高性能環(huán)保水基鉆井液技術(shù)研究新進(jìn)展

劉均一

中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 251064

鉆井液工藝技術(shù)是油氣鉆井工程的重要組成部分，在鉆井工程施工中起著關(guān)鍵性作用，而研發(fā)高性能鉆井液體系一直是鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)與熱點(diǎn)。隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)難度的增大以及對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的不斷追求，“安全、快速、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、高效”已成為鉆井技術(shù)發(fā)展的更高目標(biāo)，這必然對(duì)鉆井液、完井液提出更全面更高的技術(shù)要求[1-4]。

現(xiàn)階段，聚合物鉆井液、聚磺鉆井液等傳統(tǒng)水基鉆井液體系的性能均無(wú)法滿(mǎn)足復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆井施工要求，環(huán)保與抗高溫等性能有待全面改進(jìn)提高，而油基鉆井液則具有強(qiáng)抑制性、優(yōu)良潤(rùn)滑性以及高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，已成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井施工的重要技術(shù)手段[5-6]。但隨著我國(guó)環(huán)保法律法規(guī)的不斷完善及環(huán)保要求的不斷提高，鉆井工程環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，尤其在環(huán)境敏感和生態(tài)脆弱地區(qū)，鉆井液已成為鉆井工程的主要污染源之一，大量廢棄鉆井液與含油鉆屑無(wú)法直接排放，需要利用特殊工藝進(jìn)行無(wú)害化處理，相關(guān)工藝技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備投入大，處理成本高，大大限制了油基鉆井液的推廣應(yīng)用[7-8]。為此，研發(fā)一種具有油基鉆井液性能優(yōu)點(diǎn)，又能克服傳統(tǒng)油基鉆井液的環(huán)保問(wèn)題及干擾地質(zhì)錄井等缺點(diǎn)，同時(shí)配制簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，且成本可接受的高性能環(huán)保型水基鉆井液，有助于顯著減少鉆井復(fù)雜事故，提高油氣鉆探開(kāi)發(fā)的綜合效益，推動(dòng)復(fù)雜油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

近年來(lái)，國(guó)外石油公司陸續(xù)研發(fā)了仿油基鉆井液的環(huán)保水基鉆井液體系，并提出了“客戶(hù)定制式”高性能水基鉆井液設(shè)計(jì)理念[9-11]，如M-I SWACO公司UltraDrill、HydraGlyde高性能水基鉆井液體系，貝克休斯公司LatiDrill、PerforMax高性能水基鉆井液體系，哈里伯頓公司ShaleDril水基鉆井液體系，NEWPARK公司Evolution水基鉆井液體系等，均取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。目前我國(guó)在環(huán)保型水基鉆井液方面也取得了較大進(jìn)展，陸續(xù)研發(fā)了聚胺仿油基水基鉆井液、頁(yè)巖氣“水替油”的高性能水基鉆井液等[12-15]，但在鉆井液抗高溫性能與環(huán)保性能等方面仍與國(guó)外成熟專(zhuān)利技術(shù)存在較大差距，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能環(huán)保型水基鉆井液關(guān)鍵處理劑及配套體系是當(dāng)前鉆井液工藝技術(shù)領(lǐng)域的重要課題之一。因此，本文將從高性能環(huán)保水基鉆井液體系、環(huán)保型鉆井液關(guān)鍵處理劑、鉆井液環(huán)保性能評(píng)價(jià)方法等3個(gè)方面，綜述國(guó)內(nèi)外高性能環(huán)保水基鉆井液技術(shù)研究新進(jìn)展，展望高性能環(huán)保水基鉆井液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

