近年來(lái)，針對(duì)頁(yè)巖地層和強(qiáng)水敏性易塌地層，以及深井超深井、海洋深水鉆井的需要，中國(guó)石化科研人員圍繞鉆井液體系的完善與性能提高，以及新型鉆井液體系的開(kāi)發(fā)開(kāi)展了大量研究與探索，在技術(shù)和應(yīng)用上取得了可喜成果。本版介紹相關(guān)研發(fā)應(yīng)用情況，敬請(qǐng)關(guān)注。

勝利石油工程：合成基，兼具水基油基優(yōu)點(diǎn)

勝利石油工程技術(shù)檢驗(yàn)人員正在對(duì)鉆井液樣品進(jìn)行中壓濾失量測(cè)定實(shí)驗(yàn)。張 玉 攝

□ 梁子波

近日，由勝利石油工程負(fù)責(zé)制定的《合成基鉆井液技術(shù)規(guī)范》正式實(shí)施，填補(bǔ)了中國(guó)石化合成基鉆井液標(biāo)準(zhǔn)的空白，這也是中國(guó)石化首個(gè)與合成基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

鉆井液是“鉆井的血液”，對(duì)于鉆井質(zhì)量至關(guān)重要。隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)難度不斷增大，對(duì)鉆井液的要求也越來(lái)越高。特別是在鉆井施工中，受鉆井液制約造成的機(jī)械鉆速低、井壁不穩(wěn)定及水平井摩阻大等難題，讓技術(shù)人員絞盡腦汁。

“問(wèn)題就是科研的方向。我們下定決心，要研究出一種全新的合成基鉆井液技術(shù)，提高鉆井液的潤(rùn)滑性、抑制性，以保護(hù)油層、提高機(jī)械鉆速?！眲倮凸こ谈呒?jí)專家陳二丁說(shuō)。

他帶領(lǐng)技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)室廢寢忘食地查閱資料、比對(duì)樣品、調(diào)整配方。更多的時(shí)候，他們把實(shí)驗(yàn)室搬到鉆井現(xiàn)場(chǎng)，帶著問(wèn)題和一線員工研究討論。

經(jīng)過(guò)3年研發(fā)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)首次在鄭41-平2井使用合成基鉆井液體系，最高日產(chǎn)油量達(dá)到29噸，展現(xiàn)了優(yōu)良的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

“合成基鉆井液兼有水基鉆井液和油基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)良，又能保護(hù)環(huán)境，市場(chǎng)前景廣闊?！标惗〗榻B，在后續(xù)曲8-斜11井、坨826-平30井、永123-平3井的應(yīng)用中，效果同樣優(yōu)異。

如何提升“造血功能”，使“鉆井血液”更健康，推進(jìn)頁(yè)巖油效益開(kāi)發(fā)？這是勝利石油工程鉆井液技術(shù)服務(wù)中心主任師王剛面臨的最大難題。

郭頁(yè)1HF井是勝利油田為探明沙三下亞段頁(yè)巖含油氣及產(chǎn)能情況部署的一口預(yù)探井，地質(zhì)情況復(fù)雜，存在裂縫斷層發(fā)育、地層破碎易失穩(wěn)等諸多問(wèn)題。

王剛和同事們對(duì)地質(zhì)情況逐一分析，從巖芯庫(kù)取來(lái)鄰井巖芯開(kāi)展井壁穩(wěn)定試驗(yàn)，確定多樣封堵和多尺度封堵配方。在施工中，該井鉆至4258~4367米時(shí)出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、下鉆劃眼的情況，他們通過(guò)小型試驗(yàn)，利用不同粒徑超細(xì)碳酸鈣的合理搭配，采用油基封堵劑、微納米封堵劑配合封堵，保證了井壁穩(wěn)定。

手握金剛鉆，敢攬瓷器活兒。為保障勝利濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油國(guó)家級(jí)示范區(qū)鉆井施工，勝利石油工程決定在重點(diǎn)井豐頁(yè)1-6HF井三開(kāi)時(shí)使用合成基鉆井液。技術(shù)人員制定了詳細(xì)的施工方案，從體系凈化、配方構(gòu)建、處理維護(hù)工藝、技術(shù)參數(shù)把控等方面開(kāi)展精細(xì)施工，確保了井壁穩(wěn)定，收到了優(yōu)異的井眼清潔效果，創(chuàng)造了中國(guó)石化非常規(guī)頁(yè)巖油水平井井深最深、水平段最長(zhǎng)兩項(xiàng)新紀(jì)錄。

