嚴(yán)凱齡　胡佳佳（中國石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

探究鉆井液對(duì)環(huán)境污染的影響

嚴(yán)凱齡胡佳佳（中國石油大學(xué)（北京）， 北京 102249）

本文數(shù)值模擬了鉆井液頂替過程，揭示了如何盡可能提高鉆井液頂替效率，減少鉆井液殘留，最大程度的降低對(duì)周圍環(huán)境的影響，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鉆井液各項(xiàng)參數(shù)對(duì)頂替界面有重要影響，優(yōu)化鉆井液參數(shù)可以減少對(duì)環(huán)境污染的影響。

固井；頂替效率；鉆井液；環(huán)境污染

0 引言

眾所周知，在石油的開采過程中，很容易造成對(duì)周邊環(huán)境的污染，每年在國內(nèi)因?yàn)槭烷_采而造成污染的土壤面積相當(dāng)龐大。石油是復(fù)雜的有機(jī)混合物，含有大量的“三致”物質(zhì)，即致突變、致癌、致畸形。近年來，隨著油田開采程度的不斷深入，對(duì)鉆井液功能要求越來越高，其中化學(xué)添加劑的種類和數(shù)量大幅度增加，鉆井液的成分越來越復(fù)雜。因此，探究鉆井液對(duì)環(huán)境污染的影響，對(duì)保護(hù)油田生態(tài)環(huán)境有重要的指導(dǎo)作用。本文數(shù)值模擬了固井頂替過程，揭示了如何提高頂替鉆井液的效率，盡可能的減少鉆井液殘留，減少鉆井液對(duì)環(huán)境污染的影響。

1 數(shù)值模擬

基于應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上開展數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，鉆井液頂替過程為正密度差條件下之間的液液兩相流動(dòng)，在多種因素耦合影響下，表現(xiàn)出特有的頂替界面特征?；谒骄纹沫h(huán)空兩相流體力學(xué)數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑧?yīng)用商業(yè)CFD軟件Fluent模擬水泥漿對(duì)隔離液的頂替過程。在水泥漿的流性指數(shù)、稠度系數(shù)及鉆井液塑性粘度已知的情況下，模擬鉆井液動(dòng)切力對(duì)頂替過程的影響，具體參數(shù)值如表1。

表1 模擬鉆井液動(dòng)切力對(duì)頂替過程影響

基于數(shù)值模擬結(jié)果，繪制出頂替界面隨頂替時(shí)間的變化特征，圖1為密度差0.6g/cm3條件下，不同偏心度頂替界面隨頂替時(shí)間變化的發(fā)展過程，其中紅色代表水泥漿，藍(lán)色代表鉆井液。由圖可知，頂替界面存在水泥漿與鉆井液的過渡區(qū)。文中定義水泥漿體積分?jǐn)?shù)80%的位置為頂替后緣，水泥漿體積分?jǐn)?shù)20%的位置為頂替前緣，界面長(zhǎng)度為頂替前緣位置減頂替后緣位置。

2 結(jié)果分析

觀察圖1兩相頂替界面特征，低動(dòng)切力條件下，高邊的水泥漿流動(dòng)滯留，高邊上部分層明顯，低邊的水泥漿流動(dòng)不斷超前，形成低邊指進(jìn)的分層流動(dòng)特征，頂替界面長(zhǎng)度隨著頂替時(shí)間的增加不斷增長(zhǎng)；高動(dòng)切力條件下，環(huán)空上部寬邊水泥漿流動(dòng)不斷超前，形成寬邊指進(jìn)的分層流動(dòng)特征，頂替界面長(zhǎng)度隨著頂替時(shí)間的增加不斷增長(zhǎng)；窄邊略有指進(jìn)，兩相頂替界面發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)，頂替界面長(zhǎng)度隨著頂替時(shí)間的增加增幅較小。鉆井液參數(shù)對(duì)頂替效率的影響非常明顯，上圖所示，頂替界面隨著動(dòng)切力的變化而發(fā)生變化。當(dāng)然，頂替效率也會(huì)發(fā)生變化，從而直接影響著環(huán)境問題。

圖1 頂替界面變化圖

3 認(rèn)識(shí)和建議

（1）鉆井液參數(shù)直接影響固井頂替效率，而頂替效率直接反應(yīng)了鉆井液的殘留情況，與環(huán)境污染問題息息相關(guān)。

（2）鉆井液殘留對(duì)環(huán)境污染程度的大小一定程度上取決于鉆井液相關(guān)參數(shù)值，優(yōu)化鉆井液參數(shù)值對(duì)減少環(huán)境污染有一定的作用。

（3）鉆井液體系的研究仍然是石油行業(yè)需要不斷探索和解決的一個(gè)難題，鉆井性能和環(huán)保性能優(yōu)良是鉆井液優(yōu)選的必備重要條件。