新型环保水基钻井液应用实践

秦 岩

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163314)

油基钻井液性能优良，抑制性强，但易污染环境，废弃物处理难度大，现已逐渐被水基钻井液所取代，然而环境污染问题也同样困扰着水基钻井液。随着人们对环境越来越多的关注，越来越多的法律法规与环保政策对钻井液本身与应用提出了更加严格的要求。因此，研究应用既环保又实用的环保型水基钻井液具有非常重要的现实意义[1]。

目前国内环保型水基钻井液技术发展比较缓慢，局限在实验室研究的钻井液体系较多，广泛应用于钻井生产的钻井液体系较少。环保型钻井液的基本要求：不产生危险废物，不抑制农作物与植物生长和发育，对人、畜无毒，污染物容易在环境中降解，生态影响小。结合实际应用，应该选择安全环保与生物毒性低，易生物降解且能够满足施工要求的钻井液处理剂[2]。

1 环保型水基钻井液体系研发

环保泥浆体系的技术关键就是控制钻井液材料的使用，以绿色环保为主，应选荧光低、毒性很小、污染很小且容易生物降解的钻井液处理剂。绿色环保的钻井液处理剂可以有效降低施工过程中废液废渣的化学和生物毒性。最终使得排放废弃物能够满足国家农用污泥中污染控制标准（GB4284-84）和污水综合排放标准（GB8978-1996），实现钻井液污染物的源头控制[3-5]。

1.1 处理剂优选

本文中钻井液体系所使用钻井液处理剂主要由降滤失剂、抑制剂、封堵剂、提切剂以及润滑剂等组成。为使钻井液环保低毒甚至无毒无害，我们选择每种处理剂中适用范围广且环保的化学品放入钻井液配方中作为主剂使用。针对大庆油田地层性质、储层性质，结合现有钻井液体系与添加剂，选用聚合醇钻井液体系，以胺基聚醇与铵盐作为抑制剂，聚合铝为防塌降滤失剂，脂肪酸甲酯作为润滑剂，超细碳酸钙作为暂堵剂，生物黄原胶作为流行调节剂[6-8]。该钻井液体系能够适应复杂区块钻井液低毒易分解的的要求，其中各处理剂生物毒性见表1。

聚乙二醇JY-2还具有很强的抑制性可以阻止泥页岩水化膨胀分散，优异的封堵性能封堵岩石孔隙，有效稳定井壁。除此之外，聚乙二醇本身不含有重金属类，同时生物毒性极低，易生物降解，对环境影响小，其单剂完全满足环保要求。

防塌降滤失剂聚合铝降滤失剂具有低荧光封堵强，同时可抑制粘土水化膨胀，并且可与泥饼一起封堵地层的优良特性。

铵盐由聚丙烯腈（腈纶）在高温高压下水解而成，它是一种应用较广的钻井液处理剂，由于可以提供NH4+因此可以抑制粘土水化分散作用，同时具有防塌降粘作用。

抑制剂胺基聚醇AP-1分子结构中含有胺基官能团，胺基官能团能够吸附于粘土层间，有效抑制页岩膨胀。

表1 聚合醇钻井液体系主要处理剂生物毒性对比

润滑剂脂肪酸甲酯FAME作为一种经植物油脂加工而成的产品，具有优良润滑性能的同时具有低荧光、无毒环保且容易降解的特性，同时对钻井液流变性影响小且不起泡的特点，因此它被作为本钻井液体系的润滑剂材料。

流型调节剂生物聚合物XC是一种微生物多糖，具有良好的耐温、耐酸碱与水溶性，其作为优良的天然食品添加剂已广泛应用。同时其典型的流变特性与高粘切性以及无毒环保特性完全可以应用于环保钻井液体系。

暂堵剂超细碳酸钙CaCO3作为一种无机类型钻井液处理剂具有无毒环保、对体系影响小以及对储层破坏小的优点[9]。

通过大量室内实验，最终确定钻井液配方为：5%膨润土浆＋0.6%NaOH＋4.0%JY-2（聚乙二醇）＋4.0%JS-2（聚合铝降滤失剂）＋1%NH4-HPAN(铵盐)+1.0%AP-1（胺基聚醇）＋4.0%FAME（环保油）＋0.5%XC（生物聚合物）＋2.0%CaCO3（碳酸钙）＋重晶石粉。

