环保钻井液技术进展研究

周洪奎

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

随着油气资源勘探开发的深入，环境保护问题也越来越突出。钻井液是钻井施工中重要的环节，同时也是油气开采过程中对环境产生污染的主要来源。钻井液中含有的大量化学处理剂和废弃岩屑会对生态环境产生不可逆的破坏作用。随着民众环境保护意识的逐步加强和环保法律的逐步完善，如何控制钻井液的污染已成为钻井从业者必须努力解决的问题。本文介绍了国内外研究和应用较为成熟的糖苷钻井液、合成基钻井液、高性能钻井液和盐水钻井液。以期为环保钻井液未来的发展提供参考。

1 葡萄糖苷钻井液体系

甲基葡萄糖苷（MEG）一般由淀粉改性制成，是一种无毒易降解的环保材料，以其为主要原料配置的钻井液体系具有良好的润滑性和抑制性，并且成本相对较低。目前已经研发出阳离子MEG钻井液、无粘土MEG钻井液等多种钻井液体系。

1.1 阳离子MEG钻井液

国内的司西强等人[1]，以阳离子MEG（阳离子MEG由环氧氯丙烷和甲基葡萄酸苷在催化条件下合成）为主要处理剂研发了阳离子MEG钻井液。该钻井液体系抗温150℃，润滑摩阻系数为0.15。具有良好的抗温性和润滑性。

1.2 无粘土MEG钻井液

无粘土MEG钻井液的固相和粘度低、润滑性好，有利于提高机械钻速。其润滑和抑制性能与油基钻井液相似，但该钻井液在流动状态下的携砂能力和静止状态下的悬浮能力不足，易形成砂床，所以不适宜应用与水平井或大斜度井等对钻井液携砂能力要求较高的井型。在大邑102井、201井的现场试验表明该体系具有较强的抗温、抗污染能力和优异的井壁稳定效果[2]。

2 聚胺高性能钻井液体系

聚胺钻井液是指以聚胺类抑制剂为主处理剂的钻井液，目前已开发的有大阳离子聚胺抑制剂、小阳离子聚胺抑制剂、两性聚胺抑制剂和疏水聚胺抑制剂等一系列聚胺基抑制剂。

2.1 UltraDrill聚胺高性能水基钻井液

UltraDrill聚胺高性能水基钻井液是一种性能突出、可回收利用的水基钻井液体系[3]。其核心成分为：UltraHib（阴离子聚胺抑制剂）、UltraCap（阳离子聚胺抑制剂）、UltraFree（高效润滑剂）、低粘聚阴离子纤维素和黄原胶。该钻井液体系已经在欧美的多个油田和国内的大港、冀东等油田进行了现场应用。应用结果表明，该钻井液体系有利于提高机械钻速、稳定井壁和储层保护。

2.2HPWBM钻井液

该体系使用的AP-1（聚胺类抑制剂）和DS（封堵抑制剂）使其在润滑性和井壁稳定性方面有更佳的效果。HPWBM钻井液具有良好的抗污染能力，加入4%的膨润土污染后，其MBT值仅为14.21kg/cm3，目前已在阿拉伯、Campos盆地取得了良好的应用效果，平均机械钻速达到11m/h，比同区块使用常规钻井液的井的机械钻速高4～6m/h。

2.3 铝胺高性能钻井液

铝胺高性能钻井液体系以AP-1（聚胺类抑制剂）和DLP-1（铝聚合物）为核心处理剂。在钻井过程中DLP-1与钻井液接触后产生的Al(OH)3沉淀物可以提高地层岩石的强度，从而提高井壁稳定性，该沉淀层还可以减少钻井液滤液对地层的侵入。现场试验表明，该钻井液体系流变性能稳定，润滑及抑制性能突出，抗温大于150℃，岩心渗透率恢复值大于90%。

3 合成基钻井液体系

合成基钻井液使用气制油、线性α-烯烃、线性石蜡等合成材料作为油相组成，是同时具有水基钻井液和油基钻井液优点的一种钻井液。由于其具有无毒、可生物降解等环保特性，在墨西哥湾、北海等地区取得了广泛应用，目前已成为海上油田使用的主要钻井液体系之一。

3.1SBM钻井液

SBM钻井液以气制油为连续相，通过加入乳化剂、降滤失剂和稳定剂配置而成。其具有流变性能好、失水小、抑制性强和稳定井壁效果突出等优点。目前已在BZ25油田进行了成功应用。现场应用结果表明，该体系破乳电压大于1000,动塑比合理，高温高压滤失量较低，具有较好的应用前景。

3.2 聚α-烯烃钻井液

聚α-烯烃以α-烯烃聚合而成，具有较强的抗温能力，分子链上残余的部分双键有利于其生物降解。MI公司在北海的现场试验表明，该钻井液体系抑制性和润滑性与油基钻井液相当，但机械钻速可提高10%以上。

4 有机盐钻井液体系

有机盐钻井液体系主要应用于含大段盐膏层，缩径和垮塌问题突出的地层。有机盐钻井液体系本身密度较高可减少重晶石的使用，因此具有较高的固相容量，同时大量有机盐的存在可以增强其抑制性和防塌能力，且流变性易于控制[4-5]。

4.1 甲酸盐钻井液

甲酸盐属于有机盐的一种，溶于水后可分离出的Na+、K+具有良好的抑制作用，吸附在粘土端面的甲酸根（HCOO-）可以和其他甲酸根以及水分子之间发生氢键作用，从而形成水化膜。因此甲酸盐具有良好的井壁稳定作用。除了具有环保及可回收利用的特性外，该钻井液体系还可以降低水敏损害，有利于储层保护[6]。

4.2 钾钙基有机盐钻井液

钾钙基有机盐钻井液是在有机盐钻井液的基础上加入CaCl2和CaO配置而成，可以进一步提高钻井液的防塌抑制能力和携砂携岩能力。该体系的研发有效解决了玛河气田泥页岩地层易垮塌的问题。室内实验证明，该体系滚动回收率高达99.5%[7]。

5 结论及建议

环保型钻井液的研究及应用将有效地减少钻井施工过程中的环境污染问题，是满足钻井施工安全、优质、高效的重要环节。从20世纪90年代逐步发展起来的糖苷钻井液、合成基钻井液、高性能钻井液和盐水钻井液，已经很大程度上取代了对环境污染严重的油基钻井液。但由于多种原因，国内的部分钻井液体系在环保方面仍有缺陷，相关技术水平与国外也有很大差距。建议未来国内的钻井液研究人员从以下几个方面开展研究：①开发环保型处理剂，并加强相关机理研究；②加强天然材料的开发利用，通过适当改性来提高性能降低成本；③加大现场推广应用规模，从而进一步减少钻井液对环境的影响和危害。