海洋钻井液有机物添加剂生物降解性实验研究

用累计耗氧量法对海洋钻井中常用钻井液有机添加剂在自然海水中的生物降解性进行了实验研究，并进一步探讨有机物生物降解性同其化学结构的内在联系。结果表明．淀粉类添加剂最易降解，纤维素类及烯类单体聚合物次之，两性离子聚合物及SMC不但不易降解，还对微生物有一定的抑制作用。这为海上钻井作业选择易降解的环保型钻井液有机添加剂提供合理有效的评价方法，并为海洋勘探开发过程中研制开发环保性能好的有机物添加剂提供了理论依据。     

钻井液有机添加剂生物降解性评价

本文综述了钻井液有机添加剂生物降解性的评价问题，包括有机化合物生物降解性评价指标，适合钻井液有机添加剂的５种好氧生物降解评价法和２种厌氧生物降解评价法     

聚合醇PPG钻井液添加剂的环保性能研究

为了考察聚合醇类钻井液添加剂的环保性能，从生物毒性和生物降解性两个环保考核指标出发，对聚合醇PPG钻井液添加剂的环保性能进行评价，证明用这种理想润滑防塌剂配制的钻井液对环境是有益的，是一种“绿色”的钻井液。     

有机钻井液处理剂生物降解动力学研究

有机钻井液处理剂的生物降解性是评价其环境可接受性的重要指标，评价有机物生物降解性的方法主要有有机物衰减法、生化耗氧量法和二氧化碳吸收法。以累积耗氧量为评价指标，对部分有机钻井液处理剂在自然海水中的生物降解性进行了评价．研究了有机钻井液处理剂在海水中的生物降解动力学，分析了不同类型有机钻井液处理剂生物降解的难易程度。试验结果表明．有机钻井液处理剂的生物降解性与其类型密切相关，不同类型的有机处理剂生物降解性具有很大差异．NHPAN、SLSP和SMP在试验期内不能被微生物所降解，且对微生物产生了一定的抑制作用．XC、DFD-140及MV-CMC易被微生物所降解，且试验中所用钻井液处理剂在海水中的生物降解均符合一级动力学降解模型。     

钻井液有机添加剂在自然海水中的生物降解性

以累积耗氧量为评价指标,对20几种常用钻井液有机添加剂在自然海水中的生物降解性进行了评价。结果表明,钻井液有机添加剂的生物降生与其结构密切相关,演粉类添加剂及XC易降解,沥青和树脂类添加剂则对微生物有一定的抑制作用;按其在自然海水中的生物降解规律可分为无抑制性、可逆抑制性和不可逆抑制性三类;其在海水中的生物降解符合一级动力学降解模型。     

环保耐温抗盐型包被剂coater-10的研制与应用

国内使用的钻井液包被剂主要为有机高分子类,存在适用性单一、耐温抗盐性不够理想、环保性能不满足相应国家标准要求等不足。以生物聚合物为主要合成单体,并加入非离子、阴离子及阳离子单体,采用水溶液聚合制备得到了环保耐温抗盐型包被剂coater-10。结果表明,合成的包被剂coater-10能提高钻井液黏度和动切力,降低钻井液失水量,同时具有较好的耐温抗盐性;铬、汞等主要重金属含量都在GB 4284—84标准要求的限值范围内;急性生物毒性检测EC50值30 000 mg/L,对环境影响小;生物降解性BC值为20.1,可生物降解,有助于提高钻井液体系整体的环保性能。以coater-10作为环保型海洋钻井液体系的1#配方满足了现场钻井工程要求,同时具有优良的环保性能,减少了对作业区域海洋环境的污染。     

聚束环保钻井液在风南4井区的应用

为满足油气勘探开发过程中愈加严苛的环保要求,在保证钻井液基本性能的前提下,使用天然高分子改性的降滤失剂、封堵剂等环保材料对聚束钻井液进行优化,形成了聚束环保钻井液体系。通过现场应用对其进行了性能评价,结果表明该体系具有良好的流变性、抑制性、润滑性与封堵防塌能力,可满足风南4井区水平井的施工需求,且该体系具有色浅、无毒、不含磺化材料与重金属、生物降解性能好等特点,可完全达到施工地区的环保排放标准,对农业生产无害。     

