環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系研究及應(yīng)用

張 鵬,孫毅平,丁建朋,李保平,李 霄,黑 亮

(1.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)慶油田公司 第七采油廠,陜西 西安 710000;2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司 第四鉆井分公司,河北 任丘 062552;3.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司 第二鉆井分公司,河北 廊坊 065007)

引 言

油基鉆井液在20世紀(jì)初就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于油氣田的鉆井過(guò)程中,從最開(kāi)始的原油鉆井液逐漸發(fā)展到全油基鉆井液以及油包水鉆井液等。油基鉆井液通常具有較強(qiáng)的抑制性能、潤(rùn)滑性能、耐溫性能、抗污染性能以及良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果,但同時(shí)也存在使用成本高、鉆屑處理困難以及容易污染環(huán)境等缺點(diǎn),并且由于柴油或白油的閃點(diǎn)較低,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[1-6]。

生物柴油是以各種植物油、地溝油以及廢棄的動(dòng)物油等為原料通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)制備而成的,其主要成分為脂肪酸酯類(lèi)物質(zhì),屬于一種典型的綠色生物燃料。生物柴油與白油和柴油相比,通常具有閃點(diǎn)高、安全性好、硫含量低、不含芳香烴、熒光低、可降解性強(qiáng)、潤(rùn)滑性能好以及原材料來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn),非常適合應(yīng)用于油基鉆井液中[7-10]。生物柴油基鉆井液體系在國(guó)內(nèi)的研究及報(bào)道相對(duì)較少[11-16],孫明波等[17]以生物柴油為基液,分別研制了全生物柴油基鉆井液體系和生物柴油油包水基鉆井液體系,全生物柴油基鉆井液體系具有配制簡(jiǎn)單、流變性穩(wěn)定、耐高溫性能好以及抗污染能力強(qiáng)的特點(diǎn),而生物柴油油包水基鉆井液體系在高溫、高密度條件下性能也比較穩(wěn)定,并且具有較低的生物毒性,在渤頁(yè)平1-2井三口井段進(jìn)行了應(yīng)用,取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。羅緒武等[18]針對(duì)常用的乳化劑等處理劑與生物柴油基鉆井液的配伍性較差等問(wèn)題,通過(guò)乳化劑的優(yōu)選、提切劑以及降濾失劑的研制與優(yōu)選實(shí)驗(yàn),研究出一種性能優(yōu)良的生物柴油基油包水鉆井液體系,該鉆井液體系具有良好的抗淡水污染能力、抗氧化鈣能力以及生物降解性能,并成功在新疆油田瑪湖區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,縮短了鉆井周期,降低了鉆井成本。筆者以生物柴油為基礎(chǔ)油相,通過(guò)研制或優(yōu)選主乳化劑、輔乳化劑、改性有機(jī)土以及環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑等處理劑,研制了一種環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系,室內(nèi)對(duì)其綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),并成功在準(zhǔn)葛爾盆地某致密砂巖區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系構(gòu)建

1.1 基礎(chǔ)油

作為環(huán)保型油基鉆井液的基液,基礎(chǔ)油相的選擇既要考慮其環(huán)保性能,又要考慮安全快速鉆井的需要,因此,室內(nèi)對(duì)不同市售生物柴油的基本性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),并與5#白油和0#柴油進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同基礎(chǔ)油相的性能對(duì)比Tab.1 Performance comparison of different base oil phases

由表1可以看出,與5#白油和0#柴油相比,生物柴油具有更高的閃點(diǎn)、更低的凝點(diǎn)及更低的硫含量、芳烴含量、極壓潤(rùn)滑系數(shù),這說(shuō)明生物柴油在使用過(guò)程中不易燃,具有較好的安全性能、流動(dòng)性能、環(huán)保性能以及潤(rùn)滑性能,能夠滿(mǎn)足環(huán)保、安全、快速、高效鉆井的需求。此外,3種市售生物柴油中2#生物柴油的各項(xiàng)性能相對(duì)更好,因此,選擇2#生物柴油作為環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的基礎(chǔ)油。

