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低油价下钻井液技术的新进展
中外油气服务供稿 作者郭晓霞          于 May 08, 2016 at 14:34:26:
随着石油价格的下降,钻井液成本正逐渐成为一个越来越关键的研究重点,许多公司通过引入创新的水基钻井液技术进行成本管理,同时也在提高现有钻井液耐高温能力和增强钻井液的环保性能方面开展了大量的研究工作。

通过控制风险管控成本
贝克休斯公司

1 NSURE钻井液体系

该钻井液体系被称为恒流变体系的钻井液,能够在40℉~275℉下提供稳定的流变性,具有良好的环境适应性和灵活性。由于具有很强的可调节性,该钻井液可称为一款具有广泛性适应能力的钻井液,能够满足最严苛的环境条件,除了最初设计用于挪威北海外,在英国北海、墨西哥湾、西非和南亚海上也同样具有较强的适应性。


具有广泛环境适应能力的NSURE钻井液

2 LATIDRILL水基钻井液

2015年推出的用于非常规水平井的水基钻井液LATIDRILL,目前的耐温能力达到275℉。由于基本不用于上部井眼的钻进,因此可以不必单独添加各种增粘剂和失水控制剂。贝克休斯希望对该钻井液进行改良,以使其可以应用于温度超过350°F的环境。

3 MPRESS逆化乳胶钻井液

要适用于陆上钻井提速,该钻井液目前的作业温度也为275℉左右,公司也正在研究其在350℉环境下的应用。贝克休斯公司正是在提高钻井液抗恶劣环境和抗风险能力的基础上,来降低钻井液成本的。

重点研发水基钻井液
M-I SWACO公司

M-I SWACO是斯伦贝谢公司的钻井液子公司,近期的工作重点是调整水基钻井液的配方以达到油基钻井液性能。水基钻井液的环境适应性好,成本更低,公司正是期望借助水基钻井液在环保和成本上的优势,使其获得更多的应用。在过去的几年里,随着技术的进步,水基钻井液和油基钻井液的性能差异正在逐渐缩小。

2015年夏天,公司计划引进一种新的高性能水基钻井液,用于陆上非常规大斜度井钻井。该类型井钻井过程中遇到的挑战是斜井段的摩阻和扭矩,油公司希望能够在提高机械钻速的同时维持井壁稳定。M-I SWACO为其设计了一种新型的定制水基钻井液,可以实现该目标。这种水基钻井液体系使用特定的化学添加剂,重点解决了地层可钻性和井壁稳定性问题。该体系目前仍然在现场实验阶段。

为了提高钻井液在页岩地层中的井眼稳定性,M-I SWACO研究向钻井液中加入纳米添加剂的方法,通过物理阻塞孔隙的机理提高页岩稳定性,但目前业界尚未广泛采用这种方法。公司已经花了超过5年的时间进行纳米科技和纳米添加剂的研究。然M-I SWACO使用的所有纳米材料都经过HSE严格测试,有些纳米材料已经在商业领域使用多年。

展望未来,公司发展的重点仍然是灵活应对行业需求的波动,同时强化对环境的敏感性。

探索纳米技术的可能性
沙特阿美石油公司

沙特阿美石油公司也在进行纳米技术研究。2014年,沙特阿美石油公司的EXPEC高级研究中心发起一个勘探开发项目以研究纳米材料对无固相逆乳化钻井液(IEF)中重晶石沉降所产生的影响。无固相逆乳化钻井液能够提供较高的机械钻速,并对污染有较高的耐受性,但是该类型钻井液不具有最好的流变性,而且会导致重晶石沉降。

沙特阿美石油公司在实验室模拟红海和沙特阿拉伯陆上非常规井钻井的温度和压力条件,配制出不同密度的油基钻井液,按温度从150°F到300°F,压力从1000到10000psi进行分类,将钻井液在不锈钢混合杯中进行混合,并以11500 rpm的速度搅拌,然后在高温高压条件下静置16个小时,混合杯放置时,保持垂直和呈45°倾角。静置结束后,测试流变性、沉降系数和顶部油的分离情况。

除此之外,向钻井液中加入污染物,例如人造的钻井岩屑、海水以及石灰等,以检验加入纳米材料后IEF配方的耐受性。研究得出,纳米材料能够降低重晶石沉降,能够在高温高压条件下提供恒定的流变性,而在出现污染物的情况下仍然具有非常可靠的悬浮能力。

未来,公司计划在钻井液和固井液中都添加纳米材料以应对特定的挑战。沙特阿拉伯计划投入更多的勘探开发项目以解决其他挑战,例如提高流变性以提高钻井液的携屑能力、在高温高压环境下的稳定性、提高页岩抑制性以及环境友好等。

以保护井眼为目标
哈里伯顿公司

哈里伯顿通过其Baroid产品线进行钻井液的定制,帮助油田实现产量最大化和非生产时间最小化的目标。目前市场面临的一个挑战是钻井液如何在保证基本性能的前提下,提高环保性能。目前,Baroid正在开发一种使用生物可降解内相取代盐的不含盐、不含黏土的逆乳胶钻井液,该钻井液名为BaraPure。使用后,岩屑可以在井场进行处理,满足了环保要求,并消除了钻井液对地下水和对地表河流潜在的污染。目前,该钻井液正处在早期商业化阶段。

2014年,Baroid发布了一系列的循环漏失材料(LCM),并命名为BaraShield、BaraBlend和BaraLock,在老油田,每一个工程解决方案都是根据不同的漏失情况进行定制,这一系列的LCM设计封堵不同类型的裂缝,包括未知宽度和高度的裂缝。最近,一家石油公司在威利斯顿的Beaver Lodge油田经历了漏失,选用BaraShield-664作为连续的解决方案,与该地区其他井相比,泥浆漏失体积降低了81%。最终,石油公司节省了2.5天,并节省了相应的成本。

向高级定制服务进军
Newpark钻井液公司

过去几年间,Newpark钻井液公司将其工作的重点向深水钻井领域倾斜。该领域遇到最普遍的挑战是盐的腐蚀和在较大的温差范围内钻井液性能如何保持稳定。为了解决这些问题,公司最近开展了系列深水项目,其中包含投资3000万美元扩建其在路易斯安那Fourchon港的基础研究设施,这些扩建将在2016年第一季度完工,储存能力将翻倍。项目还包含研发新的深水钻井液体系——Kronos。该聚合物基转化乳胶体系在2015年OTC上发布。深水钻井在起下钻、BOP测试和测井过程中,钻井液有较长的静止时间,Kronos提供在这些作业过程中更优的静态稳定性,同时能够在40℉到250℉之间维持稳定的流变性。在10000ft深的海底温度接近0℃已经非常具有挑战性,在泥线以下30000ft,温度可能会达到350℉~400℉,在进行钻井液配方设计的时候必须要考虑到环境温度的大范围变化。


Newpark在Fourchon港扩建设施示意图

体系开发过程中,Newpark确定核心的化学材料,同时为专业化的定制留出空间,产品能够实现在不同的条件下根据具体条件进行调整。未来,公司预期在同一口井中可以根据不同的井下情况实现分段定制钻井液,石油公司可以在钻井的每一段选择最优的解决方案,定制化的解决方案将会优化钻井流程,并降低非生产时间。

郭晓霞
中国石油经济技术研究院(ETRI)
石油科技研究所



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