1 高性能環(huán)保水基鉆井液體系的研究

1.1 國(guó)外研究進(jìn)展

隨著油氣資源勘探開(kāi)發(fā)程度的不斷提高，常規(guī)油氣資源越來(lái)越少，鉆探開(kāi)發(fā)范圍已逐步走向深層超深層、海洋深水、非常規(guī)等復(fù)雜地質(zhì)條件地層，這對(duì)鉆井液技術(shù)提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，油基鉆井液具有強(qiáng)抑制性、優(yōu)良潤(rùn)滑性以及高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，已成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井施工的重要技術(shù)手段，但油基鉆井液的環(huán)境污染、高成本等缺點(diǎn)同樣十分突出，無(wú)法滿(mǎn)足我國(guó)鉆井工程日益嚴(yán)格的“環(huán)境保護(hù)”與“降本增效”要求。而傳統(tǒng)水基鉆井液體系的性能仍無(wú)法滿(mǎn)足復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的鉆井工程要求，有待全面改進(jìn)提高。因此，研發(fā)一種具有仿油基鉆井液性能的環(huán)保型高性能水基鉆井液體系，以滿(mǎn)足防塌、防泥包、防阻卡、提高鉆速，并兼顧儲(chǔ)層和環(huán)境保護(hù)以及控制鉆井液成本等更高的技術(shù)要求，已成為國(guó)內(nèi)外石油公司的研究熱點(diǎn)與重點(diǎn)。

表1 國(guó)外油服公司的典型高性能水基鉆井液體系

近年來(lái)，國(guó)外石油公司以無(wú)生物毒性、易生物降解、鉆井液配方簡(jiǎn)單為技術(shù)目標(biāo)，研發(fā)出了多種高性能環(huán)保水基鉆井液體系及配套關(guān)鍵處理劑。M-I SWACO公司重點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化水基鉆井液體系配方以達(dá)到仿油基鉆井液性能目標(biāo)，陸續(xù)研發(fā)了高性能水基鉆井液體系(UlraDrill)、高性能環(huán)保型水基鉆井液體系(HydraGlyde)等，并提出了“客戶(hù)定制式”高性能水基鉆井液設(shè)計(jì)理念[9-11]。其中，UlraDrill鉆井液體系是由低分子量包被劑Ultra-CAP、纖維素降濾失劑Poly-PAC、頁(yè)巖強(qiáng)抑制劑Ultra-HIB、防泥包劑Ultra-Free等組成，抗高溫達(dá)135 ℃；HydraGlyde高性能水基鉆井液體系是由包被劑HydraCap、生物聚合物Duo-VIS、超低黏度聚陰離子纖維素Polypac-UL、頁(yè)巖抑制劑HydraHib、潤(rùn)滑提速劑HydraSpeed等組成，既保持了水基鉆井液的環(huán)境適應(yīng)性好與成本低等優(yōu)點(diǎn)，又能夠降低扭矩，達(dá)到與油基鉆井液相媲美的鉆速，同時(shí)還能避免井壁失穩(wěn)等鉆井復(fù)雜情況，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井施工提供了一種“快速、安全、靈活”的鉆井液技術(shù)方案。此外，M-I SWACO公司探索利用新型納米鉆井液處理劑，通過(guò)物理封堵微孔縫來(lái)阻緩壓力傳遞與濾液侵入，以提高鉆井液在頁(yè)巖地層中的井壁穩(wěn)定性，其中所使用的納米材料均滿(mǎn)足嚴(yán)格的HSE要求，具有良好的環(huán)保性能[16]。

Baker Hughes公司將聚胺化合物與聚合醇的濁點(diǎn)和鋁的化合作用相結(jié)合，研發(fā)了PerforMax高性能水基鉆井液體系，該體系利用納米聚合物封堵劑Max-Shield、鋁基化學(xué)封堵劑Max-Ples、頁(yè)巖水化抑制劑Max-Guard、聚合物包被劑New-Drill的共同作用來(lái)封堵頁(yè)巖孔隙與微裂縫，阻止壓力傳遞與濾液侵入，具有抑制性強(qiáng)、高溫穩(wěn)定、保護(hù)儲(chǔ)層及保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，可達(dá)到美國(guó)環(huán)保局規(guī)定的墨西哥灣排放要求[17]。

Halliburton公司根據(jù)不同頁(yè)巖地層的復(fù)雜特性，研發(fā)形成了Shall-Dril高性能水基鉆井液體系系列，包括Shall-Dril-F、Shall-Dril-H、Shall-Dril-B、Shall-Dril-E等4套方案[18]，具有強(qiáng)抑制、高潤(rùn)滑、高機(jī)械鉆速、低成本等優(yōu)點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于美國(guó)Haynesville、Fayetteville、Barnett、Eagle Ford等主要頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)區(qū)塊。此外，Halliburton公司還以新研制的抗175 ℃高溫聚合物增黏提切劑為基礎(chǔ)，研發(fā)了一套無(wú)黏土相、強(qiáng)抑制的hydroGuard高性能水基鉆井液體系，其具有類(lèi)油基鉆井液性能特點(diǎn)，可替代油基鉆井液應(yīng)用于深水、頁(yè)巖氣鉆井施工，突破了無(wú)膨潤(rùn)土鉆井液高溫穩(wěn)定性這一技術(shù)瓶頸[19]。