1.2 主乳化劑

作為油基鉆井液體系的核心處理劑,乳化劑的性能對(duì)鉆井液體系的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。目前常用的乳化劑主要是針對(duì)柴油或者白油基鉆井液體系研制的,與生物柴油的配伍性相對(duì)較差,因此,需要對(duì)適合生物柴油基鉆井液體系的乳化劑進(jìn)行優(yōu)選或合成。

通過(guò)資料調(diào)研分析,并結(jié)合大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn),筆者以長(zhǎng)鏈脂肪酸、二甲基丙二胺、環(huán)氧氯丙烷以及十二胺等為原料,通過(guò)分步合成法制備了一種新型季銨鹽型雙子表面活性劑,并與其他有機(jī)助劑相混合研制了一種新型乳化劑EMUL-ZR。其中新型季銨鹽型雙子表面活性劑的合成步驟為:①將長(zhǎng)鏈脂肪酸和二甲基丙二胺按照一定的比例混合加入到三口燒瓶中,加入KOH作為催化劑,再加入一定量的甲苯,混合攪拌均勻后,升高溫度至80 ℃左右,回流反應(yīng)12 h,然后減壓蒸餾除去多余的水和甲苯,再用碳酸鈉溶液洗滌幾次,取上層溶液再次減壓蒸餾除水,干燥后即可得到中間產(chǎn)物X;②將一定量的十二胺加入到三口燒瓶中,加入無(wú)水乙醇攪拌均勻,在攪拌狀態(tài)下繼續(xù)滴加環(huán)氧氯丙烷,反應(yīng)10 h左右后通過(guò)減壓蒸餾除去多余的溶劑和未反應(yīng)的單體,即得到中間產(chǎn)物Y;③將上述中間產(chǎn)物X和Y按照一定的比例混合加入到三口燒瓶中,加入無(wú)水乙醇,攪拌混合均勻,升高溫度至90 ℃左右,回流反應(yīng)20 h,然后減壓蒸餾除去多余的乙醇,將反應(yīng)產(chǎn)物使用乙酸乙酯和無(wú)水乙醇混合液洗滌幾次,即可得到最終產(chǎn)物新型季銨鹽型雙子表面活性劑。

圖1為新型季銨鹽型雙子表面活性劑的紅外光譜圖分析結(jié)果?？梢钥闯?3 315 cm-1和1 735 cm-1處是羧酸基團(tuán)中O—H和C=O鍵的伸縮振動(dòng)峰,3 006 cm-1和1 645 cm-1處是酰胺基團(tuán)中N—H和C=O鍵的伸縮振動(dòng)峰,2 925 cm-1和2 858 cm-1處是甲基和亞甲基中C—H鍵的伸縮振動(dòng)峰,1 464 cm-1和965 cm-1處分別是酰亞胺基團(tuán)中N—H鍵和羧酸中O—H鍵的面內(nèi)剪式振動(dòng)峰,1 375 cm-1處是甲基和亞甲基中C—H鍵的彎曲振動(dòng)峰,1 120 cm-1處是C—OH鍵的伸縮振動(dòng)峰,715 cm-1處是長(zhǎng)鏈亞甲基的平面搖擺振動(dòng)峰,602 cm-1處是NH2—的面外搖擺振動(dòng)峰。圖1所示的紅外光譜圖中均可以找到代表合成產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)的特殊官能團(tuán)的吸收峰,表明產(chǎn)物合成成功。

圖1 新型季銨鹽型雙子表面活性劑紅外光譜Fig.1 Infrared spectrum of new quaternary ammoniumgemini surfactant

室內(nèi)以乳狀液的破乳電壓為考察指標(biāo),對(duì)比評(píng)價(jià)了主乳化劑EMUL-ZR與其他常用乳化劑的性能,實(shí)驗(yàn)用油相為2#生物柴油,水相為20%CaCl2,油水體積比為8∶2,實(shí)驗(yàn)溫度為80 ℃。具體實(shí)驗(yàn)方法為:在2#生物柴油中加入不同的乳化劑,攪拌5 min后按比例加入20%CaCl2,繼續(xù)攪拌20 min即形成油包水乳狀液,然后將其加熱至80 ℃測(cè)定破乳電壓值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同類(lèi)型主乳化劑加量對(duì)破乳電壓的影響Fig.2 Effect of mass fraction of different types of main emulsifiers on demulsification voltage

