探究钻井液对环境污染的影响

严凯龄　胡佳佳（中国石油大学（北京）， 北京 102249）

探究钻井液对环境污染的影响

严凯龄胡佳佳（中国石油大学（北京）， 北京 102249）

本文数值模拟了钻井液顶替过程，揭示了如何尽可能提高钻井液顶替效率，减少钻井液残留，最大程度的降低对周围环境的影响，数值实验结果表明钻井液各项参数对顶替界面有重要影响，优化钻井液参数可以减少对环境污染的影响。

固井；顶替效率；钻井液；环境污染

0 引言

众所周知，在石油的开采过程中，很容易造成对周边环境的污染，每年在国内因为石油开采而造成污染的土壤面积相当庞大。石油是复杂的有机混合物，含有大量的“三致”物质，即致突变、致癌、致畸形。近年来，随着油田开采程度的不断深入，对钻井液功能要求越来越高，其中化学添加剂的种类和数量大幅度增加，钻井液的成分越来越复杂。因此，探究钻井液对环境污染的影响，对保护油田生态环境有重要的指导作用。本文数值模拟了固井顶替过程，揭示了如何提高顶替钻井液的效率，尽可能的减少钻井液残留，减少钻井液对环境污染的影响。

1 数值模拟

基于应用软件的基础上开展数值模拟实验，钻井液顶替过程为正密度差条件下之间的液液两相流动，在多种因素耦合影响下，表现出特有的顶替界面特征。基于水平井段偏心环空两相流体力学数值实验模型，应用商业CFD软件Fluent模拟水泥浆对隔离液的顶替过程。在水泥浆的流性指数、稠度系数及钻井液塑性粘度已知的情况下，模拟钻井液动切力对顶替过程的影响，具体参数值如表1。

表1 模拟钻井液动切力对顶替过程影响

基于数值模拟结果，绘制出顶替界面随顶替时间的变化特征，图1为密度差0.6g/cm3条件下，不同偏心度顶替界面随顶替时间变化的发展过程，其中红色代表水泥浆，蓝色代表钻井液。由图可知，顶替界面存在水泥浆与钻井液的过渡区。文中定义水泥浆体积分数80%的位置为顶替后缘，水泥浆体积分数20%的位置为顶替前缘，界面长度为顶替前缘位置减顶替后缘位置。

2 结果分析

观察图1两相顶替界面特征，低动切力条件下，高边的水泥浆流动滞留，高边上部分层明显，低边的水泥浆流动不断超前，形成低边指进的分层流动特征，顶替界面长度随着顶替时间的增加不断增长；高动切力条件下，环空上部宽边水泥浆流动不断超前，形成宽边指进的分层流动特征，顶替界面长度随着顶替时间的增加不断增长；窄边略有指进，两相顶替界面发展相对平稳，顶替界面长度随着顶替时间的增加增幅较小。钻井液参数对顶替效率的影响非常明显，上图所示，顶替界面随着动切力的变化而发生变化。当然，顶替效率也会发生变化，从而直接影响着环境问题。

图1 顶替界面变化图

3 认识和建议

（1）钻井液参数直接影响固井顶替效率，而顶替效率直接反应了钻井液的残留情况，与环境污染问题息息相关。

（2）钻井液残留对环境污染程度的大小一定程度上取决于钻井液相关参数值，优化钻井液参数值对减少环境污染有一定的作用。

（3）钻井液体系的研究仍然是石油行业需要不断探索和解决的一个难题，钻井性能和环保性能优良是钻井液优选的必备重要条件。