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縱身跳進齊腰深的泥漿池里，用身體來回攪拌……這幅著名的歷史照片，在讓我們記住了鐵人王進喜的同時，也讓半個世紀前的中國石油工業(yè)鉆井液的狀況定格下來，成為新一代中國石油工程人回味無窮的歷史插曲。最近，中石油全國第五次泥漿工作會議召開，并提出打造泥漿軟實力。時隔20年之后，中國鉆井液吹響了奔向新時代的號角。
鉆井液俗稱泥漿，是鉆井的“血液”，是鉆探過程中，井內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)，在鉆井作業(yè)和保護油氣層中起到重要作用。發(fā)展到今天，全球鉆井液主要形成了水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體、合成基鉆井液這四大體系。目前我國鉆井液發(fā)展共研制出16大類200多個品種的化學劑，并配制了具有中國特色的各種鉆井液體系，基本滿足國內(nèi)各類鉆井工程需要。但與國外技術(shù)相比，國內(nèi)仍處于水基泥漿時代。
“可以認為，中國水基鉆井完井液已接近國際水平，甚至超過國際水平。”老專家、原中國石油勘探開發(fā)研究院鉆井所的樊世忠教授接受本刊記者采訪時指出，“由于國內(nèi)一直偏重水基鉆井液體系的研究，目前中國油基鉆井液至少落后國外十年。”
中國水基泥漿“大家族”
據(jù)樊世忠教授介紹，經(jīng)過不斷創(chuàng)新與發(fā)展，全球水基鉆井液技術(shù)形成了系列鉆井完井液，中國也迅速跟進。
五年前，國外發(fā)展起來一種新型無侵入鉆井完井液體系及處理劑。這種鉆井液是超低固相含量，利用表面化學原理，能使鉆井液在地層表面產(chǎn)生一種可以密封地層的非滲透性薄膜。
由于流變性不適合地層情況，硅酸鹽鉆井完井液曾經(jīng)被前蘇聯(lián)否定，之后，經(jīng)我國改良后在蘇丹得到成功應(yīng)用。硅酸鹽鉆井液能夠穩(wěn)定各種復(fù)雜地層，通過聚合醇和低價無機鹽復(fù)配等來強化體系整體性能，具有優(yōu)良的類似于油基鉆井液的抑制穩(wěn)定性能。樊世忠介紹說，“硅酸鹽鉆井液成本比普通水基鉆井液高30％左右。自1998年起在加拿大西部、英國和哥倫比亞近40口大位移定向水平井、高溫高壓復(fù)雜深井中，使用了強抑制性硅酸鈉/鉀環(huán)保鉆井液體系，成功地替代了油包水鉆井液和硫酸鉀鉆井液。”2004年前后，中國在蘇丹成功應(yīng)用了硅酸鹽鉆井液，防塌效果顯著。
我國以山東大學張春光教授為主研發(fā)了一種正電膠（MMH）鉆井完井液。該鉆井液由于攜巖能力和抑制性很強以及對儲層的保護作用，目前這種鉆井液體系已成為鉆各類水平井的重要手段。該體系用做鉆井完井液、壓井液、修井液均可，適合鉆開油氣層，國內(nèi)外現(xiàn)場應(yīng)用中均表現(xiàn)出保護油氣層的優(yōu)越性。
新型鉆井完井液——聚合醇(PEM)，又稱為“雙保泥漿”，是協(xié)調(diào)油井工程技術(shù)和環(huán)境保護之間矛盾的產(chǎn)物。PEM具有優(yōu)異的防塌、潤滑、保護油氣層等應(yīng)用特點。該鉆井液對延長鉆頭及馬達的使用壽命有特別功效，且可直接排放。
來自美國的葡萄糖甙(MEG)鉆井完井液體系，具有與油基鉆井液相當?shù)男阅?。國外大量用于水平井和大位移井；國?nèi)新疆油田、勝利油田應(yīng)用效果良好。
甲酸鹽鉆井液有利于提高鉆速，節(jié)約鉆探成本；保護油氣層，提高采收率；抗高溫，性能穩(wěn)定；抗鹽、抗鈣和抗污染，可溶解水垢。特別適用于小井眼深井鉆井等。樊世忠認為，甲酸鹽鉆井液的應(yīng)用對我國今后的非常規(guī)天然氣開發(fā)具有重要意義。
近年來，國內(nèi)外發(fā)展了高性能胺基鉆井液，該類鉆井液具有很強的抑制性能與油基鉆井液相當，具有很好的穩(wěn)定井壁作用。中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院研制的高性能胺基鉆井液在新疆油田得到成功應(yīng)用，延長了易塌井段的鉆井深度，可以節(jié)省一層技術(shù)套管，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
國內(nèi)油基鉆井液的嘗試