綜上分析可知，Schlumberger，Baker Hughes，Halliburton等國(guó)外石油公司均已研發(fā)形成了相對(duì)成熟的高性能環(huán)保水基鉆井液體系及系列配套鉆井液處理劑，能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)客戶(hù)提供“個(gè)性化定制”的高性能環(huán)保水基鉆井液技術(shù)服務(wù)。同時(shí)隨著高性能水基鉆井液技術(shù)研究的不斷深入，國(guó)外最新一代高性能水基鉆井液體系具有：環(huán)保性能良好、配方組成簡(jiǎn)單、性能調(diào)控簡(jiǎn)便，只需要在膨潤(rùn)土漿中加入3～4種高性能關(guān)鍵處理劑，即可滿(mǎn)足復(fù)雜地層的鉆井液施工要求，能夠顯著提高復(fù)雜油氣鉆探開(kāi)發(fā)的綜合效益。但值得注意的是，國(guó)外石油公司的高性能環(huán)保水基鉆井液專(zhuān)利技術(shù)目前仍處于高度保密階段，技術(shù)服務(wù)價(jià)格高，國(guó)產(chǎn)自主化研發(fā)缺乏借鑒參考，技術(shù)難度大，亟需針對(duì)性地開(kāi)展相應(yīng)的研究工作。

1.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

為了滿(mǎn)足鉆井工程技術(shù)需求，鉆井完井液體系中處理劑的種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)越多，對(duì)脆弱的油田生態(tài)環(huán)境造成的危害也越來(lái)越大。近年來(lái)，我國(guó)持續(xù)研發(fā)了多項(xiàng)鉆井液環(huán)保技術(shù)，但多集中在“末端治理”方面，即廢棄鉆井液無(wú)害化處理與含油鉆屑配套處理技術(shù)等，相關(guān)工藝技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備投入大，處理成本高。因此，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始重視研發(fā)環(huán)保鉆井液體系，從源頭上控制鉆井液對(duì)環(huán)境的污染，由“末端治理”向“源頭控制、過(guò)程控制”轉(zhuǎn)變，研發(fā)的聚合醇鉆井液、甲酸鹽鉆井液、硅酸鹽鉆井液、烷基葡萄糖苷鉆井液等環(huán)保型鉆井液體系[20]，其共同特點(diǎn)是生物毒性小、易降解、對(duì)環(huán)境影響小。但上述鉆井液體系因成本高或應(yīng)用效果不理想，未能推廣應(yīng)用。同時(shí)為了滿(mǎn)足復(fù)雜地層條件下的鉆井液性能要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中上述體系均復(fù)配了合成高分子聚合物或磺化類(lèi)處理劑，從而影響了鉆井液體系的整體環(huán)保性能。

1)聚合醇鉆井液體系。該鉆井液體系是以聚合醇作為核心處理劑，利用聚合醇的“濁點(diǎn)效應(yīng)”，有效地提高鉆井液的封堵、潤(rùn)滑性能。此外，聚合醇通常需要與KCl共同作用，協(xié)同增強(qiáng)鉆井液的水化抑制性能，但加入較高濃度鉀鹽將會(huì)顯著影響聚合醇鉆井液的環(huán)保性能。

2)甲酸鹽鉆井液體系。該體系具有抑制性強(qiáng)、流變性好、固相含量低等特點(diǎn)，且能夠顯著提高天然高分子的熱穩(wěn)定性，可將黃原膠的抗溫能力提高到180 ℃以上，但因成本問(wèn)題一般用于鉆探高溫高壓井儲(chǔ)層段。

3)硅酸鹽鉆井液體系。以不同模數(shù)的硅酸鉀或硅酸鈉為核心處理劑，研發(fā)的硅酸鹽鉆井液體系，具有優(yōu)異的封堵防塌、水化抑制與環(huán)境相容性能，是一種綜合性能優(yōu)異、低成本的環(huán)保型防塌水基鉆井液體系，但硅酸鹽受溫度和pH值的限制，硅酸鹽鉆井液的流變性和潤(rùn)滑性現(xiàn)場(chǎng)難以控制，限制了其推廣使用。

