环保型钻井液体系新进展

环保型钻井液体系新进展

石工11-12班尊（11021558）

摘要：论述了废弃钻井液日趋严峻的环境污染问题和近年来环保型钻井液的研究及应用进展情况，其中包括白油钻井液、烷基葡萄糖苷钻井液、硅酸盐钻井液、合成基钻井液和聚合醇钻井液，且对这些钻井液的作用机理、适用性和环保性能进行了分析，并简述了几种近年来开发的环保型钻井液处理剂。最后指出目前环保性钻井液技术存在的问题及未来的发展方向。

关键词：环保；钻井液；钻井液处理剂

钻井液保障了钻井工程安全、优质、快速、高效的需求，但钻井施工中产生废弃物中含有有机聚合物、烃类、岩屑、无机物和重金属等物质，此类化学物品长期滞留在环境中，轻者污染环境，重者影响动、植物的生命。实施油气田的勘探开发对环境的影响是不可避免的。环境污染日益加重，人们环境保护的意识也越来越强，各国法律都对钻井液的环保性提出了更为严格的要求，积极采取各种对策和措施, 减少对环境的污染和对生态环境的破坏。实现经济效益、环境效益和社会效益的统一是石油工业发展的命脉。环保型钻井液的开发利用既要满足钻井工程安全、优质、快速、高效的需求，还要满足环保排放标准，不污染周围的环境（包括土壤、动植物、地下水等），不影响农作物生长及施工人员的健康安全等条件。

从源头控制污染，最大限度的减少污染，实现“绿色”钻井。毒性和生物可降解性就成为评价钻井液环保性必不可少的指标。钻井液毒性评价采用试验方法，主要有糠虾生物检测法、微生物毒性法和累计生物荧光法。其中糠虾生物检测法是美国国家环保局（EPA）正式批准的用于钻井液毒性评价的唯一方法。使一定数量的浮游动物糠虾经受96h不同浓度毒物的毒害，分别记录每种浓度下所残存的生物数量。然后，以死亡比率与浓度的关系作图，由图中曲线即可得到使50%试验生物致死的浓度值，该浓度值被称为96hLC

值，用以表示毒物毒性的大小。

50

LC

值越大，表示钻井液的毒性越小。钻井液处理剂的生物降解性是指钻井液处50

理剂分子在微生物的作用下分解转化为微生物代物或细胞物质并产生CO

的性质。

2

吸目前主要应用的研究生物降解性的方法有有机物衰减法、生化耗氧量法和CO

2

收法等。

1 环保型钻井液

1.1 白油基钻井液

随着石油勘探开发向深井、高温高压井，水敏性地区和海上油田勘探开发的不断深入，油基钻井液的使用规模将会越来越大。工业白油环烷烃含量高，芳烃和稠环芳烃含量低。以工业白油为基液制得的全白油基钻井液，生物毒性低，当钻屑含油量低于15%时，允许将钻屑直接排放入海，满足欧盟环保要求。稳定性高，黏性强，滤失量小等优于其他钻井液，全白油基钻井液抗土、水污染较强且润滑性良好可以抑制钻屑水化分散有利于提高钻速。改变全白油基钻井液各种成分的含量，可以配制出不同矿井需要的钻井液，使工作成效到达利益最大化，具有广阔的应用前景。

1.2 烷基葡萄糖苷钻井液

烷基葡萄糖苷（APG）钻井液，是近几年提出的一种替代油基钻井液的新型水基钻井液体系。烷基葡萄糖苷是由葡萄糖或淀粉的酶解，经酸催化与脂肪醇脱水缩合生成的一大类有机化合物。由于生产条件和工艺的不同，烷基葡萄糖苷类产品所含的葡萄糖单元数及烷基化度有一定的差别。工业上习惯将此类产品统称

的APG已被证明具有优良的表面活性，无毒，对皮肤为烷基多糖苷（APG）。C

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无刺激性，生物降解迅速彻底，配伍性能好等特点。

在APG系列中，甲基葡萄糖苷（MEG）的使用尤为突出，具有多方面的优点。（1）较强的抑制性、封堵和降滤失作用，可以较好的稳定井壁；（2）具有良好的润滑性能；（3）具有良好的保护油气层性能；（4）具有良好的生物可降解性和热稳定性；（5）组成简单，流变性易调整，抗污染性强等。其抑制机理是甲基葡萄糖苷能吸附在泥页岩表面形成一层半透膜，通过调节该钻井液的水活度控制钻井液与地层水的运移，使页岩中的水进入钻井液中，从根本上抑制泥页岩的水化

值高于500 g/L，完全符合EPA 膨胀，稳固井壁。浓度80%甲基葡萄糖苷溶液LC

50

规定的排放标准。综上所述，甲基葡萄糖苷钻井液是一种无毒、易生物降解的新型环保钻井液。在环保要求严格的地区、海上复杂地层、大斜度井、延伸井和水平井的钻井中均有很好的应用前景。

1.3 硅酸盐钻井液

硅酸盐钻井液被普遍认为是最具发展前景的水基钻井液体系，因具有无毒、无荧光、良好防塌性能、材料费用低等特性，日益受到重视。其中硅酸钠/钾钻井液，能提高机械钻速，抑制页岩的水化膨胀。硅酸盐的用量小，降低了成本。残液中的硅酸钾还可以作为化肥，减少排放。硅酸盐钻井液已在大西洋东部的海湾、美国的阿拉斯加、加拿大的纽芬兰、墨西哥湾等地区使用，应用前景广阔。硅酸盐钻井液的作用机理可归纳为以下几点：（1）硅酸盐在钻井液中形成不同尺寸的胶体和纳米级粒子，这些粒子与岩石表面或地层水中的钙、镁离子发生反应，生成的硅酸钙沉淀覆盖在岩石表面起封堵作用；（2）含有硅酸盐的钻井液滤液与pH值低的地层水相遇后产生胶凝现象形成“半透膜”，阻止滤液进入地层稳定井壁；（3）硅酸盐与粘土矿物发生缩合反应，产生胶结性物质，抑制页岩中粘土矿物水化膨胀和分散；（4）硅酸盐体系中的高聚物（黄原胶、PAC 等）可调节体系的流变性，同时还可增加钻井液滤液的粘度，减少滤液的浸入量。另外，通过在硅酸盐钻井液中使用适量的KCl、NaCl 等无机盐也可起到协同稳定作用。

目前硅酸盐钻井液依然存在一些问题，该钻井液的整体性能难以满足各种复杂井和特殊井的要求。受使用温度和pH值的限制，为达到良好的抑制性能，必须保证硅酸盐有较大的加量，增加了成本。要达到较好的钻井液性能，必须与其他非环保处理剂和低价盐复配，使体系的环保性能受到影响。

1.4 合成基钻井液

合成基钻井液是在水基钻井液不能满足井下复杂情况的性能要求，油基钻井液和矿物油基钻井液不能满足环境保护要求的情况下应运而生的，合成基钻井液以人工合成或改性的有机物为连续相，盐水为分散液相，并有乳化剂、流型调节剂等形成油包水逆乳化悬浮分散体系，具有油基钻井液的工作性能。现已在现场应用的合成基钻井液主要有酯基，醚基，聚α-烯烃基，线性α-烯烃基等。

合成基钻井液无毒，体系不含有荧光类物质，可生物降解，对环境无污染，是一种环保型钻井液体系。钻井排水，钻屑和废弃钻井液均可向海洋排放。其中

大于2％，说明酯基钻井液对环境无毒，厌氧降新研制的典型酯基钻井液的LC

50

解是酯基钻井液生物降解的主要方式。