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        一種環(huán)保型鉆井液封堵劑性能評(píng)價(jià)及應(yīng)用

        2018-10-09 10:07:00邢希金王薦曹硯鋒舒福昌向興金蔣卓王斌
        石油石化綠色低碳 2018年4期
        關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)

        邢希金,,王薦,曹硯鋒,舒福昌,向興金,蔣卓,王斌

        (1.中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京 100028;2.荊州市漢科新技術(shù)研究所,湖北荊州 434000;3.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100028)

        隨著勘探開發(fā)向新區(qū)不斷擴(kuò)展,鉆遇的地層日趨復(fù)雜,井壁不穩(wěn)定問題日益嚴(yán)重。泥頁(yè)巖、破碎性煤層、膏鹽層的縮徑與坍塌,都會(huì)造成井壁不穩(wěn)定,影響鉆井效率和固井質(zhì)量,甚至發(fā)生卡鉆,嚴(yán)重影響勘探開發(fā)進(jìn)程。封堵型防塌劑主要以改性瀝青類、乳化石蠟類、聚合醇類、有機(jī)鋁化合物類和硅酸鹽類為主[1-4]。乳化石蠟類封堵劑軟化點(diǎn)低,有效含量低,低溫下易破乳。聚合醇類封堵劑因濁點(diǎn)效應(yīng)相變產(chǎn)生的粒子太少,無(wú)固相粒子,無(wú)法滿足防塌封堵的需要,主要起到潤(rùn)滑和微孔封堵作用。瀝青類是目前公認(rèn)的較為理想的防塌劑,但對(duì)于新區(qū)塊探井和開發(fā)井鉆探,封堵防塌劑因熒光級(jí)別高經(jīng)常被地質(zhì)部門禁止使用。同時(shí)基于目前油田環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻,鉆井液去磺化和白色化工作也迫在眉睫,因此開發(fā)無(wú)熒光、具有封堵和抑制作用的白色環(huán)保封堵防塌劑具有很好的應(yīng)用前景。針對(duì)熒光和環(huán)保問題,研制了一種環(huán)保易降解仿瀝青無(wú)熒光封堵劑,該封堵劑具有無(wú)熒光、不含有芳烴等有毒物質(zhì),不影響地質(zhì)錄井,具有良好環(huán)保性能。該封堵防塌劑在新疆油田進(jìn)行了10余口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,應(yīng)用井井壁穩(wěn)定,鉆井液色淺、無(wú)毒、無(wú)熒光,具有較好的工程性能和環(huán)保特性,取得了較好的應(yīng)用效果。

        1 環(huán)保型無(wú)熒光鉆井液封堵劑簡(jiǎn)介

        環(huán)保型無(wú)熒光白色化封堵劑HBJ-3是由天然油溶性物質(zhì)經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)化學(xué)接枝引入強(qiáng)親水基團(tuán)的一種改性產(chǎn)品,具備一定的水化作用,當(dāng)吸附在泥頁(yè)巖表面上時(shí),可阻止泥頁(yè)巖黏土礦物的水化分散和膨脹,起到防塌作用。同時(shí)不溶于水的部分又能填充到孔喉和微裂縫中起到封堵作用,并可覆蓋在泥頁(yè)巖界面。該產(chǎn)品在鉆井液中可改善泥餅質(zhì)量,降低鉆井液的高溫高壓濾失量,提高鉆井液的封堵能力。HBJ-3對(duì)鉆井液體系流變性無(wú)影響,同體系中常規(guī)處理劑的配伍性好,可用于不同的水基鉆井液體系。HBJ-3是由天然高分子改性制得,具有無(wú)熒光、無(wú)毒、易降解、白色等環(huán)保特性,具有很好的推廣應(yīng)用前景。

        2 環(huán)保型封堵劑HBJ-3工程性能評(píng)價(jià)

        2.1 熒光評(píng)價(jià)