與傳統(tǒng)的水基鉆井液技術(shù)相比，油基鉆井液將鉆井液技術(shù)帶入到一個新的發(fā)展階段。從1920年到1980年，世界油基鉆井液技術(shù)形成了以原油作為鉆井液、油基鉆井液、油包水乳化鉆井液、低膠質(zhì)油包水乳化鉆井液、低毒油包水乳化鉆井液這五種?？?00℃以上的高溫是油基鉆井液最為明顯的特點。其中，低毒油包水乳化鉆井液具有可有效防止污染環(huán)境等特點，特別適用于海洋鉆井。
據(jù)樊世忠介紹，我國在上世紀60年代就研究應(yīng)用了低密度油基泥漿。1983年由華東石油學院、石油勘探開發(fā)研究院與華東油田合作研制了加重油包水泥漿，在華北油田新家4井成功應(yīng)用，該井鉆達4500米，因為解決了鉆深井鹽膏層和軟泥巖技術(shù)難題，填補了國內(nèi)空白，當時引起轟動。
低密度流體鉆井液隨著鉆井技術(shù)發(fā)展，逐漸形成了空氣或天然氣、霧、穩(wěn)定泡沫、硬膠泡沫、充氣鉆井液、微泡六種流體。樊世忠介紹說，“從1982年開始，我國長慶氣田、長北氣田、四川氣田均應(yīng)用過泡沫鉆井液。近年來，一種微泡鉆井液在國外成功應(yīng)用。微泡可有效防止漏失，比較環(huán)保，可節(jié)省套管成本。”國內(nèi)遼河油田在這方面做了一些技術(shù)研究。
隨著對保護環(huán)境、保證人身健康的重視，國際上出現(xiàn)了全油基鉆井液。國內(nèi)吐哈油田陵28井、新疆柯克亞柯30井、新疆塔里木油田東河11井，均應(yīng)用了全油基鉆井液，取得良好效果。
中國應(yīng)重視
油基鉆井液研究開發(fā)
當前，國際公司泥漿服務(wù)主打“油基泥漿牌”，斯倫貝謝、哈里伯頓和貝克休斯三大鉆井液服務(wù)公司獨占國際鉆井液75%的市場份額。2010年，已經(jīng)走出去的中國石油，其國際市場份額僅為1.6%。目前我國70%以上的泥漿技術(shù)以水基鉆井液應(yīng)用為主，尚處于水基泥漿的時代。中國石油雖打出最深井—8023米克深7井，卻需要哈里伯頓提供全油基鉆井液技術(shù)服務(wù)。
“大體上，我國與國外在鉆井液技術(shù)發(fā)展上保持同步。但在廣度和深度 研究上差距很大。尤其是油基鉆井液 發(fā)展至少落后國外十年。”在樊世忠教授看來，這是有歷史原因的。在上世紀80年代，從安全角度考慮，油基鉆井液易燃，同時因為裝備成本較高，國內(nèi)在該領(lǐng)域遲遲未深入開展研究。當時，他和一些專家教授曾提議過組建專業(yè)泥漿服務(wù)公司，雖得到集團公司的響應(yīng)，但最終沒有形成決議。這一“拍”竟比別人慢了十余年。
樊世忠教授認為，目前我國鉆井液技術(shù)落后于國外主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是油基鉆井液技術(shù)沒有普遍使用，油層保護工作欠佳，國內(nèi)固控技術(shù)、關(guān)鍵部件有待發(fā)展。2008年，全球打了5萬多口水平井；2007年，大位移井超7000米的井有20口、大位移井有6口，垂水比大于10。而2007年，國內(nèi)水平井打了1200~1300口井，大位移井垂水比僅為5.634。大位移井的鉆井液技術(shù)比普通鉆井液技術(shù)困難的多，國外大部分大位移井采用新型油基鉆井液，其油氣產(chǎn)量高于普通直井數(shù)倍；二是相關(guān)監(jiān)測軟件缺失；三是服務(wù)上差距較大，國際專業(yè)公司在鉆井液產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)服務(wù)、鉆屑回注預(yù)固控技術(shù)、鉆井廢棄物處理技術(shù)形成了一體化服務(wù)體系。“在事前做技術(shù)分析診斷及設(shè)計，在事后做工作總結(jié)改進，在服務(wù)意識上，國內(nèi)公司比較欠缺。” 樊世忠說。
樊世忠教授指出，今后鉆井液技術(shù)研發(fā)應(yīng)將環(huán)保放在第一位，完井后，廢棄鉆井完井液處理技術(shù)有待深化研究及應(yīng)用；應(yīng)開發(fā)新能源如可燃冰開發(fā)用的鉆井液體系；發(fā)展甲酸銫鉆井液技術(shù)；發(fā)展欠平衡鉆井液、大位移水平井鉆井液技術(shù)及相關(guān)軟件技術(shù)；發(fā)展零電位泥漿技術(shù)；開發(fā)鉆井液技術(shù)軟件及測試儀器。同時，他特別指出，在一體化服務(wù)方面，國內(nèi)公司要勇于學習趕超，與國際公司同臺競爭。
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