4)甲基葡萄糖苷鉆井液體系。甲基葡萄糖苷鉆井液屬于一種無(wú)生物毒性、易生物降解的新型環(huán)保型水基鉆井液體系，具有仿油基鉆井液的“強(qiáng)抑制、高潤(rùn)滑”性能，能夠滿(mǎn)足海洋等環(huán)境敏感地區(qū)的復(fù)雜鉆井施工要求。

2 環(huán)保型水基鉆井液關(guān)鍵處理劑的研究

2.1 國(guó)外研究進(jìn)展

研發(fā)無(wú)生物毒性、可生物降解的環(huán)保鉆井液處理劑是配制環(huán)保型鉆井液體系的關(guān)鍵。近年來(lái)，國(guó)外石油公司相繼研發(fā)了抗高溫降濾失劑、環(huán)保潤(rùn)滑劑等新型鉆井液處理劑[21-22]，以滿(mǎn)足環(huán)保鉆井液性能要求。在抗高溫降濾失劑方面，美國(guó)NALCO公司研發(fā)了AMPS、AM和MBA的共聚物，該共聚物含有AMPS單體鏈節(jié)含量達(dá)57%～61%，具有很好的抗高溫性和抗硬水性，主要應(yīng)用于高溫高壓高礦化度條件下鉆井液用降濾失劑和流型調(diào)節(jié)劑。巴斯夫公司研發(fā)了一種抗200 ℃高溫的聚合物降濾失劑Poly-drill，其分子量在2×105左右，具有優(yōu)異的抗鹽(飽和)、抗鈣鎂性能，能夠滿(mǎn)足抗高溫飽和鹽水鉆井液的降濾失性能要求。BP-Amoco公司以磺化苯乙烯(SS)、馬來(lái)酸酐(MA)為聚合單體，研發(fā)了一種抗200 ℃高溫降濾失劑。Baker Hughes公司則以丙烯酰胺(AM)、N-烷基丙烯酰胺(NAAM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)為合成單體，通過(guò)共聚反應(yīng)合成了2種抗高溫鉆井液降濾失劑Pyro-Trol、Kem-Seal，適用于抗溫180 ℃的海洋鉆井施工要求。

此外，國(guó)外石油公司持續(xù)重視對(duì)淀粉、纖維素等天然高分子材料的深度改性?xún)?yōu)化，相繼研發(fā)了多種環(huán)保型鉆井液處理劑，以滿(mǎn)足環(huán)保鉆井液性能要求，但其抗高溫能力通常在130 ℃以下，仍需通過(guò)深度改性進(jìn)一步提高天然高分子降濾失劑的抗高溫性能。M-I SWACO公司研發(fā)了多種抗高溫淀粉降濾失劑Poly-Sal、Flo-Trol、Duo-Flo，并與聚陰離子纖維素PAC-LV復(fù)配使用，研發(fā)了抗溫130～150 ℃的抗高溫環(huán)保型水基鉆井液體系，鉆井液的API濾失量可控制在10 mL以?xún)?nèi)。此外，甲酸鹽可以顯著提高淀粉降濾失劑等天然高分子處理劑的抗溫耐溫性能。

在環(huán)保型潤(rùn)滑劑方面，Baker Hughes利用脂肪酸和多乙烯多胺形成脂肪酸銨鹽與脂肪酸甲酯復(fù)配，其中脂肪酸銨鹽對(duì)鉆具和巖體表面具有強(qiáng)吸附作用，能夠形成穩(wěn)定油膜，從而增強(qiáng)潤(rùn)滑和穩(wěn)定井壁的能力。美國(guó)倚科能源有限公司推出了一種Egstm DFL鉆井液用鍵合型潤(rùn)滑劑，DFL中的活性組分與井眼內(nèi)的自由離子締合產(chǎn)生平滑表面，能夠?qū)α鲃?dòng)界面內(nèi)固有渦流進(jìn)行有效控制，在大位移井增斜井段等復(fù)雜鉆井施工中使用可有效降低摩阻，提高機(jī)械鉆速。美國(guó)ProOne公司開(kāi)發(fā)的高性能潤(rùn)滑劑XPL與倚科能源DFL相當(dāng)，使用該產(chǎn)品時(shí)摩擦力和扭矩在整個(gè)系統(tǒng)都得以減低，即使在井眼曲率較大處也可以提高時(shí)效50%。國(guó)外公司利用鍵合型潤(rùn)滑劑使得傳統(tǒng)的水基鉆井液在潤(rùn)滑性能上獲得了革命性的突破，有效提高鉆井整體作業(yè)效率達(dá)25%以上。