針對(duì)不同洼陷破裂壓力、施工參數(shù)和合成基體系，勝利石油工程技術(shù)人員對(duì)頁(yè)巖油試驗(yàn)區(qū)、頁(yè)巖油示范區(qū)和頁(yè)巖油商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)的施工井進(jìn)行了效果總結(jié)分析，持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，研制出乳化劑、封堵降濾失劑、合成基液等關(guān)鍵處理劑，形成了流型調(diào)控、高溫穩(wěn)定、防漏堵漏、抗原油及水侵污染等系列合成基鉆井液技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)密度范圍1.2～2.3克/立方厘米，耐溫200攝氏度，封堵率大于80%。

合成基鉆井液體系性能的優(yōu)化提升，有力支撐了勝利頁(yè)巖油的勘探開(kāi)發(fā)和準(zhǔn)噶爾盆地深層油氣發(fā)現(xiàn)，其耐220~230攝氏度的優(yōu)異高溫穩(wěn)定性能，經(jīng)受住了征深101井現(xiàn)場(chǎng)施工216攝氏度高溫11天的穩(wěn)定性檢驗(yàn)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

目前，合成基鉆井液技術(shù)在新疆永進(jìn)區(qū)塊、勝利頁(yè)巖油區(qū)塊及強(qiáng)水敏區(qū)塊等應(yīng)用近百口井。其中，永3側(cè)-平1井創(chuàng)出合成基鉆井液低溫、高密度等多項(xiàng)紀(jì)錄，日產(chǎn)油50噸以上，打破了永進(jìn)油田沉寂10年的勘探開(kāi)發(fā)困境；豐頁(yè)1-10HF井鉆井周期僅19.19天，創(chuàng)國(guó)內(nèi)陸相頁(yè)巖油水平井鉆井施工最快紀(jì)錄。

中原石油工程：近油基，非水非油性能優(yōu)異

中原石油工程鉆井液工程師正在測(cè)量鉆井液密度。程相東 攝

□ 楊 敏 楊晨濤

近日，重慶涪陵工區(qū)傳來(lái)喜訊，采用中原石油工程自主研發(fā)的近油基鉆井液體系施工的焦頁(yè)66-檢5井順利鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深，為中國(guó)石化首口檢查井壓裂后成功取芯及水平段施工提供了有力支撐。

焦頁(yè)66-檢5井是中國(guó)石化首次部署在四川盆地川東頁(yè)巖氣區(qū)的一口檢查井，用于獲取人工縫網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)律與地質(zhì)、工程參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，完善三維空間裂縫展布特征。

“這口井地層裂縫發(fā)育且破碎，水平段鉆井及取芯施工時(shí)，井壁垮塌及井漏風(fēng)險(xiǎn)極高，相應(yīng)地，對(duì)鉆井液井壁防塌及潤(rùn)滑防卡的性能要求也極高。”負(fù)責(zé)焦頁(yè)66-檢5井現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)人員介紹，“為了方便觀察壓裂液在巖芯里的走向及侵入情況，我們采用了防塌及潤(rùn)滑防卡性能與油基鉆井液相當(dāng)?shù)慕突@井液，一舉取得成功?！?/p>

在油氣鉆探過(guò)程中，井壁失穩(wěn)是最常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況。面對(duì)頁(yè)巖油氣、高溫深井超深井等易坍塌地層，施工人員苦不堪言。“在如此地質(zhì)條件下，井塌井漏頻發(fā)，像一個(gè)無(wú)盡的黑洞，令鉆井周期延長(zhǎng)、成本增加，這一直是行業(yè)面臨的世界級(jí)難題?！敝性凸こ蹄@井液工藝高級(jí)專家司西強(qiáng)感嘆。

隨著“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施，石油行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型迫在眉睫。技術(shù)人員摸著石頭過(guò)河，在不斷前行中陷入兩難境地：水基鉆井液經(jīng)過(guò)多年不斷研發(fā)升級(jí)，對(duì)井況抑制防塌效果較好、成本較低、綠色環(huán)保，但井壁防塌及潤(rùn)滑防卡效果不如傳統(tǒng)油基鉆井液；油基鉆井液仍是解決復(fù)雜地層井壁失穩(wěn)和定向托壓的首選，但配制成本太高、環(huán)保壓力極大。能不能有一種鉆井液，同時(shí)具有水基鉆井液、油基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，讓“魚(yú)和熊掌兼得”呢？

