环保钻井液研究现状及发展趋势

刘学英

摘要：随着现代化的钻井施工的技术发展，在钻井施工过程会产生大量的废弃钻屑和钻井液。为了可以更好的提升环境质量，目前很多的钻井工程都在逐漸的应用环保钻井液技术。本文正是从环保角度出发，结合目前钻井液的现状，来聊聊环保钻井液的未来发展之路。

关键词：环保钻井液技术;现状;发展趋势

随着石油工业的进步，复杂地层深井、超深并不断涌现，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。因此，研发环境友好、高效、稳定、性能优良的钻井液意义重大。

1环保型钻井液的现状

1.1烷基糖苷钻井液

烷基糖苷（APG）是葡萄糖或者淀粉经过酶解作用，通过酸性催化剂催化后，与脂肪醇缩合生成的有机化合物。因具有优良的配伍性（能与各种离子、非离子表面活性剂复配）、起泡性、溶解性，且无毒、无刺激、易生物降解而被广泛应用。烷基糖苷钻井液最早应用于石油工程领域是在1994年2月在美国达拉斯召开的IADC/SPE钻井工程会议上，因其优越的性能受到广泛关注。烷基糖苷钻井液在钻遇强水敏性泥页岩及含泥页岩等容易坍塌地层时，能有效抑制泥页岩水化膨胀，从而起到稳定井壁的作用。

烷基糖苷钻井液的抑制机理是：甲基葡萄糖苷（MEG）吸附在泥页岩表面形成一层半透膜，通过控制钻井液的水活度，影响其在泥页岩中水的转移程度，从而从根本上抑制泥页岩水化膨胀，起到稳定井壁的作用。烷基糖苷钻井液能减少使用油基钻井液而造成的巨额的钻屑处理费用，减少健康和安全隐患，有着无毒、不产生有害气体、易生物降解的特点。根据欧盟规定的排放标准，甲基葡萄糖苷溶液在浓度为80%时，烷基糖苷钻井液的LC50值高于500G.L-1。因此，烷基糖苷钻井液作为一种新型的环保型钻井液被广泛应用于海上油田延伸井、大斜度井钻井工程。

烷基糖苷钻井液用于钻井作业时，体积分数在35%以上具有很好的保护储层、抑制泥页岩水化分散的作用，同时具有很好的润滑性，理想用量一般为45%-60%。但是由于其加量过大、成本过高而限制了其大规模推广。

1.2硅酸盐钻井液

硅酸盐钻井液作为一种环保型水基钻井液，成本较水基钻井液高30%左右，通过与聚合醇或其它无机盐复配能够使其性能进一步提高，是目前能满足环保和成本控制要求同时能适应复杂地层钻井作业的环保型钻井液。研究表明，硅酸盐钻井液体系内硅酸盐的模数一般为2.8～3.4，加量为3%～5%。

硅酸盐钻井液的缺点是：由于良好的封堵性能导致其形成的凝胶会在储层段损害储层;钻井液的流变性和滤失量难以控制;对pH值要求较高。

1.3合成基钻井液

合成基钻井液是以人工合成或改性有机物为连续相、盐水为分散相，再添加乳化剂、降滤失剂、流变性能调节剂、加重剂等组成的逆乳化钻井液，兼具油基钻井液的抑制性和环保性，同时也有利于提高钻速。与常规水基钻井液相比，合成基钻井液具有以下特点：具有很强的抗高温能力和抗污染能力;具有优良的井眼稳定性和润滑性;可在水中降解，其废物可直接排入海中，且恢复期短;综合成本较低。

油衍生的甲基酯C12～C14为主要配方的酯基钻井液，并通过泥浆中油水比的控制，筛选出了最佳的酯基钻井液配方;通过测定泥浆的流变特性、页岩反应活性和泥浆的毒性，研究了利用这种泥浆进行页岩气钻探的可行性。结果表明：油水比为80：20的泥浆具有最佳的流变性能;该酯基钻井液的流变性能比水基钻井液在液体损失方面减少80%;该酯基钻井液的毒性比油基钻井液小，即使在人工海水中浸泡96h，泥浆浓度依然能够维持60%的虾存活。

1.4聚合醇钻井液

聚合醇钻井液是近年来应用于深井、超深井等复杂地层的防塌钻井液，具有很好的抑制泥页岩水化膨胀性能，能够稳定井壁，防止塌陷;具有很好的生物降解性，能够保护油层，对环境破坏力小。聚合醇钻井液主要是水基钻井液通过与具有浊点的多元醇复配而成，一般包括聚乙二醇、聚丙三醇、乙二醇和丙三醇的共聚物。

聚合醇钻井液的具体抑制机理尚未明确。一般认为，源于多元醇的浊点效应。当温度低于多元醇的浊点时，多元醇能够依附在钻具或钻屑上形成一层憎水膜，起到阻止泥页岩水化分散的作用，同时提高钻具与井壁的润滑性，延长使用寿命;当温度高于多元醇的浊点时，多元醇会从钻井液中部分分离出来，不溶微粒将会堵住岩石缝隙，起到封堵作用，部分聚合醇则会形成一层油膜吸附在钻具和井壁上进一步起到阻止泥页岩水化分散的作用。

尽管聚合醇钻井液体系在稳定井壁、抑制页岩水化上效果明显，但是该体系往往需要添加大量的KC1与聚合醇复配使用，而氯离子在陆地钻井作业中被认为是一种污染物，有可能抑制植被生长，也有可能污染含水层，从而限制了其发展。

Dow等[28]也认为KC1的存在能够对活性粘土起到很好的抑制作用，但氯离子却并没有起到什么作用。考虑到环保因素，该团队通过一系列的替代方案，用更具环保性的醋酸钾（KOAc）代替KCI，在不影响钻井液抑制性能的情况下，成功应用于巴布亚新几内亚南部高地7口井的钻探作业。

2展望

随着环保意识的加强，环保型钻井液的研发已是该领域的重要课题。目前，环保型钻井液的研发大多停留在室内阶段，由于其环保体系不成熟、使用成本高、需要与大量处理剂复配、现场维护不易等问题，为规避风险，大多数企业仍然选择传统钻井液体系，从而阻碍了环保型钻井液的发展。建议从以下几方面完善环保型钻井液的研发：（1）在对现有的钻井液体系做到完全认知的基础上进行更多创新，同时企业应该注重钻井液人才的培养，加强钻井液预处理意识以及相关钻井液配套维护工作。（2）应以天然高分子材料、农副产品以及工业废料为主要成分开发成本低、环境友好的改性助剂，在保证钻井液性能的前提下，减少钻井液用量，并使其具有油基钻井液抑制性的同时能兼顾环境友好性。（3）对于深井、超深井等复杂地层，应重视钻井液的抗温、抗盐、井壁稳定、油层污染等问题，并建立科学合理的评价体系，明确钻井液环保适用标准。

3结语

综上所述，环保钻井液大力应用的现代社会，人们已经逐渐的认识到其对于钻井施工所产生的重要影响，所以在实践中加大研发力度，不断的进行技术的改进和提升，促进钻井液施工技术的提升，为石油企业创造更高的经济效益，并且促进社会快速向前发展。