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(qiáng)，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(wèn)題也同樣困擾著水基鉆井液。隨著人們對(duì)環(huán)境越來(lái)越多的關(guān)注，越來(lái)越多的法律法規(guī)與環(huán)保政策對(duì)鉆井液本身與應(yīng)用提出了更加嚴(yán)格的要求。因此，研究應(yīng)用既環(huán)保又實(shí)用的環(huán)保型水基鉆井液具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

目前國(guó)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(shí)驗(yàn)室研究的鉆井液體系較多，廣泛應(yīng)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(xiǎn)廢物，不抑制農(nóng)作物與植物生長(zhǎng)和發(fā)育，對(duì)人、畜無(wú)毒，污染物容易在環(huán)境中降解，生態(tài)影響小。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)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(yīng)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(guò)程中廢液廢渣的化學(xué)和生物毒性。最終使得排放廢棄物能夠滿足國(guó)家農(nóng)用污泥中污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-84）和污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996），實(shí)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(rùn)滑劑等組成。為使鉆井液環(huán)保低毒甚至無(wú)毒無(wú)害，我們選擇每種處理劑中適用范圍廣且環(huán)保的化學(xué)品放入鉆井液配方中作為主劑使用。針對(duì)大慶油田地層性質(zhì)、儲(chǔ)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(rùn)滑劑，超細(xì)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(yīng)復(fù)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(jiàn)表1。

聚乙二醇JY-2還具有很強(qiáng)的抑制性可以阻止泥頁(yè)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(shí)生物毒性極低，易生物降解，對(duì)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(qiáng)，同時(shí)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(yīng)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(shí)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(tuán)，胺基官能團(tuán)能夠吸附于粘土層間，有效抑制頁(yè)巖膨脹。

表1 聚合醇鉆井液體系主要處理劑生物毒性對(duì)比

潤(rùn)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(rùn)滑性能的同時(shí)具有低熒光、無(wú)毒環(huán)保且容易降解的特性，同時(shí)對(duì)鉆井液流變性影響小且不起泡的特點(diǎn)，因此它被作為本鉆井液體系的潤(rùn)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(yīng)用。同時(shí)其典型的流變特性與高粘切性以及無(wú)毒環(huán)保特性完全可以應(yīng)用于環(huán)保鉆井液體系。

暫堵劑超細(xì)碳酸鈣CaCO3作為一種無(wú)機(jī)類型鉆井液處理劑具有無(wú)毒環(huán)保、對(duì)體系影響小以及對(duì)儲(chǔ)層破壞小的優(yōu)點(diǎn)[9]。

通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，最終確定鉆井液配方為：5%膨潤(rùn)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(píng)價(jià)

通過(guò)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(chǎng)鉆井液為例進(jìn)行鉆井液各項(xiàng)性能檢測(cè)。

1.2.1 常規(guī)性能評(píng)價(jià)

按研發(fā)配方，現(xiàn)場(chǎng)配制鉆井液，評(píng)價(jià)其常規(guī)性能，檢測(cè)測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2[9-10]。由表2可以證實(shí)鉆井液常規(guī)性能均能滿足鉆井設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

1.2.2 環(huán)保性能評(píng)價(jià)

表2 ZP20井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能表

取現(xiàn)場(chǎng)ZP20井鉆井液，評(píng)價(jià)其環(huán)保性能。由表3可得出，生物毒性EC50檢驗(yàn)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(jí)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)生物毒性要求。鉆井液中鉻與石油類超標(biāo)，原因?yàn)榇髴c油田部分地層復(fù)雜（青山口組地層）相對(duì)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(shí)地層巖屑礦物質(zhì)分散入鉆井液也會(huì)提高鉻含量。而鉆進(jìn)具有油氣顯示的儲(chǔ)層時(shí)油氣會(huì)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(chǎng)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(wú)害化處理后才能排放。針對(duì)規(guī)定，需在鉆井施工過(guò)程中對(duì)廢棄鉆井液排放量與回收方式進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行無(wú)害化處理，使得廢棄物浸出液能夠達(dá)到規(guī)定指標(biāo)。

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(jìn)行集中處理。例如，工廠化平臺(tái)井可以在老漿改造的基礎(chǔ)上配制新漿開(kāi)鉆，從而有效控制鉆井液用量。二是在技術(shù)措施方面強(qiáng)化過(guò)程控制，合理使用鉆井液固控設(shè)備提高鉆井液的穩(wěn)定性，同時(shí)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(dá)到減少鉆井液用量的目標(biāo)。

2.2 廢棄鉆井液排放量控制

表3 ZP20井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液環(huán)保性能檢測(cè)結(jié)果

為降低廢棄鉆井液排放量，應(yīng)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(jìn)行?？刹扇〈胧阂皇且詭r屑收集罐代替鉆井液排污坑，放置于各個(gè)固控設(shè)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(yùn)至后方無(wú)害化處理站集中處理。巖屑收集罐的使用實(shí)現(xiàn)了鉆井現(xiàn)場(chǎng)巖屑不落地，避免了鉆井液對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的污染。二是合理利用固控設(shè)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(wú)害化處理

廢棄鉆井液經(jīng)固化劑無(wú)害化處理后，排放物各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到《黑龍江省廢棄鉆井液處理規(guī)范》中要求。這個(gè)過(guò)程實(shí)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(duì)井場(chǎng)土壤污染的問(wèn)題，整個(gè)施工過(guò)程達(dá)到了節(jié)能減排的目的。其中廢棄鉆井液無(wú)害化處理后浸出液各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 廢棄鉆井液無(wú)害化處理后浸出液各項(xiàng)指標(biāo)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

新型環(huán)保水基鉆井液體系自推廣應(yīng)用以來(lái)，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(jì)施工30口井，平均井深3000m，平均施工進(jìn)尺2218m，單井減少鉆井液用量20%，平均單井直接減少?gòu)U棄鉆井液排放量120m3，同時(shí)由于實(shí)施巖屑不落地，平均單井保護(hù)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(fèi)4.8萬(wàn)，與油基鉆井液平均單井70萬(wàn)處理費(fèi)相比，廢棄鉆井液處理費(fèi)降低達(dá)93%。廢棄鉆井液經(jīng)無(wú)害化處理后，廢棄物體積減少70%同時(shí)固化物浸出液達(dá)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(yīng)用，替代油基鉆井液施工，節(jié)約了大量的成品油的同時(shí)有效降低了含油廢棄物排放量，避免了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地表土壤的破壞，減少了向土壤中排放廢棄物，有效保護(hù)環(huán)境的同時(shí)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，初步實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保鉆井。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)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(biāo)基本滿足環(huán)保要求，技術(shù)指標(biāo)能替代油基鉆井液，夠滿足水平井、定向井施工。

（2）現(xiàn)場(chǎng)采用巖屑不落地、液固分類收集以及集中無(wú)害化處理相結(jié)合的方式進(jìn)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(xiàng)指標(biāo)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(chǎng)應(yīng)用表明可有效降低鉆井液排放量，保護(hù)了環(huán)境，與油基鉆井液相比，環(huán)保處理費(fèi)用降低90%以上，實(shí)現(xiàn)了高效綠色環(huán)保鉆井，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。