新型钻井液润滑剂将革新石油开采业

小之伍

图为EGS DFL获得《世界石油》杂志发布的2012年度最佳钻井与完井产品证书。

　　在2011年10月底举行的美国石油技术年会（LAGCOE）上，一种称为DFL的新型钻井液润滑剂技术出尽风头。该产品以第一名次应邀在大会上做报告并获得大会授予的“2011年七大最先进产品” 奖。这一创新性产品由美国倚科能源有限公司（Eco Global Solutions，简称 EGS） 研发，可大大提高油田钻井效率，给钻井深度和成本带来革命性的变化。
　　美国倚科能源公司钻井作业部门的阿曼多·纳瓦多是一位有30多年石油钻井经验的工程师，他深知钻井作业中摩擦阻力的危害。“每座钻井，无论是垂直井、定向斜井、还是水平井，都会由于摩擦阻力而损失许多钻井功率。当地面机械设备运转时，钻具只能传递一部分能量用于钻进、移动和完钻，其余的动能都消耗在克服各种摩擦阻力，钻越深的井，动能的利用率越低。因此，能够降低摩擦阻力的高品质润滑剂成为钻井急需的技术产品。（润滑产品质量检测资讯，请关注微信公众号：gti1959）”纳瓦多说。
　　开发降低摩擦阻力润滑剂的想法源自于他在工作中的实际需要。8年前，他正在全球最大的石油公司位于俄罗斯库页岛的某处油田从事钻探作业。“我在这个井深达到3.8万英尺（11.6公里）的油田当钻井工程顾问。这个油井是当时世界上最深的，虽然我们拥有全球最大最好的钻井设备，但在试过当时能用上的所有技术和钻井产品后，钻这么深的井对我们来说仍然可望而不可即。”
　　此时，纳瓦多在使用汽车节能减排的产品时，认识了美国倚科能源有限公司总裁庄云根博士，在交谈中他了解到倚科已经开发出一种汽车工业用的特殊润滑剂，同时也在进行钻井液润滑剂的研发。纳瓦多在自己长期使用倚科节能产品的过程中发现，倚科的燃油添加剂性能非常优越，等量的汽油比使用其他同类添加剂能行驶更多里程，发动机也运行得更好，充分显示倚科技术和产品的卓越性。他很快与庄博士达成共识，担任美国倚科能源有限公司全球钻井作业部门总监，负责验证公司的新型钻井液润滑剂DFL在钻井作业中的实践功效。经过3年多的实验室测试和钻井现场的应用，证明 DFL产品技术可大幅提高钻井作业效率，降低整体钻井成本。
　　传统润滑剂主要通过稀释或干扰钻井液性能来降低摩擦阻力，但这会改变钻井液的原有性能，导致需再添加其他化学制剂来恢复钻井液的原始性能，而DFL技术降低摩擦阻力的原理则完全不同，它通过改变钻井液在流动界面的涡流而减少摩擦阻力。DFL技术的另一特点是：不会对钻井液的流变性能产生不利影响。DFL现场试验包括大斜度井和水平井，证实在钻井液中仅添加3%的DFL润滑剂后，钻井速度就提高3倍多；另外，DFL技术还能使井身变得更加稳定，从而省略掉没使用该技术时必须耗时几天进行稳定井身的扩孔工序。例如，Eagleford Shale运营商在南得克萨斯州Eagleford Shale，旨在用该钻井液技术以降低增斜井段（build section）和水平井段（horizontal section） 钻挖时的内摩擦力，同时不影响他们自己钻井液的特性。而且用两个配置相似的井进行了比较，结果显示，添加了3%体积比（V/V）DFL的那口井：钻井扭矩减少39%；下放时钻具重量增加26%；起钻时钻具重量减少10%；当量循环密度（ECD）减少50%；滑动机械钻速（ROP）增加100%；钻头寿命延长100%；消除了螺旋屈曲现象；非旋转下套管长度增加了1200英尺。所有这些附加价值使业务效率改善了超过25%，因此该公司把DFL定为他们的水平井钻井液的标准。
　　DFL技术能够随着时间的推移而继续保持其功效，通过在各井间重复使用经DFL处理过的钻井液，润滑剂总使用量能够减少1/2到2/3，使整体成本低于使用其他类型的润滑剂。总之，DFL技术可以增加钻井深度、大幅提高钻井效率并延长钻头与钻井设备的使用寿命，从而大大降低钻井作业成本。美国倚科能源有限公司已经实现了规模化生产DFL钻井液润滑剂，并在全球多个大型油田的钻井作业中取得突出的功效。例如西得克萨斯主要运营商，在新墨西哥州扑克湖区域（Poker Lake Field）东南使用DFL-ATM钻井液技术的结果证明，该钻井液与市面上其他标准的润滑产品不同，DFL是一种“粘接润滑剂”而不是流动润滑剂，不会改变钻井液的特性。DFL降低接触摩擦以减少摩擦生热，最终减少套管、钻杆、设备和钻头的磨损，从而改善了机械钻速（ROP）。当DFL的浓度达到规定的3%体积比（V/V）后，ROP提升至超过100英尺/小时，增辐超过500%。除了改善钻速外，加入DFL也增加了井壁稳定性，因此运营商在准备放下生产套管的时候不需要进行钻挖后划眼（post-drilling reaming）的工作。最终整体业务效率提升超过30%，超过了运营商对其经济可行性的期望。自此，DFL成为他们所有钻井均采用的标准技术。
　　DFL的优异性能迅速得到国外广大钻井业者的注意，在短短几年之间，DFL已经在全球超过500 口井成功使用，实践证明 DFL 能够降低钻井摩擦阻力高达80％、减少钻机动力能耗、提高钻井速度、减少钻头磨损。钻井队可以在现有的钻井设备上，更快地钻出更深的井，大大降低钻井作业成本。这些革命性的效果，使得倚科的DFL与三家国际驰名油田技术服务公司 Baker Hughes (贝克休斯)、Halliburton (哈里伯顿)、Schlumberger (斯伦贝谢) 的产品，共同获选入围《世界石油》2012 年度最佳钻井与完井产品。产油大国俄罗斯也非常重视 DFL这项技术产品，主动邀请倚科公司在 2012 年苏联石油天然气技术 (OGT) 刊物上发表DFL的相关论文。
　　对于设备要求较严苛、钻井作业成本较高、且技术难度较大的深井和页岩气水平井，能否降低钻井成本是攸关页岩气能否在市场上和传统天然气竞争的重要因素。通过使用DFL来提高钻井速度、减少钻头和机械设备磨损、降低钻井作业成本，已成为开发页岩气的重要手段。近年来，美国开发页岩气的成长速度非常快，页岩气产量占全国天然气总产量的比例，从2000 年的1％急速攀升到2012年的37％，达到2653亿立方米之多。丰富的页岩气带动天然气价格普遍下降，许多煤火力发电也因而纷纷改用页岩气发电，这除了降低发电成本之外，还能够大幅减少二氧化碳和污染废气的排放。
　　中国可开发页岩气储量占世界第一位，若加大开发力度，不但可以降低石油对外的依存度，还能够逐步以页岩气取代燃煤发电，大幅减少二氧化碳和空气污染废气的排放。