新型環(huán)保水基鉆井液應用實踐

秦 巖

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163314)

油基鉆井液性能優(yōu)良，抑制性強，但易污染環(huán)境，廢棄物處理難度大，現(xiàn)已逐漸被水基鉆井液所取代，然而環(huán)境污染問題也同樣困擾著水基鉆井液。隨著人們對環(huán)境越來越多的關(guān)注，越來越多的法律法規(guī)與環(huán)保政策對鉆井液本身與應用提出了更加嚴格的要求。因此，研究應用既環(huán)保又實用的環(huán)保型水基鉆井液具有非常重要的現(xiàn)實意義[1]。

目前國內(nèi)環(huán)保型水基鉆井液技術(shù)發(fā)展比較緩慢，局限在實驗室研究的鉆井液體系較多，廣泛應用于鉆井生產(chǎn)的鉆井液體系較少。環(huán)保型鉆井液的基本要求：不產(chǎn)生危險廢物，不抑制農(nóng)作物與植物生長和發(fā)育，對人、畜無毒，污染物容易在環(huán)境中降解，生態(tài)影響小。結(jié)合實際應用，應該選擇安全環(huán)保與生物毒性低，易生物降解且能夠滿足施工要求的鉆井液處理劑[2]。

1 環(huán)保型水基鉆井液體系研發(fā)

環(huán)保泥漿體系的技術(shù)關(guān)鍵就是控制鉆井液材料的使用，以綠色環(huán)保為主，應選熒光低、毒性很小、污染很小且容易生物降解的鉆井液處理劑。綠色環(huán)保的鉆井液處理劑可以有效降低施工過程中廢液廢渣的化學和生物毒性。最終使得排放廢棄物能夠滿足國家農(nóng)用污泥中污染控制標準（GB4284-84）和污水綜合排放標準（GB8978-1996），實現(xiàn)鉆井液污染物的源頭控制[3-5]。

1.1 處理劑優(yōu)選

本文中鉆井液體系所使用鉆井液處理劑主要由降濾失劑、抑制劑、封堵劑、提切劑以及潤滑劑等組成。為使鉆井液環(huán)保低毒甚至無毒無害，我們選擇每種處理劑中適用范圍廣且環(huán)保的化學品放入鉆井液配方中作為主劑使用。針對大慶油田地層性質(zhì)、儲層性質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)有鉆井液體系與添加劑，選用聚合醇鉆井液體系，以胺基聚醇與銨鹽作為抑制劑，聚合鋁為防塌降濾失劑，脂肪酸甲酯作為潤滑劑，超細碳酸鈣作為暫堵劑，生物黃原膠作為流行調(diào)節(jié)劑[6-8]。該鉆井液體系能夠適應復雜區(qū)塊鉆井液低毒易分解的的要求，其中各處理劑生物毒性見表1。

聚乙二醇JY-2還具有很強的抑制性可以阻止泥頁巖水化膨脹分散，優(yōu)異的封堵性能封堵巖石孔隙，有效穩(wěn)定井壁。除此之外，聚乙二醇本身不含有重金屬類，同時生物毒性極低，易生物降解，對環(huán)境影響小，其單劑完全滿足環(huán)保要求。

防塌降濾失劑聚合鋁降濾失劑具有低熒光封堵強，同時可抑制粘土水化膨脹，并且可與泥餅一起封堵地層的優(yōu)良特性。

銨鹽由聚丙烯腈（腈綸）在高溫高壓下水解而成，它是一種應用較廣的鉆井液處理劑，由于可以提供NH4+因此可以抑制粘土水化分散作用，同時具有防塌降粘作用。

抑制劑胺基聚醇AP-1分子結(jié)構(gòu)中含有胺基官能團，胺基官能團能夠吸附于粘土層間，有效抑制頁巖膨脹。

表1 聚合醇鉆井液體系主要處理劑生物毒性對比

潤滑劑脂肪酸甲酯FAME作為一種經(jīng)植物油脂加工而成的產(chǎn)品，具有優(yōu)良潤滑性能的同時具有低熒光、無毒環(huán)保且容易降解的特性，同時對鉆井液流變性影響小且不起泡的特點，因此它被作為本鉆井液體系的潤滑劑材料。

流型調(diào)節(jié)劑生物聚合物XC是一種微生物多糖，具有良好的耐溫、耐酸堿與水溶性，其作為優(yōu)良的天然食品添加劑已廣泛應用。同時其典型的流變特性與高粘切性以及無毒環(huán)保特性完全可以應用于環(huán)保鉆井液體系。

暫堵劑超細碳酸鈣CaCO3作為一種無機類型鉆井液處理劑具有無毒環(huán)保、對體系影響小以及對儲層破壞小的優(yōu)點[9]。

通過大量室內(nèi)實驗，最終確定鉆井液配方為：5%膨潤土漿＋0.6%NaOH＋4.0%JY-2（聚乙二醇）＋4.0%JS-2（聚合鋁降濾失劑）＋1%NH4-HPAN(銨鹽)+1.0%AP-1（胺基聚醇）＋4.0%FAME（環(huán)保油）＋0.5%XC（生物聚合物）＋2.0%CaCO3（碳酸鈣）＋重晶石粉。

1.2 新型環(huán)保水基鉆井液體系性能評價

通過在源頭采用環(huán)保低毒處理劑，有效降低了鉆井液體系的生物毒性，以ZP20井現(xiàn)場鉆井液為例進行鉆井液各項性能檢測。

1.2.1 常規(guī)性能評價

按研發(fā)配方，現(xiàn)場配制鉆井液，評價其常規(guī)性能，檢測測定值與標準值見表2[9-10]。由表2可以證實鉆井液常規(guī)性能均能滿足鉆井設計與現(xiàn)場施工要求。

