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第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會(huì)圍繞頁巖氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、高效開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新管理等層面的熱點(diǎn)話題，進(jìn)行廣泛深入的探討。針對非常規(guī)油氣鉆井過程中的油基鉆井存在環(huán)境污染、工程質(zhì)量問題，中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院教授蔣官澄表示，基于仿生學(xué)理論的仿生水基鉆井液技術(shù)和雙疏理論的超雙疏水基鉆井液技術(shù)為核心 有效解決常規(guī)技術(shù)手段無法解決的技術(shù)瓶頸問題。
以下為中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院教授蔣官澄現(xiàn)場發(fā)言實(shí)錄：
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)：
大家上午好！
我的報(bào)告著眼于鉆井業(yè)這個(gè)小行當(dāng)在頁巖氣高效勘探開發(fā)中的一些作用，希望能夠得到與會(huì)各位專家、朋友們的指導(dǎo)！
研究背景與創(chuàng)新性思路的提出
對我們鉆井挑戰(zhàn)最為嚴(yán)重和突出的問題就是井壁失穩(wěn)、阻卡、卡鉆、井漏等等問題，油基鉆井和水井鉆井各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，目前我們在頁巖氣鉆探過程中多數(shù)情況下采用的是油基鉆井，但是油基鉆井也存在一些問題，比如說環(huán)境污染、工程質(zhì)量問題等等，由于這個(gè)問題的存在，我們就考慮到能不能夠使水基鉆井的抑制性能夠達(dá)到油基鉆井的水平甚至超過它，如果能夠?qū)崿F(xiàn)這點(diǎn)，對我們頁巖氣的高效勘探開發(fā)也許有一個(gè)推動(dòng)作用。
這方面的研究最近應(yīng)該說是成為了國際研究的熱點(diǎn)，并且我們國內(nèi)，或者說國外近10年來已經(jīng)通過各種方式手段建立了很多種高性能的水基鉆井液，都建立了很好的高性能水基鉆井液技術(shù)，也取得了很好的進(jìn)展。但是我們真正要達(dá)到油基鉆井水平或者超過它應(yīng)該說還有一段距離，考慮到這個(gè)問題，我們想能不能夠?qū)⑵渌麑W(xué)科的一些前沿基礎(chǔ)理論知識(shí)引入鉆井領(lǐng)域，采取一些創(chuàng)新性思路和方法，研發(fā)原創(chuàng)性的鉆井液技術(shù)，來解決上述問題，主要是這個(gè)思路。為什么原創(chuàng)性思路呢？剛才前面也說到北美的地質(zhì)情況和我們的地質(zhì)情況有很大差距，所以把國外技術(shù)拿過來也不一定適用。
基于這個(gè)想法，我們原來思路的提出基于以下的認(rèn)識(shí)：在井壁穩(wěn)定方面，在國外經(jīng)歷了幾十年的研究，取得了很多的進(jìn)展。但是在井壁穩(wěn)定以下幾方面來說也存在一些問題：比如抑制性問題，最近幾年已經(jīng)對抑制表面水滑也引起了足夠的重視并且也取得了進(jìn)展，但是效果還不是很理想，技術(shù)上還不是很成熟，這是抑制類方面；另外封堵方面，我們搞鉆機(jī)的知道，長期都是封堵僅僅封堵微米及以上尺寸的孔隙，僅幾年研發(fā)的納米封堵技術(shù)仍然難以徹底解決阻止壓力傳遞；還有就是固化問題，僅僅阻止或減少鉆井液對井壁的破壞不能提高巖石顆粒間內(nèi)聚強(qiáng)度和巖石膠結(jié)力；毛系效應(yīng)問題，非常規(guī)油氣井的毛系現(xiàn)象非常嚴(yán)重，通過自吸水導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，許多研究者還沒有認(rèn)識(shí)到，國內(nèi)外現(xiàn)有的方法和技術(shù)不能解決毛系效應(yīng)問題，如果能使用毛系效應(yīng)的不利影響轉(zhuǎn)變?yōu)閷诜€(wěn)定有利是最佳的方法，如果這些問題能夠解決水基鉆井的抑制性就能夠達(dá)到油基鉆井的水平。