1.2 新型环保水基钻井液体系性能评价

通过在源头采用环保低毒处理剂，有效降低了钻井液体系的生物毒性，以ZP20井现场钻井液为例进行钻井液各项性能检测。

1.2.1 常规性能评价

按研发配方，现场配制钻井液，评价其常规性能，检测测定值与标准值见表2[9-10]。由表2可以证实钻井液常规性能均能满足钻井设计与现场施工要求。

1.2.2 环保性能评价

表2 ZP20井现场钻井液性能表

取现场ZP20井钻井液，评价其环保性能。由表3可得出，生物毒性EC50检验结果大于30000mg/L钻井液符合GB/T 18420.1-2001水基泥浆海区等级一级标准生物毒性要求。钻井液中铬与石油类超标，原因为大庆油田部分地层复杂（青山口组地层）相对不稳定，钻井液需要加重，钻井液体系引入重晶石粉（BaSO4）同时地层岩屑矿物质分散入钻井液也会提高铬含量。而钻进具有油气显示的储层时油气会少量分散混入钻井液造成钻井液石油类含量增加。

2 钻井液现场施工管理

依据《黑龙江省废弃钻井液处理规范》规定，上述废弃钻井液需无害化处理后才能排放。针对规定，需在钻井施工过程中对废弃钻井液排放量与回收方式进行控制，同时对废弃钻井液进行无害化处理，使得废弃物浸出液能够达到规定指标。

2.1 钻井液总量控制

控制钻井液总量，可采取的措施如下：一是将废弃钻井液循环回收利用之后再进行集中处理。例如，工厂化平台井可以在老浆改造的基础上配制新浆开钻，从而有效控制钻井液用量。二是在技术措施方面强化过程控制，合理使用钻井液固控设备提高钻井液的稳定性，同时控制循环罐钻井液循环量在中低位，建立完善的钻井液处理剂与钻井液用量记录，做到处理剂与钻井液用量的可控性最终达到减少钻井液用量的目标。

2.2 废弃钻井液排放量控制

表3 ZP20井现场钻井液环保性能检测结果

为降低废弃钻井液排放量，应采用岩屑不落地、液固分类收集与集中处理相结合的方式进行。可采取措施：一是以岩屑收集罐代替钻井液排污坑，放置于各个固控设备岩屑出口收集沉淀分离岩屑与钻井液，岩屑收集罐内上层钻井液经螺杆泵抽回至泥浆罐内调整性能继续使用；岩屑收集罐内沉淀岩屑经卡车转运至后方无害化处理站集中处理。岩屑收集罐的使用实现了钻井现场岩屑不落地，避免了钻井液对现场环境的污染。二是合理利用固控设备，控制钻井液性能，防止钻井液跑冒滴漏。

2.3 废弃钻井液无害化处理

废弃钻井液经固化剂无害化处理后，排放物各项指标均能达到《黑龙江省废弃钻井液处理规范》中要求。这个过程实现了岩屑与钻井液的不落地管理，解决了钻井液排污坑对井场土壤污染的问题，整个施工过程达到了节能减排的目的。其中废弃钻井液无害化处理后浸出液各项指标见表4。

表4 废弃钻井液无害化处理后浸出液各项指标

3 现场应用

新型环保水基钻井液体系自推广应用以来，此环保钻井液体系在大庆油田水平井、定向井等井型累计施工30口井，平均井深3000m，平均施工进尺2218m，单井减少钻井液用量20%，平均单井直接减少废弃钻井液排放量120m3，同时由于实施岩屑不落地，平均单井保护地表面积400m2，减少土方挖掘800m3，取得了较好的施工效果。

新型环保水基钻井液平均单井废弃钻井液处理费4.8万，与油基钻井液平均单井70万处理费相比，废弃钻井液处理费降低达93%。废弃钻井液经无害化处理后，废弃物体积减少70%同时固化物浸出液达到《黑龙江省废弃钻井液处理规范》要求。

新型环保水基钻井液的应用，替代油基钻井液施工，节约了大量的成品油的同时有效降低了含油废弃物排放量，避免了对现场地表土壤的破坏，减少了向土壤中排放废弃物，有效保护环境的同时带来了良好的经济效益，初步实现了绿色环保钻井。

4 结论

（1）通过优选环保处理剂研发了环保型水基钻井液体系，其生物毒性及环保指标基本满足环保要求，技术指标能替代油基钻井液，够满足水平井、定向井施工。

（2）现场采用岩屑不落地、液固分类收集以及集中无害化处理相结合的方式进行废弃钻井液处理，弃钻井液体积减少70%，固化物浸出液各项指标均能满足《黑龙江省废弃钻井液处理规范》要求。

（3）新型环保水基钻井液现场应用表明可有效降低钻井液排放量，保护了环境，与油基钻井液相比，环保处理费用降低90%以上，实现了高效绿色环保钻井，具有较好的经济效益及社会效益。