源开发的重视, 特别是通过钻水平井进行页岩油气资源开发, 显示出油基钻井液对页岩地层的独特优势, 从已完成的威201--H3、泌页HF1 井、渤页HF1井、 建页HF--1井、延页HF1井、涪页HF--1井和焦页1HF井等的初步实践证明, 油基钻井液是页岩气水平井施工的首选钻井液体系+--,。 可见 ,油基钻井液迎来了新的发展机遇。

3、存在的问题

应该指出, 经过40多年的发展, 国内钻井液及处理剂有了长足进步, 并逐步赶上或超过世界先进水平, 但仍然存在一些不容忽视的问题。概括起来,既有技术、管理、处理剂质量等方面的问题, 也有人员方面的问题, 尤其是从业人员短缺, 队伍不稳定的现象较为普遍。

(1) 钻井液处理剂及钻井液体系命名不规范,尤其是, 2000年以来, 钻井液体系五花八门, 无章法, 没规范, 概念性的名称随处可见, 不仅阻碍了钻井液技术的进步, 也影响了行业的声誉。

(2) 在处理剂和钻井液体系上, 研究多、应用少。处理剂重复研究多, 创新研究少,尽管在处理剂数量上远远超过国外, 但高性能核心产品少, 且与国外存在差距。 钻井液体系发展缺乏连续性, 应用一个丢掉一个的现象很常见, 故很难形成系统、完善的钻井液体系, 加之一些炒作及跟风现象, 新钻井液体系总是昙花一现。

(3) 油基钻井液与国外差距大, 对油基钻井液的优势还缺乏科学认识, 不仅缺乏配套的处理剂, 且在油基钻井液基础研究方面也比较薄弱.

(4) 环保钻井液还限于口头和名称上, 距离真正的绿色环保还有很大差距, 环保钻井液体系研究及钻井液无害化处理任重道远。

(5) 尽管人人都说钻井液重要, 但本行业人员成长受限, 在一定程度上使该领域人员边缘化,看不到前景。因此多数人向往管理岗位,而轻视专业化模式, 致使队伍不稳定, 从业人员难以沉下心做事。

(6) 国内钻井液常被视为降低成本的主要途径, 能省则省, 不出问题不重视, 缺乏预处理及钻井液系统工程的意识, 钻井液设计执行不力。在缓蚀剂、杀菌剂等方面, 研究与应用均重视不够。

(7) 研究缺乏针对性, 新技术新理论仍然解决不了老问题, 井壁稳定过于强调钻井液的作用, 尽管在力化耦合上开展了很多研究, 取得了不少成果, 但现场应用的力度还不够, 与现场结合不紧密。

(8) 传统的钻井液处理剂的作用机理是否符合实际。 能否满足钻井液发展的需要。 应该进一步研究。尽管钻井液及处理剂已经有了进步和提高, 但在机理上却缺乏新的研究与认识。

4、发展方向

4.1 钻井液处理剂

从处理剂方面讲, 在满足钻井液发展需要的前提下, 要开阔视野, 不能总盯在钻井液上,要从钻井液扩展到油田化学, 再到精细化学品(主线相通, 方法相通),使开发目标多元化(精细化学品)。这样不至于因涉及面过窄而限制研究人员的发展, 提高创新性, 扩大应用面, 将方向放在精细化工这个大平台上, 培养更多的油田化学研究和现场服务人才。围绕复杂地层安全钻井, 特别是页岩气水平井发展的需要, 在过去工作的基础上, 开发高性能钻井液处理剂, 并力争在处理剂结构与性能上有所突破, 以促进油田化学, 特别是钻井液技术的发展。 近年来, 采用反相乳液聚合的方法, 制备钻井液处理剂以及乳液聚合物的应用, 受到了钻井液工作者的重视。 实践表明, 乳液聚合物与粉状聚合物相比, 效果更优, 在达到同样效果下,可以大大减少用量, 降低钻井液处理费用。今后, 应该在应用的基础上, 围绕提高聚合物含量、扩大反相乳液聚合物处理剂的种类及应用范围方面进一步开展研究。

4.2 钻井液

钻井液方面, 在完善已有体系的情况下, 水基钻井液要重点解决以下问题:

(1) 如何满足环保、安全快速钻井的目标要求;

(2) 保证低黏土相钻井液高温下悬浮稳定性 ;)

(3) 有效降低钻井液循环压耗, (小井眼更突出);

(4) 不靠增加处理剂用量,达到满足流变性、滤失量等性能控制的要求;

(5) 应对强水敏性地层钻井液;

(6) 页岩气水平井钻井液。

近两年, 尽管油基钻井液有了快速发展, 但水平与国外相比仍有差距, 提升空间还很大。下步重点是如何借助国外成功经验及国内初步经验, 围绕油基钻井液的需要, 强化处理剂及理论研究, 尤其针对页岩气水平井钻井的需要, 完善配套的油基钻井液体系, 发展无芳烃油基或植物油基钻井液, 特别是地沟油作为基础油的油基钻井液, 合成基和可逆乳化钻井液, 以及油基钻屑及废钻井液处理, 以满足页岩气和复杂地层钻探及环境保护的需要。

