页岩储层高性能钻井液体系研究及环境污染性能评价

随着环保要求的日益严格,油基钻井液在页岩储层水平段钻进过程中的应用受到越来越多限制。文章通过研制环保型页岩抑制剂APG-Ⅱ,并结合其他环保型处理剂,研发了一种适合鄂尔多斯盆地延长组页岩气水平井的高性能水基钻井液体系,并对其综合性能和环境污染性能进行了评价,结果表明该钻井液体系具有良好的耐温、降滤失、润滑和抑制性能,在140℃下老化后钻井液的流变性能稳定,HTHP失水量小于5 mL,极压润滑系数小于0.09,岩屑滚动一次回收率大于95%,二次回收率大于91%;体系抗污染性能较强。现场高性能水基钻井液体系的石油类物质含量、生物毒性、生物降解性和重金属含量均能满足标准要求,对环境污染相对较小,环保性能明显优于目前现场使用的聚胺钻井液和聚磺钻井液体系。高性能水基钻井液在YC-1-B井水平段应用过程顺利,性能与油基钻井液基本相当,在满足环保要求的同时具有良好的钻井液性能。

国外高性能水基钻井液研究的最新进展

介绍了国外一种在性能、费用、环境保护等方面能够取代油基钻井液与合成基钻井液的高性能水基钻井液。通过对该钻井液的基本组成及主要处理剂的作用机理、室内评价方法和在世界部分油田的现场应用情况进行综述得知,高性能水基钻井液在抑制敏感性泥岩、提高页岩膜效率、防止钻头泥包、提高机械钻速等方面远好于常规抑制性强的水基钻井液,而且在满足钻井要求、环境保护和经济方面完全可以替代油基钻井液;高性能水基钻井液无论是对陆上钻井还是对海上钻井,都具有广阔的应用前景,特别适合含大量泥岩段的重点探井使用。

环境友好型水基钻井液GREEN-DRILL的研制与应用

为了提高海上油气田钻井液的环保性能,在开发环保型高效封堵剂GS、水基润滑剂GL和水溶性抑制剂GG的基础上,研制出了环境友好型水基钻井液GREEN-DRILL。性能评价结果表明,水基钻井液GREENDRILL的基本性能稳定,抑制性能与聚合醇钻井液基本相当,其生物需氧量与化学耗氧量的比值为67.5%,对蒙古裸腹溞Ⅰ龄幼体72h半数致死浓度大于60 000mg/L,高于国家一级海域生物毒性容许值,符合国家一级海域排放标准。同时,在水中稀释后无油膜、无黑色漂浮物。渤海油田5井次的现场应用表明,水基钻井液GREENDRILL能解决渤海油田存在的渗漏和井漏问题,性能稳定,环保性能优良。

环境可接受的聚合醇钻井液的研制及在渤海地区的推广应用

为解决钻井工程技术、储层保护技术与环境保护之间的矛盾而研制的聚合醇钻井液在歧口１８１油田快速钻井试验成功后，又先后推广应用到歧口１７２、歧口１７３和锦州９３等油田近１００口井。结果表明，该钻井液具有优良的抑制性、润滑性和井壁稳定性能好、维护简单等特点，不仅具有环境可接受性，而且有利于识别和发现油气层。如歧口１８１油田，仅地质储量净增约２６８万吨。

隔离膜水基钻井液技术研究与应用

隔离膜水基钻井液以隔离膜降滤失剂CMJ-2、高效高分子包被絮凝剂JH-1、降滤失剂CFJ-1、降粘剂JN-1为主要处理剂配制而成。其中,隔离膜降滤失剂CMJ-2是一种新型有机胺天然纤维聚合物,它由天然纤维经碱化,在高温条件下裂解后,在催化剂作用下与不饱和有机胺化合物进行缩聚反应而制得。介绍了CMJ-2的膜结构特征、抗高温降滤失性和润滑性能。评价了隔离膜水基钻井液的抑制性、抗盐、抗温、抗污染及油气层保护性能。室内评价结果表明,CMJ-2能有效降低钻井液的动滤失量和动滤失速率,可以减缓或阻止钻井液及其滤液渗入泥页岩体内,延缓孔隙压力的扩散,有效防止地层水化膨胀及坍塌;隔离膜水基钻井液具有较强的抗温、抗盐、抗污染能力,在高密度条件下也具有良好的封堵能力;无荧光、无毒性,满足环境保护要求。该钻井液在青海油田马海区块的马105井和涩南2井以及新疆油田T85388井进行了应用。现场应用表明,隔离膜钻井液在井壁外围形成隔离膜保护层,阻止钻井液及其滤液进入地层,从而有效地防止了地层的水化膨胀,封堵地层裂缝,防止井壁坍塌。