由圖2可以看出,新型乳化劑EMUL-ZR對(duì)生物柴油基油包水乳狀液的乳化性能明顯優(yōu)于其他3種乳化劑,當(dāng)其加量為2.5%時(shí),乳狀液的破乳電壓就可以達(dá)到850 V以上。這是由于新型乳化劑EMUL-ZR主要由陽(yáng)離子型雙子表面活性劑組成,含有較多的吸附基團(tuán),具有較高的表面活性,同時(shí)乳化劑EMUL-ZR分子中極性基團(tuán)的排列較為緊密,且親水基團(tuán)位于分子結(jié)構(gòu)的中部,使其具有良好的分散性和潤(rùn)濕性能,能夠在油水接觸界面上形成一層穩(wěn)定的乳化膜,增強(qiáng)乳狀液的穩(wěn)定性。因此,選擇EMUL-ZR作為環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的主乳化劑,推薦其最佳加量為2.5%。

1.3 輔乳化劑

在以上研制的新型乳化劑EMUL-ZR基礎(chǔ)上,同樣以乳狀液的破乳電壓為考察指標(biāo),開(kāi)展了輔乳化劑的優(yōu)選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法同1.2,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同類(lèi)型輔乳化劑加量對(duì)破乳電壓的影響Fig.3 Effect of mass fraction of different types of auxiliary emulsifiers on demulsification voltage

由圖3可以看出,在相同的主乳化劑條件下,輔乳化劑EMUL-FR與主乳化劑EMUL-ZR的組合破乳電壓值最高,當(dāng)EMUL-FR的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí),乳狀液的破乳電壓值可以達(dá)到1 206 V。這是由于輔乳化劑EMUL-FR的主要成分為脂肪酸酰胺類(lèi)衍生物,屬于非離子表面活性劑,其與主乳化劑EMUL-ZR(陽(yáng)離子型雙子表面活性劑)相復(fù)配時(shí)可以產(chǎn)生良好的協(xié)同效應(yīng),能夠有效增強(qiáng)乳化膜的強(qiáng)度,從而提高乳狀液的穩(wěn)定性,使其具有較高的破乳電壓值。因此,選擇EMUL-FR作為環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的輔乳化劑,推薦其最佳加量為3.0%。

1.4 改性有機(jī)土

室內(nèi)采用陽(yáng)離子型表面活性劑對(duì)鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行活化改性,將陽(yáng)離子型表面活性劑中的親油基團(tuán)與鈉基膨潤(rùn)土晶層間的陽(yáng)離子進(jìn)行交換取代,從而制備出分散性能更好的改性有機(jī)土GEL-Y。以膠體率為考察指標(biāo)評(píng)價(jià)了改性有機(jī)土GEL-Y在生物柴油中的成膠性能,并與其他常用有機(jī)土進(jìn)行了對(duì)比,有機(jī)土加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))均為3%,實(shí)驗(yàn)時(shí)間為90 min,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同類(lèi)型有機(jī)土膠體率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Experimental results of colloidal rate of different types of organic soils

由圖4可以看出,改性有機(jī)土GEL-Y在生物柴油中的膠體率明顯高于其他3種常用的有機(jī)土,當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí),90 min膠體率可以達(dá)到98%,說(shuō)明改性有機(jī)土GEL-Y與生物柴油具有良好的配伍性。這是由于改性有機(jī)土GEL-Y使用的改性劑是陽(yáng)離子型雙子表面活性劑,其與常規(guī)的季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑相比具有更長(zhǎng)的有機(jī)鏈,且其尾鏈長(zhǎng)度與優(yōu)選的2#生物柴油中的有機(jī)鏈長(zhǎng)度相近,使兩者具有更好的相容性,從而使改性有機(jī)土GEL-Y在生物柴油中的分散性能較好,能夠形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高了乳狀液的黏度和切力值,使其不會(huì)由于重力作用等因素而破乳分層,從而可以有效提高乳狀液的穩(wěn)定性。