        熒光評(píng)價(jià)方法:稱取2.5 g(精確至0.000 1 g)脫水原油于250 m/L容量瓶中,用三氯甲烷溶解并稀釋至刻度,即為15級(jí)熒光標(biāo)準(zhǔn)溶液。用50 mL移液管吸取15級(jí)熒光標(biāo)準(zhǔn)溶液50.0 mL于100 mL容量瓶中,用三氯甲烷稀釋至刻度,即為14級(jí)熒光標(biāo)準(zhǔn)溶液,按此方法逐級(jí)稀釋至1級(jí)。在洗凈烘干的50 mL燒杯中加入20 mL氯仿,再加入0.50 g樣品,搖勻后用中速定性濾紙過(guò)濾,得到的清液倒入干凈試管內(nèi),然后在紫外光儀下觀測(cè)熒光并與標(biāo)準(zhǔn)系列對(duì)比確定熒光級(jí)別。

        室內(nèi)按上述評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)了環(huán)保型封堵劑HBJ-3的熒光,通過(guò)熒光紫外分析儀測(cè)定HBJ-3熒光級(jí)別≤1,而一般探井要求鉆井液處理劑熒光<3級(jí),說(shuō)明HBJ-3對(duì)測(cè)井無(wú)影響,可用于探井和評(píng)價(jià)井。

        2.2 油溶性和水溶性評(píng)價(jià)

        評(píng)價(jià)方法:取0.2~0.3 g脫脂棉放入一個(gè)用擦鏡頭紙卷成的紙卷中,在(105±3)℃下烘干2 h備用,稱取0.50 g試樣(精確到0.01 g),放入上述紙卷中包嚴(yán)后稱重,再放入抽提器內(nèi)的樣品杯中,將樣品杯掛在抽提器內(nèi)微型冷凝管下方。向抽提器中注入250~300 mL蒸餾水(做水溶物),或四氯化碳(做油溶物),將抽提器放入電熱套內(nèi)并保持沸騰狀態(tài)3~4 h。取出樣品杯,將樣品在(120±3)℃下烘干24 h,取出后放入干燥器中冷卻30 min后稱重,計(jì)算水溶率和油溶率。

        室內(nèi)按上述評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)了環(huán)保型封堵劑HBJ-3的水溶率和油溶率,其水溶物為42.5%,油溶物為45.8%,剩余物質(zhì)為惰性剛性顆粒。說(shuō)明HBJ-3可以通過(guò)其水溶物和油溶物吸附、充填到井壁泥頁(yè)巖表面和微裂隙中,起到防塌作用。

        2.3 封堵性能評(píng)價(jià)

        室內(nèi)在常規(guī)水基鉆井液中對(duì)比評(píng)價(jià)了HBJ-3和磺化瀝青對(duì)體系流變性和濾失量的影響,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,HBJ-3具有很好的封堵能力。體系中加入3% HBJ-3后,濾失量從18 mL降到10 mL以下,同時(shí)HBJ-3加入后對(duì)體系流變性無(wú)影響,方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和補(bǔ)充。HBJ-3封堵能力與磺化瀝青相當(dāng),在探井或者環(huán)境敏感地區(qū)可替代磺化瀝青使用。

        基漿配方:2%海水土漿+0.3% NaOH+0.3%護(hù)膠劑PAC-LV+0.3%包被劑PLH+0.15%增黏劑XC+1.5%潤(rùn)滑劑LUBE+5% KCl,用重晶石加重至1.2 g/cm3。封堵性能評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

        表1 封堵性能評(píng)價(jià)

        3 環(huán)保型封堵劑HBJ-3環(huán)保性能評(píng)價(jià)

        3.1 生物毒性評(píng)價(jià)

        室內(nèi)考察了HBJ-3的生物毒性,實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法參照中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司標(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,其毒性等級(jí)具體劃分見表2。

        通過(guò)發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定3% HBJ-3水溶液的急性生物毒性EC50值為183 200 mg/L,實(shí)際無(wú)毒,說(shuō)明環(huán)保型封堵劑HBJ-3對(duì)環(huán)境無(wú)影響。

        表2 生物毒性分級(jí)

        3.2 降解性評(píng)價(jià)

        室內(nèi)考察了HBJ-3的生物降解性,在國(guó)內(nèi)外普遍以BOD5/CODcr比值作為鉆井液處理劑生物降解性的評(píng)價(jià)指標(biāo)[5],其中BOD5的測(cè)定參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ 505—2009水質(zhì)五日生化需氧量(BOD5)的測(cè)定稀釋與接種法,CODcr的測(cè)定參照HJ 828—2017水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法。鉆井液及處理劑的生物降解性等級(jí)劃分具體見表3。