2.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)環(huán)保型水基鉆井液處理劑主要集中在淀粉、纖維素、木質(zhì)素、植物膠等天然高分子材料，易生物降解，環(huán)保性能好，但抗高溫一般在120 ℃左右，主要應(yīng)用于上部淺層鉆井。其中，抗高溫聚合物降濾失劑類(lèi)國(guó)內(nèi)采用AMPS、AM、AA、NVP等單體與天然高分子聚合物接枝共聚，研制了多種抗高溫降濾失劑，抗高溫最高可達(dá)180 ℃，但都處于室內(nèi)研究階段，且環(huán)保性能受AMPS、AM等殘留合成單體的影響較大；頁(yè)巖抑制劑類(lèi)主要有多元醇、烷基葡萄糖苷、有機(jī)鹽、硅酸鹽等，這些處理劑主要是抑制泥頁(yè)巖水化膨脹，其他配套處理劑仍需完善；高溫增黏劑主要有高溫弱凝膠GEL和80A-51，GEL是以生物聚合物為主要原料，經(jīng)表面活化后與聚合物以及高溫保護(hù)劑等復(fù)合，80A-51是丙烯酸鹽共聚物，兩種處理劑的抗高溫性均低于150 ℃；極壓潤(rùn)滑劑類(lèi)主要有植物油、聚醚類(lèi)、酯類(lèi)、聚α-烯烴(PAO)類(lèi)等，這些潤(rùn)滑劑生物毒性低、易生物降解，但熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性能仍需進(jìn)一步研究完善[23-24]。

無(wú)毒且可生物降解的環(huán)保鉆井液處理劑是配制環(huán)保型鉆井液體系的關(guān)鍵。現(xiàn)階段，我國(guó)環(huán)保型處理劑的研究主要集中在降濾失劑上，同時(shí)環(huán)保型降濾失劑的熱穩(wěn)定性則直接影響了環(huán)保型鉆井液體系的抗溫穩(wěn)定性能。其中，改性淀粉作為一種無(wú)毒、易降解的環(huán)保型鉆井液降濾失劑，抗溫能力通常小于130 ℃，普遍應(yīng)用于地層溫度較低的油氣鉆探區(qū)塊，無(wú)法滿(mǎn)足高溫高壓地層的鉆井液施工要求[25]。由于淀粉分子中存在大量可反應(yīng)性羥基，國(guó)內(nèi)外通常利用接枝共聚法、交聯(lián)/醚化復(fù)合改性法、交聯(lián)抗氧化法等方法來(lái)提高改性淀粉的抗溫降濾失效果，但仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，未見(jiàn)相關(guān)現(xiàn)有應(yīng)用報(bào)道。其中，以玉米淀粉為原料研制的復(fù)合離子型改性淀粉降濾失劑CSJ，可抗飽和鹽水、抗溫140 ℃，綜合性能均優(yōu)于抗溫改性淀粉DFD；降濾失劑FL-W20則是通過(guò)在淀粉分子中引入無(wú)毒的無(wú)機(jī)硅，將改性淀粉的抗溫性能提高至150 ℃。

此外，國(guó)內(nèi)外也陸續(xù)研發(fā)了環(huán)保型抑制防塌劑、環(huán)保型潤(rùn)滑劑等。其中，白瀝青W-ASP是以高級(jí)脂肪醇樹(shù)脂為原材料，經(jīng)過(guò)一系列水溶改性而得到的一種無(wú)熒光防塌劑，具有類(lèi)似于瀝青的封堵防塌、降濾失性能；聚醚型多元醇防塌劑SYP-1、多羥基聚合物防塌劑CXC-1、強(qiáng)力抑制防塌劑QYJ等，均具有良好的封堵、抑制性能，且無(wú)生物毒性、易生物降解，滿(mǎn)足環(huán)保性能要求。