1.5 環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑

油基鉆井液用降濾失劑大多為瀝青類(lèi)或者改性腐殖酸類(lèi),其中瀝青類(lèi)降濾失劑雖然價(jià)格較低,降濾失效果較好,但其由于含有較多的芳烴類(lèi)物質(zhì),環(huán)保性能較差;而改性腐殖酸類(lèi)降濾失劑雖然具有較好的環(huán)保性能,但其油溶性稍差,并且用量較大,增大了鉆井成本。因此,筆者以丙烯酰胺、順丁烯二酸和脂肪酸乙烯酯為原料,采用反相微乳液法制備了一種環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2。具體合成步驟為:①首先將一定量的順丁烯二酸溶于適量的蒸餾水中,密封保存;②然后將丙烯酰胺、脂肪酸乙烯酯和蒸餾水按一定的比例混合加入到三口燒瓶中,攪拌混合均勻后再將順丁烯二酸溶液加入到其中,并加入一定量的乳化劑,攪拌15 min;③升高溫度至60～80 ℃,在攪拌狀態(tài)下加入過(guò)氧化苯甲酰作為催化劑,反應(yīng)一定時(shí)間后,加入石油醚破乳,取上層油相溶液使用無(wú)水乙醇洗滌幾次,烘干后即得到目標(biāo)產(chǎn)物環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2。

圖5為環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2的紅外光譜圖。從中可以看出,3 354 cm-1和3 195 cm-1處是酰胺基團(tuán)中N—H鍵的不對(duì)稱(chēng)和對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰,2 921cm-1處是甲基中C—H鍵的伸縮振動(dòng)峰,1 721 cm-1和1 640 cm-1處是酰胺基團(tuán)中C=O鍵的伸縮振動(dòng)峰,1 372 cm-1處是甲基和亞甲基中C—H鍵的彎曲振動(dòng)峰,1 110 cm-1處是酯類(lèi)基團(tuán)中C—O—C鍵的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰。圖5所示的紅外光譜圖中均可以找到代表合成產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)的特殊官能團(tuán)的吸收峰,表明產(chǎn)物合成成功。

圖5 環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2紅外光譜圖Fig.5 Infrared spectrum of environmental friendly polymer fluid loss additive LST-2

室內(nèi)以高溫高壓濾失量為考察指標(biāo)評(píng)價(jià)了環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2的降濾失效果,并與其他常用降濾失劑進(jìn)行了對(duì)比?；鶟{配方為:320 mL生物柴油+2.5%主乳化劑EMUL-ZR+3%輔乳化劑EMUL-FR+80 mL 20%CaCl2鹽水+3%改性有機(jī)土GEL-Y+1%CaO+降濾失劑+重晶石加重至1.4 g/cm3,滾動(dòng)老化條件為120 ℃×16 h,高溫高壓濾失量測(cè)試條件為120 ℃×3.5 MPa,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同類(lèi)型降濾失劑對(duì)鉆井液流變性和濾失量的影響Tab.2 Effects of different types of fluid loss additives on rheology and fluid loss of drilling fluid

由表2可以看出,環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2在生物柴油基鉆井液體系中的降濾失效果明顯優(yōu)于其他3種常用的降濾失劑,當(dāng)LST-2的加量達(dá)到4%時(shí),鉆井液體系的高溫高壓濾失量可以降低至5 mL以下,起到了良好的降濾失效果。此外,環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2和改性腐殖酸對(duì)鉆井液的流變性能影響相對(duì)較小,而氧化瀝青和MOTEX的加入能夠明顯提高鉆井液的黏度值,對(duì)流變性的影響稍大。因此,綜合考慮鉆井液體系的流變性和濾失量,選擇LST-2作為環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的降濾失劑,推薦其最佳加量為4%。

1.6 環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系配方

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,最終確定環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的配方為:320 mL生物柴油+2.5%主乳化劑EMUL-ZR+3%輔乳化劑EMUL-FR+80 mL 20%CaCl2鹽水+3%改性有機(jī)土GEL-Y+1%CaO+4%環(huán)保型高分子聚合物降濾失劑LST-2+重晶石加重至1.4 g/cm3。

其中CaO的加入能夠有效緩解鉆井過(guò)程中酸性物質(zhì)對(duì)生物柴油基鉆井液的侵入污染,但由于其屬于堿性物質(zhì),加量過(guò)大時(shí)會(huì)與生物柴油產(chǎn)生“皂化反應(yīng)”,影響鉆井液體系的穩(wěn)定性。本文所優(yōu)選