還有就是阻止四（音）卡與卡鉆方面，從鉆井液的角度來說，避免或減輕阻卡與卡鉆的最佳方法是往鉆井液中加入球形顆?；蛞后w類潤滑劑，其中液體類潤滑劑發(fā)展速度最快，國內(nèi)外進(jìn)行了幾十年潤滑劑研究工作，國內(nèi)潤滑劑均通過改變鉆井液特征和流動(dòng)性方式發(fā)揮作用，效果不理想；國際上最新的方向是潤滑劑中的活性組分與井眼內(nèi)的自由離子締結(jié)在鉆具、井壁表面產(chǎn)生平滑表面，有效控制流動(dòng)界面內(nèi)固定有渦流；還有通過鉆具、井壁巖石表面形成微納米乳突結(jié)構(gòu)和大幅降低表面。如何實(shí)現(xiàn)？通過仿生鉆井液理論實(shí)現(xiàn)抑制、封堵、固化和鍵合型潤滑；我們也建立了井下巖石等表面雙疏性理論，解決毛系效應(yīng)和自清潔潤滑的問題，最終使毛系效應(yīng)的不利影響轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣?，并且要提高井壁巖石和鉆具表面潤滑性，這是一個(gè)理論基礎(chǔ)。在這個(gè)理論基礎(chǔ)具體實(shí)施的方法，我們就是通過“內(nèi)外因結(jié)合”來解決。
基于仿生學(xué)理論的仿生水基鉆井液技術(shù)
在這個(gè)思路下我們要建立相關(guān)的熱點(diǎn)，要基于仿生學(xué)理論的仿生水基鉆井液技術(shù)。我們要向自然界學(xué)習(xí)，我們首次將仿生學(xué)引入鉆機(jī)領(lǐng)域，模仿自然界動(dòng)植物的結(jié)構(gòu)、功能、原理等，研發(fā)系列仿生鉆井液處理劑，形成仿生鉆井液技術(shù)，提高巖石顆粒間內(nèi)聚力、膠結(jié)力，減少鉆井液流動(dòng)截面摩阻等，解決常規(guī)技術(shù)手段無法解決的技術(shù)難題。固壁劑評價(jià)確實(shí)提高了井壁的強(qiáng)度，抑制劑、封堵劑也確實(shí)解決了這個(gè)問題。
我們通過模仿蚯蚓分泌黏液降低摩阻的原理，發(fā)明了仿生鍵合型潤滑劑，在鉆井、井壁表面形成潤滑膜，提高鉆速，與“流動(dòng)型潤滑、自潔型潤滑”相結(jié)合，發(fā)明了“流動(dòng)、鍵合、自潔”協(xié)同降低井下摩阻的鉆井液新方法和新技術(shù)。
并且與美國的潤滑劑單劑進(jìn)行了對比，優(yōu)于它，也進(jìn)行了環(huán)保評價(jià)。這是第二點(diǎn)。
基于雙疏理論的超雙疏水基鉆井液技術(shù)
簡單來說雙疏是既疏于水又疏于油，通過對雙疏處理之后，確實(shí)水相和油相接觸角都進(jìn)行了反轉(zhuǎn)。
它既疏水又疏油有什么效果？通過線性膨脹、滾動(dòng)回收試驗(yàn)也得到了證實(shí)，回收率最高；另外從毛細(xì)管力來說，從原來的正變成了負(fù)，這就實(shí)現(xiàn)了我想要的變原來不利變?yōu)橛欣?，達(dá)到了這個(gè)目的。滲透率恢復(fù)值也達(dá)到了50%以上。
此外，對摩阻也進(jìn)行了評價(jià)，我們是用的劃痕評價(jià)，通過摩阻之后劃痕是最淺的，這是北大一個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，委托他們進(jìn)行評價(jià)的。包括潤滑系數(shù)評價(jià)，不僅具有降耗的摩阻效果，并且導(dǎo)入之后效果增強(qiáng)。提速效果也進(jìn)行了評價(jià)，提速效果比其他提速劑相比有較好的提速劑。此外還進(jìn)行了攜屑效果，可以讓它漂浮起來，增加了一定的上浮力，減少巖屑層的形成。
為什么說一種阻力劑具有很好的效果？其機(jī)理我們進(jìn)行了深入的探討。
以超雙疏劑為核心 有效解決技術(shù)瓶頸
仿生與雙疏強(qiáng)封堵高效能水基鉆井液新技術(shù)的構(gòu)建，以超雙疏劑為核心，結(jié)合鉆域的地層特點(diǎn)，配套仿生處理劑等，實(shí)現(xiàn)了從提高鉆井液性能的外因法轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)改善鉆井液所接觸的固體表面性質(zhì)的內(nèi)外因結(jié)合，從而從高性能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝?，有效解決了非常規(guī)油氣井鉆探中的技術(shù)瓶頸。
基本配方及與典型油基鉆井液性能進(jìn)行對比和巖屑回收率方面都進(jìn)行了對比。另外我們又對浸泡強(qiáng)度進(jìn)行了評價(jià)，可以看出強(qiáng)度變高了，分別高于了油基鉆井液，這是以前沒有見到的。
之所以出現(xiàn)這么良好的效果，就是我們根本上實(shí)現(xiàn)了固化，實(shí)現(xiàn)了很好的抑制，更關(guān)鍵是解決了毛細(xì)現(xiàn)象，這是其他學(xué)者沒有提到的，從而我們就達(dá)到了預(yù)期的目的。