中原石油工程首創(chuàng)提出“近油基”理念，成立技術(shù)團(tuán)隊(duì)，耗時(shí)8年，在“研發(fā)—試驗(yàn)—升級(jí)—再試驗(yàn)—再研發(fā)”的反復(fù)循環(huán)中，自主研發(fā)出低水活度的非水非油介質(zhì)——近油基基液，并以此為基礎(chǔ)和連續(xù)相，配套其他不同功能處理劑，最終形成用于替代油基鉆井液的綠色高效近油基鉆井液體系，可完全滿足深井超深井、頁(yè)巖油氣長(zhǎng)水平井、強(qiáng)水敏性泥巖等易坍塌地層的綠色、安全、高效鉆井需求。近兩年，該鉆井液已在涪陵頁(yè)巖氣工區(qū)成功應(yīng)用30余口井，實(shí)現(xiàn)了“以水替油”的技術(shù)目標(biāo)。

“該體系通過(guò)低水活度反滲透驅(qū)水、吸附成膜阻水、嵌入及拉緊晶層等多角度發(fā)揮優(yōu)異抑制防塌性能，通過(guò)強(qiáng)吸附成膜減少鉆具與井壁摩阻，并利用高固相容量限和優(yōu)良的抗污染性能來(lái)保持鉆井液性能穩(wěn)定?！奔夹g(shù)團(tuán)隊(duì)成員謝俊介紹。

與傳統(tǒng)的油基鉆井液相比，近油基鉆井液不僅成本降低30%以上，重復(fù)使用率高達(dá)90%，而且高溫下穩(wěn)定性極佳，在185攝氏度及高壓下濾失量不超過(guò)8毫升，目前已陸續(xù)在順北超深油氣、川渝頁(yè)巖氣及松遼、蘇北、陜北和中原等地區(qū)推廣應(yīng)用了近60口井，創(chuàng)造了順北工區(qū)120毫米井眼完鉆井深亞洲最深等多項(xiàng)施工紀(jì)錄、涪陵工區(qū)頁(yè)巖氣水基鉆井液施工水平段單日進(jìn)尺最高630米紀(jì)錄，順利完成了國(guó)內(nèi)第一口水基鉆井液施工的頁(yè)巖油水平井、國(guó)內(nèi)水平位移最大的“三高”井，有效解決了頁(yè)巖地層、深井超深井高溫破碎地層、碎屑巖地層等復(fù)雜地層鉆井施工難題，為未來(lái)水基鉆井液的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

提升水基鉆井液性能 支撐頁(yè)巖油氣綠色開(kāi)發(fā)

□ 金軍斌

隨著重慶涪陵、四川長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、云南昭通、勝利濟(jì)陽(yáng)等國(guó)家級(jí)頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)示范區(qū)的建成，以頁(yè)巖油氣為代表的非常規(guī)油氣藏進(jìn)入全面開(kāi)發(fā)階段，成為我國(guó)油氣資源接替的重要陣地。

目前，在頁(yè)巖油氣水平井鉆井中，油基鉆井液以優(yōu)異的井壁穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但是環(huán)保和成本方面的壓力也越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量高性能水基鉆井液創(chuàng)新研究，部分體系已收到較好應(yīng)用效果。國(guó)外MI-SWACO、哈里伯頓、貝克休斯等公司開(kāi)發(fā)了一系列強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵頁(yè)巖水基鉆井液體系，不同區(qū)域應(yīng)用占比為15%～40%。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大石油公司從頁(yè)巖地層井壁失穩(wěn)機(jī)理、水基鉆井液體系構(gòu)建、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等方面開(kāi)展了針對(duì)性研究，開(kāi)發(fā)了各具特色的頁(yè)巖水基鉆井液體系。川慶鉆探公司研發(fā)出CQH-M1、CQH-M2高性能水基鉆井液，在長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)等區(qū)塊規(guī)模化應(yīng)用50余口井；浙江油田研制的有機(jī)鹽水基鉆井液體系在四川瀘州大寨頁(yè)巖氣田應(yīng)用成功；中原石油工程研制了ZY-APD頁(yè)巖水基鉆井液和NAPG（烷基糖苷）類油基鉆井液，在川南地區(qū)黃金壩區(qū)塊應(yīng)用3口井。中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院研制了兩套高性能頁(yè)巖水基鉆井液體系，其中SM-ShaleMud-1在威頁(yè)23平臺(tái)的6口井開(kāi)展先導(dǎo)試驗(yàn)，鉆井液密度達(dá)到2.15克/立方厘米，井底溫度高達(dá)140攝氏度，創(chuàng)造裸眼段長(zhǎng)2115米、水平段進(jìn)尺1500米等多項(xiàng)紀(jì)錄；SM-ShaleMud-II在蘇北頁(yè)巖油帥頁(yè)3-7HF、溱頁(yè)2HF等8口井進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用。