的生物柴油基鉆井液體系中加入了一定量的CaCl2鹽水,CaCl2會(huì)消耗掉部分CaO,從而避免產(chǎn)生“皂化反應(yīng)”,不會(huì)導(dǎo)致鉆井液流變性能的惡化。

2 環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系性能

室內(nèi)對(duì)研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),主要包括常規(guī)性能(流變性、破乳電壓、濾失量、潤(rùn)滑性能和抑制性能)、抗污染性能和生物毒性,并與目前常用的生物柴油基鉆井液體系進(jìn)行了對(duì)比。常規(guī)生物柴油基鉆井液配方為:320 mL生物柴油+3%有機(jī)土+2.5%SP-80+3%油酸+80 mL 20%CaCl2鹽水+1%CaO+2%油溶性樹(shù)脂+2%有機(jī)褐煤+重晶石加重至1.4 g/cm3。

2.1 常規(guī)性能

將環(huán)保型生物柴油基鉆井液和常規(guī)生物柴油基鉆井液分別在120 ℃條件下滾動(dòng)老化16 h,測(cè)定老化前后的流變性和破乳電壓,并測(cè)定鉆井液體系老化后的高溫高壓濾失量、極壓潤(rùn)滑系數(shù)以及巖屑滾動(dòng)回收率等指標(biāo),高溫高壓濾失量測(cè)試條件均為120 ℃×3.5 MPa,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同生物柴油基鉆井液體系常規(guī)性能對(duì)比Tab.3 Conventional properties of different biodiesel-based drilling fluid systems

由表3可以看出,兩種生物柴油基鉆井液體系老化前后流變性能和破乳電壓均比較穩(wěn)定, 老化后黏度稍有增大,破乳電壓稍微下降,但變化幅度均不大。此外,相比而言,環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的破乳電壓和巖屑滾動(dòng)回收率相對(duì)更高,而高溫高壓濾失量和極壓潤(rùn)滑系數(shù)相對(duì)更低,這說(shuō)明研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的綜合性能優(yōu)于常規(guī)生物柴油基鉆井液體系。

2.2 抗污染性能

分別在環(huán)保型生物柴油基鉆井液和常規(guī)生物柴油基鉆井液中加入15%淡水、15%NaCl、5%CaSO4和15%巖屑粉,考察不同生物柴油基鉆井液體系的抗污染性能。巖屑粉過(guò)120目篩網(wǎng),老化條件均為120 ℃×16 h,高溫高壓濾失量測(cè)試條件均為120 ℃×3.5 MPa,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同生物柴油基鉆井液體系抗污染性能對(duì)比Tab.4 Anti-pollution performance of different biodiesel-based drilling fluid systems

由表4可以看出,在不同生物柴油基鉆井液體系中加入不同類(lèi)型的污染介質(zhì)后,體系的表觀黏度、塑性黏度、切力以及高溫高壓濾失量均有所升高,破乳電壓均有所降低,其中環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的性能相對(duì)較為穩(wěn)定,加入污染介質(zhì)后,體系的黏度和切力的變化幅度較小,破乳電壓雖有所降低,但仍大于800 V,最終濾失量仍均小于10 mL,可見(jiàn)環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系具有良好的抗污染性能。而常規(guī)生物柴油基鉆井液體系的性能變化幅度較大,加入污染介質(zhì)后,黏度和濾失量明顯增大,破乳電壓明顯降低。這說(shuō)明研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系抗污染性能優(yōu)于常規(guī)生物柴油基鉆井液。

2.3 生物毒性

參照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 111—2007《油田化學(xué)劑、鉆井液生物毒性分級(jí)及檢測(cè)方法 發(fā)光細(xì)菌法》評(píng)價(jià)了環(huán)保型生物柴油基鉆井液和常規(guī)生物柴油基鉆井液的生物毒性,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同生物柴油基鉆井液體系生物毒性對(duì)比Tab.5 Biological toxicity of different biodiesel-based drilling fluid systems