废弃钻井液无害化处理技术研究进展

在调研大量文献基础上,论述了废弃钻井液无害化处理技术的工作方式以及应用情况,对不同技术做了对比,总结了近几年废弃水基钻井液与废弃油基钻井液无害化处理工艺体系与应用情况。提出与多学科相结合,不断开发适应性更强的新技术仍是未来废弃钻井液无害化处理的主要方向,更应遵循“强化源头、控制过程”的治理思路,以期为相关研究提供借鉴和参考。

矿区浅层地下水污染机理探讨

通过对煤矿建设项目和发展规划项目做的环境影响评价和对重点煤矿的现场调查,揭示了矿区浅层地下水污染的内在形成机理:开采引起地表沉陷是主导因素;地下水位埋深浅,潜水含水层下伏的隔水层稳定,只变形而不破裂是客观条件;地下水变成地表水,从而改变水的存在形式,致使水体极易遭受强烈的污染则是根本原因。针对地下水的保护问题,提出具体的对策和办法:加强矿区的环境管理、及时回填采煤沉陷坑,加强对浅层地下水的利用和人工降低地下水位等措施。上述措施如与煤矿建设项目同时实施,则煤矿区的地下水安全、环境保护都会实现。

甲基葡萄糖苷及其钻井液

综述了甲基葡萄糖苷的合成方法、理化性能以及甲基葡萄糖苷钻井液的性能及在墨西哥湾地区的应用情况。甲基葡萄糖苷钻井液是一种具有良好的润滑性、降滤失性及高温稳定性且无毒、易生物降解的新型水基钻井液，是油基钻井液的理想替代体系。该体系为解决钻井过程中井眼失稳和环境污染等问题提供了新的方法和途径。

“双保”型改性天然高分子基钻井液技术

为解决轮古地区井径扩大率偏高、潜山地层顶部界面难于测准等难题 ,也为同时实现对油气层及环境的保护 ,研究开发了“双保”型改性天然高分子基钻井液体系 ,合成了该体系所需处理剂 ,包括天然高分子包被剂IND30、天然高分子降滤失剂NAT2 0、无荧光白沥青NFA 2 5和聚合醇PGCS 1。评价了该体系的基本性能和抗温、抗污染能力 ,在 3口直井和 2口水平井中进行了应用试验。应用结果表明 ,该钻井液性能稳定 ,流变性独特 ,粘度和切力低 ,起下钻畅通 ,钻头、钻具无泥包现象 ;井壁稳定 ,无垮塌、掉块现象 ;抑制性强 ,返出钻屑棱角分明 ,代表性极好 ,同时具有良好的润滑性 ;“双保”型改性天然高分子基钻井液性能 ,不但优于常规聚磺钻井液 ,而且优于环保A体系 ,处理剂消耗数量及使用品种大大减少 ,使分析问题、找原因及维护、处理简单化。该体系单个处理剂EC50 值均大于 30 0 0 0mg/L ,现场井浆EC50 值大于 10 0 0 0 0mg/L ,达到可排放标准 ;同时渗透率恢复值大于 90 % ,表明其有良好的保护油气层特性 ;该钻井液所用材料无荧光 ;体系无油、无腐蚀 ,设备卫生清洁。

MEG水基钻井液的研究与应用

MEG(Methylglucoside甲基葡萄糖甙)是聚糖类高分子物质的单体衍生物,加入钻井液中可以形成半透膜,降低水的活度,有利于减少钻井液和地层中水的运移,保持井壁稳定,且具有良好的抑制性和润滑性。用MEG为主剂配制成的MEG水基钻井液具有流变性易调整,高温稳定性好,抗污染能力强及油气层保护效果好等特点。在T86047井的成功应用证明,该钻井液流变性、润滑性等性能与邻井聚磺混油钻井液相当,并具有良好的井壁稳定性和环保特性。