        通過(guò)測(cè)定,3% HBJ-3水溶液的BOD5/CODcr比值為32%,易降解,說(shuō)明環(huán)保型封堵劑HBJ-3因其為天然高分子改性,易于被環(huán)境中的微生物降解。

        3.3 石油類含量評(píng)價(jià)

        室內(nèi)考察了HBJ-3的石油類含量,測(cè)試方法和步驟按GB 4914—2008海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值中推薦的紅外分光光度法進(jìn)行,控制指標(biāo)見表4。

        表3 油田化學(xué)劑及鉆井液生物可降解性分級(jí)

        表4 鉆井液處理劑石油類含量測(cè)定

        通過(guò)紅外測(cè)油儀測(cè)定3% HBJ-3水溶液的含油量為0.27%,小于1%的標(biāo)準(zhǔn)要求,說(shuō)明環(huán)保型封堵劑HBJ-3石油類含量低,滿足海洋石油勘探開發(fā)對(duì)石油類含量的要求。

        3.4 重金屬含量評(píng)價(jià)

        根據(jù)GB 4284—1984農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水和污泥的排放關(guān)于重金屬的要求有5類,分別為鎘、汞、鉛、鉻和砷。鉻、鎘和鉛按照HJ 776—2015水質(zhì)32種元素的測(cè)定中電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行測(cè)定,汞和砷按照HJ 694—2014水質(zhì)汞、砷、硒、鉍、銻的測(cè)定中原子熒光法進(jìn)行測(cè)定。重金屬含量評(píng)價(jià)指標(biāo)見表5,測(cè)試結(jié)果見表6。對(duì)比表5、6可知,封堵劑HBJ-3重金屬含量遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)排放極限。

        表5 重金屬含量評(píng)價(jià)指標(biāo)

        4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)苛,油田對(duì)鉆井液的環(huán)保要求日益增高,需要去除磺化材料逐漸使用環(huán)保鉆井液,來(lái)減少對(duì)環(huán)境的污染。結(jié)合新疆油田地層特點(diǎn),以無(wú)毒、可生物降解的環(huán)保型封堵劑HBJ-3對(duì)鉆井液的環(huán)保性能進(jìn)行優(yōu)化,形成了環(huán)保型鉆井液體系。該體系在和12井、FNHW4029、FNHW4050等10余口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。從應(yīng)用情況來(lái)看,其封堵防塌效果明顯,井徑規(guī)則,上部地層加入少量HBJ-3即可起到防滲作用(同層位鄰井一直存在滲漏),下部地層維持泥漿中2.0%的含量,就能起到防止泥頁(yè)巖和煤層垮塌的效果,在施工過(guò)程中井壁穩(wěn)定,定向順利,后期不影響地質(zhì)錄井,有利于錄井顯示的發(fā)現(xiàn)。

        表6 HBJ-3封堵劑重金屬含量測(cè)試結(jié)果

        通過(guò)環(huán)保型封堵劑HBJ-3的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,可降低石油勘探開發(fā)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染,減少后續(xù)作業(yè)中造成環(huán)境糾紛和經(jīng)濟(jì)損失,促進(jìn)石油鉆探的可持續(xù)性發(fā)展,在石油勘探開發(fā)以及后續(xù)的廢棄物處理中都具有廣闊的推廣與應(yīng)用前景。

        5 結(jié)論

        環(huán)保型封堵劑HBJ-3是由100~120℃軟化點(diǎn)的天然油溶性物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)接枝引入強(qiáng)親水基團(tuán)的一種改性產(chǎn)品,可以通過(guò)其水溶物和油溶物吸附、充填到井壁泥頁(yè)巖表面和微裂隙中,起到防塌作用。通過(guò)熒光、生物毒性、生物降解性、石油類含量等環(huán)保檢測(cè)指標(biāo)評(píng)價(jià),環(huán)保型封堵劑HBJ-3具有無(wú)熒光、無(wú)毒、易降解、白色等環(huán)保特性,不影響地質(zhì)錄井,可用于新區(qū)勘探和環(huán)境敏感地區(qū)的鉆井作業(yè)。環(huán)保型封堵防塌劑HBJ-3在新疆油田進(jìn)行了10余口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,應(yīng)用井井壁穩(wěn)定,鉆井液色淺、無(wú)毒、無(wú)熒光,具有較好的工程性能和環(huán)保特性,取得了較好的應(yīng)用效果。

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