由表5可以看出,環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的生物毒性EC50值大于25 000 mg/L,屬于無(wú)毒等級(jí),而常規(guī)生物柴油基鉆井液體系的生物毒性EC50值僅為3.2×103mg/L,屬于微毒等級(jí),說(shuō)明研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系環(huán)保性能優(yōu)于常規(guī)生物柴油基鉆井液,能夠有效降低鉆井過(guò)程中鉆井液對(duì)環(huán)境的污染程度。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系在準(zhǔn)葛爾盆地某致密砂巖區(qū)塊成功應(yīng)用。以Z-11井為例,該井完鉆井深3 854 m,采用三開(kāi)井身結(jié)構(gòu),其中三開(kāi)水平段長(zhǎng)度約850 m。該井三開(kāi)井段存在砂泥巖互層,鉆井過(guò)程中極易發(fā)生井壁坍塌、失穩(wěn)以及其他井下復(fù)雜事故,影響鉆井進(jìn)度,要求鉆井液必須具備良好的抑制性能和潤(rùn)滑性能。因此,在三開(kāi)井段采用環(huán)保型生物柴油基鉆井液鉆進(jìn)。表6為Z-11井三開(kāi)井段現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能參數(shù),可以看出,在不同井深現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系性能穩(wěn)定,黏度、切力、濾失量和破乳電壓值均沒(méi)有出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng),并且該鉆井液體系現(xiàn)場(chǎng)易于維護(hù),根據(jù)需要及時(shí)補(bǔ)充一定量的乳化劑,并注意調(diào)整油水比例,即可使鉆井液性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表6 Z-11井三開(kāi)井段現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能Tab.6 Field performance of drilling fluid for third spud section of well Z-11

表7為Z-11井與同區(qū)塊內(nèi)使用水基鉆井液的鄰井在鉆井過(guò)程中的部分工程參數(shù)對(duì)比結(jié)果,可以看出, 使用環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的Z-11井機(jī)械鉆速明顯高于鄰井Z-5井,摩阻、扭矩、三開(kāi)鉆井周期、復(fù)雜時(shí)間和平均井徑擴(kuò)大率均明顯低于鄰井,說(shuō)明研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系取得了良好的鉆井施工效果,能夠滿(mǎn)足致密砂巖水平井段高效、快速、安全鉆進(jìn)的需要。

表7 Z-11井與同區(qū)塊內(nèi)鄰井部分工程參數(shù)對(duì)比Tab.7 Comparison of some engineering parameters of well Z-11 and adjacent wells in the same block

表8為Z-11井鉆屑的污染特性檢測(cè)結(jié)果,可以看出,使用環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系后返出的鉆屑毒性物質(zhì)含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5085.3—2007 《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》中規(guī)定的最低限值,并且不具有強(qiáng)腐蝕性和易燃特性,這表明該鉆屑不屬于危險(xiǎn)固體廢棄物,可以作為一般工業(yè)固體廢棄物進(jìn)行處理。說(shuō)明研制的環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系易降解、毒性低,具有良好的環(huán)境保護(hù)性能。

表8 Z-11井鉆屑污染特性檢測(cè)結(jié)果Tab.8 Test results of pollution characteristics of drilling cuttings from well Z-11

4 結(jié) 論

(1)以生物柴油為基礎(chǔ)油相,通過(guò)研制或優(yōu)選主乳化劑EMUL-ZR、輔乳化劑EMUL-FR、改性有機(jī)土GEL-Y以及環(huán)保型高分子降濾失劑LST-2等處理劑,研制了一套環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系。

(2)環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系具有比較穩(wěn)定的流變性能和破乳電壓值,體系的濾失量較低,潤(rùn)滑性能和抑制性能優(yōu)良;體系還具有良好的抗淡水、NaCl、CaSO4和巖屑污染的能力;鉆井液體系的生物毒性EC50值大于25 000 mg/L,屬于無(wú)毒等級(jí),環(huán)保性能優(yōu)良;環(huán)保型生物柴油基鉆井液體系的綜合性能優(yōu)于常規(guī)生物柴油基鉆井液。

(3)Z-11井三開(kāi)井段使用環(huán)保型生物柴油基鉆井液,體系綜合性能比較穩(wěn)定,易于維護(hù);機(jī)械鉆速較高,摩阻、扭矩、三開(kāi)鉆井周期、復(fù)雜時(shí)間和平均井徑擴(kuò)大率均明顯低于使用水基鉆井液的鄰井;鉆屑的毒性物質(zhì)含量較低,不具有強(qiáng)腐蝕性和易燃特性,不屬于危險(xiǎn)固體廢棄物。