4.3 防漏堵漏和井壁稳定

堵漏技术方面, 要充分认识到防漏的重要性, 堵漏技术尽管很重要, 但如何强化防漏更重要, 要重视堵漏的一次成功率。 提高堵漏一次成功率(堵漏效率),可以从漏点判断(找漏工具)、物理和化学结合堵漏、堵漏工具开发及堵漏剂等方面考虑。要把握漏失与平衡和堵漏的关系, 将堵漏与井壁稳定同时考虑, 完善能够真实反映现场情况的模拟堵漏评价方法,使评价结果更切合实际, 满足指导堵漏作业的需要。在井壁稳定方面, 结合目前的实际, 重点从以下方面考虑、水基钻井液如何控制水敏性地层的坍塌, 岩性分析、地层稳定性分析是基础, 要重点考虑如何确定坍塌周期、延长坍塌周期、在坍塌周期内完成作业(提速是最有效的防塌途径)。目前。尽管在机理、方法等方面做了很多工作。但现场问题仍然很多。 因此机理和方法研究要紧密结合实际。解决现场问题, 总之要做实事。解决现场问题比推出一代又一代的新理论更重要, 在目前研究和应用的基础上。充分发挥MEG、APE的优越性。形成真正的MEG、APE钻井液体系。

4.4 钻井液体系的回归与创新

需要强调的是,针对国内钻井液技术现状,要认识到钻井液体系回归与创新的重要性, 目前钻井液技术发展必须解决两方面问题,即回归与创新。

这里所说的回归,是指回到初期的有序状态, 回归的目的要让目前模糊的东西更清晰,使成分模糊的东西变为成分明确的东西,这样才能有利于钻井液体系的规范、完善与提高, 回归对于提高钻井液技术水平见效最快。结合新认识重拾传统处理剂、传统体系。传统处理剂包含(诚信)。即是什么叫什么,成分明确。 重拾也包含将目前一些产品的模糊外衣撕去,还处理剂的真实面目。

创新要从理论上和处理剂合成上下功夫,用创新的思路和方法,开展钻井液及处理剂的研究与应用。 对于处理剂合成,创新的前提是对分子设计的准确理解。 在处理剂设计上不能追求概念,要上升到真正的分子设计的层次。就分子设计而言,用已知的原料放在一起反应,由于其结构是已知的,故不能说是分子设计, 分子设计要依据需要,即不同作用对分子结构的要求,是依需要为出发点,不是建立在已知原料的简单反应上,要明确合成设计是实施分子设计的基础,设计的分子如何得到,要从合成反应上考虑。即合成设计。

合成方法是设计实施的关键。聚合、有机化学反应和分子修饰等反应。都是实现处理剂合成的有效途径。 在材料来源上,无论是合成材料还是天然材料,以及工农业副产品,其目的都要围绕原料来源丰富,保证提高综合性能的提前下,有效降低成本,有利于环境保护。

5、结语

规范钻井液及处理剂,重视地层岩性分析,由经验性设计到根据钻遇地层特点定钻井液,提高钻井液的适应性和针对性,以及钻井液维护处理的科学性非常重要,结合国内钻井液发展的实际,近期需要从以下几方面开展工作:

(1)钻井液体系既要注重创新、发展,还要注重继承。在继承的基础上,通过创新在应用中不断提高,如:针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、抗污染、井壁稳定、润滑、防卡等方面,在已有工作的基础上,通过关键处理剂的研制和系列化,基于机理及处理剂配伍性研究,不断完善钻井液体系。

(2)现场要重视钻井液的小型实验, 通过实验结果指导、制定钻井液维护处理方案,做到科学处理钻井液,而不是凭经验处理,以提高处理效率与质量。要认识到提前处理(预处理)的重要性。强化钻井液的预处理及对可能出现问题的预测, 事前预防比出了问题再处理更见成效。

(3)研制开发高性能处理剂,减少钻井液处理剂品种。 在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低处理剂用量,减少由于钻井液液相黏度增加带来的循环压耗增加和钻具的泥包现象。 关键处理剂要减少生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量, 减少由于处理剂质量导致的复杂情况,以及其他不利影响;如处理费用增加、难度增加等。

(4)科学的选择和使用钻井液。 要认识到水基钻井液永远无法替代油基钻井液,在不适用于水基钻井液的情况下,可选用油基钻井液。在循环使用和措施得当时,油基钻井液成本不一定比水基钻井液高,油基钻井液的污染不一定比水基钻井液高。

(5)为满足保护生态环境的需要,积极围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发综合性好、生产成本低的天然改性,以及工业废料和农副产品为主要原料的改性处理剂,并建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段。

(6)为减少处理剂生产中烘干、粉碎等环节对产品性能造成的不可逆转的破坏性影响,提高处理剂的性价比、减少处理剂用量、降低钻井液处理费用,应加强用反相乳液聚合法生产钻井液处理剂的研究工作,同时研究反相乳液聚合物产品在高温和低温下的储存稳定性,扩大推广应用面。

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