NM钻井液体系现场应用研究

NM体系是一种含有纳米材料的钻井液。该体系是近年来研制成功的一种新型钻井液,并在现场进行了初步试验。NM钻井液研制成功至今,已在胜利油田和中原油田不同油区的水敏性地层和低渗透油层中进行了30多口井的现场应用,均取得了良好的钻井效果。总结了纳米材料在大位移井和深井等非常规井中的应用。结果表明,NM钻井液具有优良的流变性,抑制性强、润滑防塌能力良好、携砂能力强、流变参数合理、性能稳定,页岩回收率较高,润滑系数较低,滤失量低,特别是高温高压滤失量较低;该体系与处理剂配伍性好,油层保护效果好,渗透率恢复值较高;现场转化使用方便,可以满足安全钻井和保护油气层等需要。

西北油田塔里木地区水基钻井液体系环保控制指标研究

目前,国内尚未制定单独的钻井液环保标准,造成钻井液体系环保性优化的方向不明确。通过调研国内现行的各种水质及土壤环保排放标准,针对西北油田在用的水基钻井液及处理剂的COD值、BOD值、生物毒性、重金属离子(Hg、Cd、总Cr、As、Pb)以及苯并芘等环保控制指标进行检测评价。依照GB 8978-1996《国家污水综合排放标准》和《农用地土壤环境质量标准》(三次征求意见稿)两个标准进行评价。评价结果表明:西北油田水基钻井液BOD值和COD值为30~3 000mg/L,苯并芘质量浓度大于0.000 3 mg/L,远超GB 8978-1996的三级标准,而钻井液处理剂这3项指标达标率近100%;重金属离子部分达到GB 8978-1996的三级标准,其中Cd、总Cr和Pb是主要的超标项。建议在实际指标控制中,针对钻井液体系和处理剂分开制定相应的排放标准,并加强钻井液体系及处理剂尤其是润滑剂、降滤失剂等的环保指标检测,为后期研发环保钻井液体系和检测标准奠定技术基础。

成膜(隔离膜)水基钻井液体系实验研究

介绍了成膜 (隔离膜 )降滤失剂CMJ 2—XNJ 1的膜结构特征及其作用效能、机理 ,和与高效高分子包被絮凝剂JH 1、降粘剂JN 1等复配组成的水基钻井液体系性能。结果表明 ,CMJ 2—XNJ 1能形成很好的膜结构 ,由此组配的水基钻井液体系具有良好的流变性和失水造壁性 ,抑制性强 ,润滑性好 ,抗盐性好 ,抗温及抗污染能力强和良好的保护储层特性。该体系无荧光、无毒性 。

页岩气水基钻井液用抗高温环保润滑剂的研制及应用

为了提高页岩气水基钻井液的润滑性能,满足其环保和抗高温的要求,室内以改性植物油、有机多元醇、复合表面活性剂以及有机硼极压抗磨剂为原料,制备了一种抗高温环保润滑剂GWHB-11,并对其性能进行了评价。结果表明:在淡水基浆和盐水基浆中加入2.0%的GWHB-11后,润滑系数降低率大于90%,泥饼黏附系数降低率大于75%,润滑性能优良;改润滑剂具有良好的抗磨性能和耐温性能,耐温可达180℃,能够显著提高现场钻井液的润滑性能,且对其流变性能影响较小,配伍性较好;生物毒性较低,生物降解性良好,具有良好的环保性能。现场应用结果表明,与使用其他常用润滑剂的邻井相比,使用润滑剂GWHB-11后,W-1井和W-2井起下钻摩阻明显降低,机械钻速提高,有效提高了钻井效率,取得了较好的施工效果。

JFC钻井液体系升级研究及应用

为了解决渤海油田使用的小阳离子水基钻井液体系存在的潜在环保问题,开发出一种环境友好型高效封堵剂GreenSeal和一种环境友好型水基润滑剂GreenLube,分别替换原体系中黑色封堵剂和油基润滑剂,研制了一套升级的JFC钻井液体系。室内测试结果表明,100℃热滚后,其PV为19mPa·s,YP为11Pa,GEL(10s/10min)为3Pa/6.5Pa,API滤失量(690kPa,30min)为3.8mL,PPT砂盘滤失量(5D,30min)为10mL,滚动回收率61.8%,润滑系数为0.16,渗透率恢复值>90%,LC50值>30000mg/L。现场应用结果表明,改进型JFC体系更加环保,性能良好,稳定。