頁(yè)巖水基鉆井液在井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑性等方面取得一定的應(yīng)用效果，但仍面臨三大挑戰(zhàn)。一是頁(yè)巖儲(chǔ)層裂隙發(fā)育、井壁極易失穩(wěn)，現(xiàn)有體系的封堵能力還不能完全滿足需要；二是針對(duì)頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層黏土含量高，現(xiàn)有體系抑制黏土水化膨脹或分散能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)，有害固相去除困難，鉆井液清潔程度不高；三是頁(yè)巖油儲(chǔ)層鉆進(jìn)中常遇原油污染，鉆井液黏切劇增，缺乏有效處理措施，油侵嚴(yán)重時(shí)只能置換鉆井液。

為解決頁(yè)巖油氣水平井水基鉆井液應(yīng)用的問(wèn)題，建議開(kāi)展抑制封堵劑、化學(xué)清潔劑、原油分散乳化劑等關(guān)鍵處理劑研究，提升頁(yè)巖水基鉆井液井壁穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性與抗油侵性，開(kāi)展頁(yè)巖水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模重復(fù)利用研究，為頁(yè)巖油氣綠色高效開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。

（作者單位：中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院）

新聞會(huì)客廳

江漢油田鉆井工藝專家 秦文斌

■鉆井液被譽(yù)為“鉆井的血液”，作用非常多。常見(jiàn)的鉆井液類型有哪些？它們的特點(diǎn)和適用范圍是什么？

秦文斌：常見(jiàn)的鉆井液類型多樣，每種都有其獨(dú)有的特點(diǎn)和適用范圍。一是清水，是最簡(jiǎn)單的鉆井液，主要適用于完整巖層和水源充足的地區(qū)。二是分散鉆井液，是用淡水、膨潤(rùn)土和各種分散劑配制而成的水基鉆井液，具有良好的流動(dòng)性和攜砂能力，適用于多種地層，尤其對(duì)于防止鉆屑的分散和黏土的膨脹有很好的效果。三是鈣處理鉆井液，體系中含有一定濃度的鈣離子和分散劑，具有較好的抑制性和穩(wěn)定性，適用于復(fù)雜地層，特別是那些易產(chǎn)生泥頁(yè)巖膨脹和剝落的地層。四是鹽水鉆井液，用鹽水（或海水）配制而成，對(duì)黏土水化有較強(qiáng)的抑制作用，適用于高鹽度地層或海水鉆井。五是聚合物鉆井液，以高分子量聚合物作為主處理劑，能夠絮凝和包被鉆屑，保持鉆井液的穩(wěn)定性，適用于鉆屑易分散成微細(xì)顆粒的地層，能有效控制鉆屑的分散。六是油基鉆井液，以油（柴油或礦物油）作為連續(xù)相，具有較好的潤(rùn)滑性和熱穩(wěn)定性，適用于高溫、高壓地層，特別是需要鉆穿復(fù)雜巖性和含有有害氣體的地層。