1.2.2 環(huán)保性能評價

表2 ZP20井現(xiàn)場鉆井液性能表

取現(xiàn)場ZP20井鉆井液，評價其環(huán)保性能。由表3可得出，生物毒性EC50檢驗結(jié)果大于30000mg/L鉆井液符合GB/T 18420.1-2001水基泥漿海區(qū)等級一級標準生物毒性要求。鉆井液中鉻與石油類超標，原因為大慶油田部分地層復雜（青山口組地層）相對不穩(wěn)定，鉆井液需要加重，鉆井液體系引入重晶石粉（BaSO4）同時地層巖屑礦物質(zhì)分散入鉆井液也會提高鉻含量。而鉆進具有油氣顯示的儲層時油氣會少量分散混入鉆井液造成鉆井液石油類含量增加。

2 鉆井液現(xiàn)場施工管理

依據(jù)《黑龍江省廢棄鉆井液處理規(guī)范》規(guī)定，上述廢棄鉆井液需無害化處理后才能排放。針對規(guī)定，需在鉆井施工過程中對廢棄鉆井液排放量與回收方式進行控制，同時對廢棄鉆井液進行無害化處理，使得廢棄物浸出液能夠達到規(guī)定指標。

2.1 鉆井液總量控制

控制鉆井液總量，可采取的措施如下：一是將廢棄鉆井液循環(huán)回收利用之后再進行集中處理。例如，工廠化平臺井可以在老漿改造的基礎上配制新漿開鉆，從而有效控制鉆井液用量。二是在技術(shù)措施方面強化過程控制，合理使用鉆井液固控設備提高鉆井液的穩(wěn)定性，同時控制循環(huán)罐鉆井液循環(huán)量在中低位，建立完善的鉆井液處理劑與鉆井液用量記錄，做到處理劑與鉆井液用量的可控性最終達到減少鉆井液用量的目標。

2.2 廢棄鉆井液排放量控制

表3 ZP20井現(xiàn)場鉆井液環(huán)保性能檢測結(jié)果

為降低廢棄鉆井液排放量，應采用巖屑不落地、液固分類收集與集中處理相結(jié)合的方式進行。可采取措施：一是以巖屑收集罐代替鉆井液排污坑，放置于各個固控設備巖屑出口收集沉淀分離巖屑與鉆井液，巖屑收集罐內(nèi)上層鉆井液經(jīng)螺桿泵抽回至泥漿罐內(nèi)調(diào)整性能繼續(xù)使用；巖屑收集罐內(nèi)沉淀巖屑經(jīng)卡車轉(zhuǎn)運至后方無害化處理站集中處理。巖屑收集罐的使用實現(xiàn)了鉆井現(xiàn)場巖屑不落地，避免了鉆井液對現(xiàn)場環(huán)境的污染。二是合理利用固控設備，控制鉆井液性能，防止鉆井液跑冒滴漏。

2.3 廢棄鉆井液無害化處理

廢棄鉆井液經(jīng)固化劑無害化處理后，排放物各項指標均能達到《黑龍江省廢棄鉆井液處理規(guī)范》中要求。這個過程實現(xiàn)了巖屑與鉆井液的不落地管理，解決了鉆井液排污坑對井場土壤污染的問題，整個施工過程達到了節(jié)能減排的目的。其中廢棄鉆井液無害化處理后浸出液各項指標見表4。

表4 廢棄鉆井液無害化處理后浸出液各項指標

3 現(xiàn)場應用

新型環(huán)保水基鉆井液體系自推廣應用以來，此環(huán)保鉆井液體系在大慶油田水平井、定向井等井型累計施工30口井，平均井深3000m，平均施工進尺2218m，單井減少鉆井液用量20%，平均單井直接減少廢棄鉆井液排放量120m3，同時由于實施巖屑不落地，平均單井保護地表面積400m2，減少土方挖掘800m3，取得了較好的施工效果。

新型環(huán)保水基鉆井液平均單井廢棄鉆井液處理費4.8萬，與油基鉆井液平均單井70萬處理費相比，廢棄鉆井液處理費降低達93%。廢棄鉆井液經(jīng)無害化處理后，廢棄物體積減少70%同時固化物浸出液達到《黑龍江省廢棄鉆井液處理規(guī)范》要求。

新型環(huán)保水基鉆井液的應用，替代油基鉆井液施工，節(jié)約了大量的成品油的同時有效降低了含油廢棄物排放量，避免了對現(xiàn)場地表土壤的破壞，減少了向土壤中排放廢棄物，有效保護環(huán)境的同時帶來了良好的經(jīng)濟效益，初步實現(xiàn)了綠色環(huán)保鉆井。

4 結(jié)論

（1）通過優(yōu)選環(huán)保處理劑研發(fā)了環(huán)保型水基鉆井液體系，其生物毒性及環(huán)保指標基本滿足環(huán)保要求，技術(shù)指標能替代油基鉆井液，夠滿足水平井、定向井施工。

（2）現(xiàn)場采用巖屑不落地、液固分類收集以及集中無害化處理相結(jié)合的方式進行廢棄鉆井液處理，棄鉆井液體積減少70%，固化物浸出液各項指標均能滿足《黑龍江省廢棄鉆井液處理規(guī)范》要求。

（3）新型環(huán)保水基鉆井液現(xiàn)場應用表明可有效降低鉆井液排放量，保護了環(huán)境，與油基鉆井液相比，環(huán)保處理費用降低90%以上，實現(xiàn)了高效綠色環(huán)保鉆井，具有較好的經(jīng)濟效益及社會效益。