新型環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研究院，黑龍江大慶163314)

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

目前國內環保型水基鉆井液技術發展比較緩慢，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的鉆井液體系較少。環保型鉆井液的基本要求：不產生危險廢物，不抑制農作物與植物生長和發育，對人、畜無毒，污染物容易在環境中降解，生態影響小。結合實際應用，應該選擇安全環保與生物毒性低，易生物降解且能夠滿足施工要求的鉆井液處理劑[2]。

1 環保型水基鉆井液體系研發

環保泥漿體系的技術關鍵就是控制鉆井液材料的使用，以綠色環保為主，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），實現鉆井液污染物的源頭控制[3-5]。

1.1 處理劑優選

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、儲層性質，結合現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節劑[6-8]。該鉆井液體系能夠適應復雜區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，優異的封堵性能封堵巖石孔隙，有效穩定井壁。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，對環境影響小，其單劑完全滿足環保要求。

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分子結構中含有胺基官能團，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作為一種經植物油脂加工而成的產品，具有優良潤滑性能的同時具有低熒光、無毒環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。

流型調節劑生物聚合物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保特性完全可以應用于環保鉆井液體系。

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保、對體系影響小以及對儲層破壞小的優點[9]。

通過大量室內實驗，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 新型環保水基鉆井液體系性能評價

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

1.2.1 常規性能評價

按研發配方，現場配制鉆井液，評價其常規性能，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性能均能滿足鉆井設計與現場施工要求。

1.2.2 環保性能評價

表2 ZP20井現場鉆井液性能表

取現場ZP20井鉆井液，評價其環保性能。由表3可得出，生物毒性EC50檢驗結果大于30000mg/L鉆井液符合GB/T 18420.1-2001水基泥漿海區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 鉆井液現場施工管理

依據《黑龍江省廢棄鉆井液處理規范》規定，上述廢棄鉆井液需無害化處理后才能排放。針對規定，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定性，同時控制循環罐鉆井液循環量在中低位，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井現場鉆井液環保性能檢測結果

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，巖屑收集罐內上層鉆井液經螺桿泵抽回至泥漿罐內調整性能繼續使用；巖屑收集罐內沉淀巖屑經卡車轉運至后方無害化處理站集中處理。巖屑收集罐的使用實現了鉆井現場巖屑不落地，避免了鉆井液對現場環境的污染。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范》中要求。這個過程實現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 現場應用

新型環保水基鉆井液體系自推廣應用以來，此環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范》要求。

新型環保水基鉆井液的應用，替代油基鉆井液施工，節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，有效保護環境的同時帶來了良好的經濟效益，初步實現了綠色環保鉆井。

4 結論

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

（2）現場采用巖屑不落地、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范》要求。

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