我們也有好多試驗(yàn)照片，下面紅框是現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，現(xiàn)場技術(shù)人員測試率比和常規(guī)滲吸對比。
現(xiàn)場應(yīng)用情況
這套技術(shù)應(yīng)該說在不同類型井中都進(jìn)行了應(yīng)用。第一個(gè)案例就是昭通頁巖氣SYS145井上成功應(yīng)用，這個(gè)簡單，這是頁巖氣井。但是雖然是直井，由于它是頁巖式，所以它井上風(fēng)險(xiǎn)還是很多，地層也破碎，裂縫有發(fā)育等等。這是在這口井上應(yīng)用的情況?？傊覀冞@套性能非常穩(wěn)定，防塌與封堵能力強(qiáng)、井徑規(guī)則，現(xiàn)場性能維護(hù)簡便，全井無掉塊、無井下復(fù)雜情況發(fā)生，保證了該井的順利完成。整個(gè)這套井到今天早晨還剩1.9萬鉆，今天早上我們看到了報(bào)告，每天我們都是微信聯(lián)系，這口井的難度應(yīng)該說還是比較大的，這個(gè)地區(qū)地層垮塌也是很嚴(yán)重，對臨井的井徑擴(kuò)大率達(dá)到了40%以上，且嚴(yán)重影響起下鉆作為，該井屬于繞障井，繞障變方位、井斜角大、斜井段和水平段易形成巖屑床、鉆具摩阻大等；地層壓力變化大，密度要求范圍寬，增加了漏失的風(fēng)險(xiǎn)；山體構(gòu)造，斷層多、裂縫發(fā)育、極易發(fā)生漏失，同一平臺(tái)的陽102-H五36-1采用其他水基鉆井液，井塌、卡鉆等復(fù)雜情況非常非常頻繁和嚴(yán)重。
這是整個(gè)鉆井過程中的報(bào)表，還不全，應(yīng)該說性能非常穩(wěn)定，抑制性強(qiáng)，性能非常穩(wěn)定。目前這井高難度井段已經(jīng)鉆完了，后面都比較簡單一點(diǎn)。整個(gè)過程中沒有出現(xiàn)垮塌，具有良好的防止井壁穩(wěn)定，潤滑能力。最關(guān)鍵在整個(gè)鉆井過程中沒有脫垮塌，起下鉆順利。確實(shí)充分展現(xiàn)了我們的潤滑性很好，具有良好的流變性和觸變性，巖屑返出及時(shí)、完整，攜巖效果良好。中石油湛江分公司、海服公司等專家到現(xiàn)場進(jìn)行了考察，得到了專家們的高度認(rèn)可。
這個(gè)照片也充分展示了我們鉆具具有強(qiáng)清潔性，上面這張照片就是三號(hào)井，鉆具非常干凈，確實(shí)具有強(qiáng)自潔性。相反，下面這張照片可以看到鉆具粘附鉆井液嚴(yán)重，泥包現(xiàn)象非常嚴(yán)重。
案例分析
再講一個(gè)案例，大港油田頁巖油房，這個(gè)垮塌非常嚴(yán)重。在鉆井過程中和臨井進(jìn)行對比，鉆井液含量低，摩阻更低，摩阻非常非常低，兩個(gè)井完全不一樣。密度，我們在試驗(yàn)這口井的密度也比這兩個(gè)臨井密度低得多，同時(shí)現(xiàn)場測試抑制性也比較好，比如說坂含量從25g/l下降到15g/l，也沒有出現(xiàn)高跑漿的現(xiàn)象。這是現(xiàn)場測試的ECD，確實(shí)比較低，井徑擴(kuò)大率也低，經(jīng)過測試固井質(zhì)量是達(dá)到優(yōu)質(zhì)的程度，接近油基鉆井液。
潤滑性也非常好，整個(gè)擠壓過程中扭矩始終是在14000nm范圍之內(nèi)。
這是第三方對井漿室內(nèi)進(jìn)行的評價(jià)，都具有非常好的封堵性、抑制性，這是第三方的評價(jià)。
我們得出了如下結(jié)論，首次將仿生學(xué)引入鉆井液領(lǐng)域，模仿海洋生物，分別發(fā)明了仿生固壁劑、仿生微納米封堵劑和仿生鍵合型潤滑劑；基于本團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的井下巖石表面雙疏性理論發(fā)明了超雙疏劑；結(jié)合仿生鉆井液理論和雙疏性理論，創(chuàng)建了“仿生與雙疏強(qiáng)封堵高效能水基鉆井液”，使水基鉆井液的抑制性和潤滑性高于油基鉆井液，實(shí)現(xiàn)了從“高性能”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;高效能”，解決了非常規(guī)等高難度油氣井鉆探中的鉆井液技術(shù)瓶頸。
我的匯報(bào)到此結(jié)束，希望各位專家批評指正！
責(zé)任編輯：janne | 新媒體主理：姜娜
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