■不同的地質(zhì)條件下，如何選擇合適的鉆井液？在調(diào)整過(guò)程中要考慮哪些因素？

秦文斌：在不同的地質(zhì)條件下，選擇合適的鉆井液要深入了解所鉆地層的地質(zhì)特性，這是選擇鉆井液的基礎(chǔ)。對(duì)于堅(jiān)硬、穩(wěn)定的地層，可以選擇清水鉆井液或低固相鉆井液，因?yàn)樗鼈兞鲃?dòng)性好，能夠保持孔壁穩(wěn)定。在松散、易坍塌的地層中，需要選擇具有較好護(hù)壁性能的泥漿鉆井液或聚合物鉆井液。當(dāng)?shù)貙訙囟容^高時(shí)，應(yīng)選用熱穩(wěn)定性好的鉆井液，如油基鉆井液或合成基鉆井液，以防止鉆井液在高溫下性能下降。地層水的化學(xué)性質(zhì)也是選擇鉆井液的重要考慮因素。如果地層水富含鹽類，則需要選擇能夠抑制黏土水化膨脹的鉆井液，如鹽水鉆井液或鈣處理鉆井液。選擇合適的鉆井液并對(duì)其進(jìn)行精確調(diào)整是鉆井工程中的關(guān)鍵步驟，需要綜合考慮黏度、密度、pH值及失水量等多種因素，以確保鉆井作業(yè)安全高效。

■針對(duì)頁(yè)巖油氣特殊的地質(zhì)條件和開(kāi)采工藝，鉆井液的研發(fā)還存在哪些需要解決的技術(shù)難題？

秦文斌：首先，頁(yè)巖地層通常具有裂縫發(fā)育和層理復(fù)雜的特點(diǎn)，導(dǎo)致鉆井過(guò)程中易發(fā)生井漏、垮塌等。因此，研發(fā)具有優(yōu)異護(hù)壁性能和防塌能力的鉆井液至關(guān)重要。這要求鉆井液不僅要有效封堵地層裂縫，防止鉆井液漏失，而且要在井壁形成堅(jiān)固的保護(hù)膜，防止井壁垮塌。

其次，頁(yè)巖油氣開(kāi)采中常采用水平井和長(zhǎng)水平段鉆井技術(shù)，要求鉆井液具有良好的流變性、攜砂能力和地層適應(yīng)性。研發(fā)滿足這種特殊工藝要求的鉆井液，需要解決在高溫高壓環(huán)境下保持鉆井液穩(wěn)定性的問(wèn)題，以及有效攜帶和清除鉆屑，防止井眼堵塞。

再次，頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層通常較為敏感，容易受到鉆井液污染。因此，研發(fā)環(huán)保、低污染的鉆井液是一個(gè)重要方向，包括選擇環(huán)保型的處理劑、降低鉆井液中有害物質(zhì)的含量、提高鉆井液的生物降解性等，以最大程度保護(hù)儲(chǔ)層，減少對(duì)環(huán)境的影響。

最后，針對(duì)頁(yè)巖油氣開(kāi)采的高成本和低采收率問(wèn)題，研發(fā)低成本、高效能的鉆井液技術(shù)也是當(dāng)前的重要任務(wù)。這涉及優(yōu)化鉆井液配方、提高鉆井液利用率、降低鉆井液處理成本等方面，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

■在石油工程領(lǐng)域，可持續(xù)和環(huán)境友好是發(fā)展趨勢(shì)。頁(yè)巖油氣鉆井液的技術(shù)研發(fā)方向是什么？

秦文斌：生物基鉆井液是一個(gè)重要方向。這種鉆井液以可再生生物資源為原料，并能有效生物降解，可減少對(duì)環(huán)境的污染。通過(guò)優(yōu)化生物基鉆井液的配方和性能，使其更具發(fā)展前景。

納米技術(shù)值得關(guān)注。納米材料具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，能顯著提高鉆井液的性能，如增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性、降低摩擦阻力、減少鉆頭磨損，還可用于制備具有優(yōu)異封堵性能的鉆井液，有效防止井漏和垮塌等。

智能鉆井液技術(shù)尤為重要。智能鉆井液可根據(jù)地層特性和開(kāi)采工藝，自動(dòng)調(diào)節(jié)性能參數(shù)，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。這種技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋地層信息，為鉆井決策提供數(shù)據(jù)支持，提高開(kāi)采效率和安全性。

循環(huán)利用和廢棄物處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。通過(guò)研發(fā)高效的鉆井液回收和再利用技術(shù)，可減少新鮮鉆井液的用量、降低開(kāi)采成本，同時(shí)對(duì)鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行無(wú)害化處理和資源化利用，減少對(duì)環(huán)境的影響。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)模型是確保鉆井液研發(fā)可持續(xù)的重要工具。這些模型能幫助工程師在研發(fā)過(guò)程中預(yù)測(cè)和評(píng)估鉆井液對(duì)環(huán)境的潛在影響，及時(shí)調(diào)整研發(fā)方向，確保技術(shù)的環(huán)境友好性。

（謝 江 采訪整理）