水基钻井液用胺类页岩抑制剂特性及作用机理

针对油气井钻井过程中泥页岩地层井壁失稳的难题,基于钻进液技术要求,结合分子结构优化设计,以三乙醇胺、顺丁烯二酸酐和冰乙酸为原料,研制了环保聚胺强抑制剂HGI体系。采用传统评价方法(粒度分布实验、流变性实验)与新型评价方法(X射线衍射分析、热重分析)相结合的方式评价了HGI的抑制性能,并对抑制作用机理进行了探讨。研究结果表明:HGI体系的抑制性优于其同类聚胺抑制剂UHIB-Ⅰ、UHIB-Ⅱ的,能有效抑制泥页岩水化和分散,表现出更加突出的抑制性能。HGI以插层方式进入黏土晶层空间,通过与黏土表面的静电作用、氢键作用吸附在黏土晶层表面。HGI分子中的羟基以其独特的"遥爪"状结构与黏土晶层表面的金属离子形成螯合键,紧密地包裹在黏土晶层表面,也起到一定的吸附作用。利用X射线衍射分析测试黏土晶层间距的方法弥补了传统方式常温常压线性膨胀法对小分子胺类抑制剂性能评价的不足。

一种环保非水基钻井液体系的构建及其性能评价

为满足日益严苛的环保要求,通过测试乳化剂、内相盐、基液等的生物毒性及降解性,研究植物油酸及其酯类衍生物类乳化剂BIO-EMUL与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL形成的油包水乳液的电稳定性、乳化效率以及BIO-EMUL与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL间的界面张力和界面流变性,以BIO-EMUL和BIO-COAT为基础,结合基液BIO-OIL以及乙酸钠溶液,构建了一种环保非水基钻井液体系,并研究了该钻井液的基本性能和抗污染能力。结果表明,BIO-EMUL、BIO-COAT能有效降低油/水界面张力,形成破乳电压达350V,乳化效率达95%的油包水乳液。该体系的LC_(50)为28 200 mg/L,BOD_(5)/COD_(Cr)>0.25,是生物毒性低,降解性良好的环境友好型油包水乳液。配制的钻井液体系适用密度范围广,抗污染能力强,为今后环保非基钻井液体系及材料的研究提供了基础。

国内外油基钻井液研究与应用进展

在分析油基钻井液优、缺点及技术难点的基础上,对国内外油基钻井液处理剂及钻井液体系研究与应用情况进行了介绍,提出了油基钻井液发展方向。油基钻井液具有抗高温、抗盐、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点,在国外已广泛作为钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段,并取得了明显的效果。国外油基钻井液已比较成熟,目前重点是改善钻井液的环境可接受性,国内尽管开展了一些油基钻井液研究工作,但应用很少,从钻井液发展趋势看,我国应该在油基钻井液上投入人力和物力,通过油基钻井液处理剂和应用于油基钻井液的基油的研制或选择,在国外经验和国内初步实践的基础上,形成适用的油基钻井液体系,以促进国内钻井液技术水平的不断进步。

一种新型无机复合除硫剂的应用

介绍了一种新型无机复合除硫剂,并对其在钻井液中的应用性能进行了评价。它是锌粉、锌基化合物及高分子材料等经复分解化合而制得的钻井液用除硫剂,具有纯度高、单体配比优化、分子量高、有效作用物锌含量高、添加量小等特点,含有多种能与硫化物生成沉淀的离子,能起到更好的除硫效果,且它对钻井液的流变性影响不大,对地层不会造成污染;适用于各种水基钻井液,在pH值为11时的除硫效果最佳;除硫后钻井液中的硫含量极低,除硫效果显著,完全能满足安全钻进的要求。在中古9井的试验应用表明,该无机复合除硫剂达到了预期的除硫效果,与实验室测试结果相符。

废弃水基钻井液低温干燥处理实验研究及经济性评价

废弃水基钻井液是石油钻井工程作业过程中的废弃物,若直接排放,不但会使钻井液成本居高不下,而且还会对环境造成极为不利的影响。对废弃水基钻井液进行低温干燥处理后再利用,是既经济又符合现代发展趋势的处理方法之一。通过对聚合物钻井液体系、磺化钻井液体系及四川2口页岩气井钻井液体系低温干燥技术实验研究及经济性评价,结果表明:聚合物钻井液体系在120℃条件下干燥处理后性能恶化严重,降低干燥温度能降低其恶化程度;磺化钻井液体系及四川2口页岩气井钻井液体系在120℃条件下干燥处理后性能基本保持不变。这说明低温干燥处理技术能够实现废弃水基钻井液回收再利用,且处理成本低,处理后固体物质便于储存与运输,能够大幅降低钻井液成本。同时,还能够减少废弃钻井液排放量,降低石油钻井工程污染环境的风险。