由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)在環(huán)保型鉆井液處理劑與體系方面也取得了較大進(jìn)展，但多數(shù)環(huán)保型鉆井液處理劑普遍存在合成工藝復(fù)雜、成本較高、性能單一等缺點(diǎn)，目前在復(fù)雜高溫地層鉆井過(guò)程中仍然多采用人工合成高分子與磺化類(lèi)處理劑，尚未有效解決鉆井液處理劑環(huán)保性與高溫穩(wěn)定性之間的矛盾。因此，下一步仍需要利用淀粉、纖維素、植物膠等來(lái)源豐富、價(jià)格低廉的天然高分子材料，通過(guò)深度化學(xué)改性工藝，研發(fā)出新型環(huán)保鉆井液處理劑，以替代合成聚合物、瀝青等常用非環(huán)保鉆井液處理劑。

3 鉆井液環(huán)保指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法的研究

隨著環(huán)保鉆井液技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相繼研發(fā)了多種環(huán)保型鉆井液處理劑及配套體系，但尚未建立統(tǒng)一的鉆井液環(huán)保性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系，缺乏對(duì)環(huán)保鉆井液處理劑及配套體系的環(huán)保性能檢測(cè)數(shù)據(jù)支撐。國(guó)外通常將廢棄鉆井液歸類(lèi)為工業(yè)固體廢棄物，按照工業(yè)固廢物標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行貯存、處置和污染物控制；而在我國(guó)并未形成廢棄鉆井液污染控制與處理專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，往往需要參考水污染、固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)。

參考OSPAR、OECD、ISO等國(guó)外組織對(duì)有機(jī)污染物的管理要求，結(jié)合《鉆井廢物管理的規(guī)定》(Alberta Energy and Utilities Board Guidelines 50)、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)等相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)提出了鉆井液環(huán)保性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與推薦評(píng)價(jià)方法，包括生物毒性、生物降解性、重金屬元素(鎘、汞、鉻、鉛、砷)、石油類(lèi)、pH值等5類(lèi)9項(xiàng)指標(biāo)，分別對(duì)廢鉆井液的毒性、殘留有機(jī)物、累積性重金屬、烴類(lèi)含量等進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)價(jià)[26-28]，見(jiàn)表2。

表2 鉆井液環(huán)保性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與推薦評(píng)價(jià)方法

表3 生物毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3為鉆井液生物毒性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，生物毒性(急性毒性)測(cè)試方法以糠蝦試驗(yàn)法和發(fā)光細(xì)菌法為主，其中與糠蝦試驗(yàn)法相比，發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)精度更高，而且檢測(cè)時(shí)間短、成本低，被美國(guó)EPA和API等權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證為鉆井液生物毒性推薦測(cè)試方法。此外，推薦采用BOD5/CODCr的比值評(píng)定鉆井液處理劑的可生物降解性，其中BOD5/CODCr<10%屬于“難生物降解”、10%≤BOD5/CODCr<25%屬于“可生物降解”、BOD5/CODCr≥25%屬于“易生物降解”。

4 高性能環(huán)保水基鉆井液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著高性能環(huán)保鉆井液技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)研發(fā)了一批仿油基鉆井液性能的高性能環(huán)保水基鉆井液體系，并取得了較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，但在抗高溫性能、綜合環(huán)保性能等方面仍需要進(jìn)一步深入研究完善。高性能環(huán)保水基鉆井液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)概括如下：

1)深入研究提高天然高分子材料抗高溫性的作用機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上，借鑒先進(jìn)的化學(xué)、生物和納米技術(shù)，利用來(lái)源豐富、價(jià)格低廉的天然原料，如淀粉、纖維素、木質(zhì)素、栲膠和植物膠等，進(jìn)行復(fù)合或深度改性，有針對(duì)性地研發(fā)低成本高效環(huán)保型水基鉆井液處理劑，為構(gòu)建高性能環(huán)保水基鉆井液體系提供物質(zhì)保障。

2)選用鉆井液配伍性、抗溫穩(wěn)定性、儲(chǔ)層保護(hù)、環(huán)境友好等性能指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)新型鉆井液處理劑與環(huán)保鉆井液體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，最終形成環(huán)保型水基鉆井液關(guān)鍵處理劑系列，構(gòu)建仿油基鉆井液性能的高性能環(huán)保水基鉆井液體系，以獲得最佳的綜合效益。

3)盡快從生物毒性、生物降解性、重金屬元素含量等方面規(guī)范建立鉆井液環(huán)保性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，提高鉆井液處理劑與體系環(huán)保性能評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。