环境无害化保护油气层钻井液研究应用

前期研究工作表明，目前钻井液的主要污染源是润滑剂(油类)、防塌剂和油层保护剂(沥青类)及高温降粘剂(铬类)，据此筛选了高效无毒的润滑剂FXJS-2(聚多元醇类，兼有防塌作用)，防塌剂SD-301(聚合醇类，兼有润滑、保护油层作用)，高温降粘剂SF-1(硅氟类)，评价了这3种添加剂在钻井液中的相关性能。将这3种添加剂与江苏油田应用的添加剂PMHA-Ⅱ、Coater、NH4-HPAN进行配伍，得到了用于江苏油田的环境无害化保护油气层钻井液体系配方X1和X2，与原用钻井液X3和X4对照，实验测定了这些钻井液的流变、滤失、防塌、岩心伤害等项性能及毒性。X1和X2无生物毒性，化学毒性小(满足有关国家标准要求)，较易生物降解，而X3和X4生物毒性大，化学毒性较大且难生物降解。详细介绍了江苏油田下里河WZ地区两口探井的工程简况、使用环境无害化保护油气层钻井液施工工艺及良好的防塌、润滑、降滤失及环保效果。图1表12参4。     

钻井液研究与使用应考虑的环境问题

在深井钻井和海洋钻井中,钻井液中的各种化学添加剂和油基钻井液用量日益增多,对自然生态环境造成一定的危害。现在世界各国环境保护日益受到重视,这对钻井液体系及其添加剂的研究和使用提出了新的要求与挑战。钻井液及其添加剂的危害,主要表现在所含物质有毒和难生物降解,评价方法主要是采用生物毒性测试和生物降解性测试。对生物毒性测试,文中主要介绍了美国石油学会(API)制定的钻井液96h生物鉴定试验、加拿大的显微毒性试验和其它生物毒性试验,以及生物降解性试验。     

长庆油田水基环保成膜钻井液研究与现场试验

长庆油田的地理气候条件独特，要求该油田所用钻井液应具有无毒、易降解和环境可接受性好的特点，为此，以多糖衍生物G312为主剂，通过优选其他添加剂，形成了适合于长庆油田低压、低渗、低孔储层的水基环保成膜钻井液。该钻井液利用多糖衍生物的半透膜作用和有机胺独特的抑制防塌作用，达到了既能保护储层又能保护环境的目的，与传统的烷基葡萄糖甙钻井液相比，具有防塌性能好、主处理剂加量少、抗温抗盐能力强的优点。室内性能评价结果表明:水基环保成膜钻井液无生物毒性，重金属含量等达到了污水排放标准要求；由于具有半透膜效应，该钻井液抑制性较强，岩屑在其中的线性膨胀率与在清水中相比降低了35.6%，岩屑一次回收率达到94.80%、二次回收率达到89.34%；耐温性较好，可耐120℃高温，综合性能优良。水基环保成膜钻井液在长庆油田苏里格地区A井进行了现场试验，钻井过程中没有发生井下故障，井径规则，电测、下套管作业一次到底，且钻井液的环保性能指标达到了污水排放标准。研究结果表明，水基环保成膜钻井液的环保性能和其他性能均能满足长庆油田的要求。      

海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系

针对海域天然气水合物钻探所面临的深水低温、浅层窄安全密度窗口、水合物生成与分解抑制、海洋作业环保要求等工程和技术难题,开发了低温抑制性钻井液体系。研发了热力学抑制剂KCl复配动力学抑制剂A2的水合物抑制技术,优选了低温流变稳定性能良好的高分子处理剂,开发的钻井液体系流变性能良好,膨润土含量为2 %,API滤失量为4 mL,密度为1.07 g/cm3;低温流变稳定性优良,4 ℃较25 ℃时钻井液当量循环密度最大增量为0.004 g/cm3,优良的流变学性能有利于深水浅部地层窄安全密度窗口井段的井壁稳定和井眼清洁。该体系还具有优异的水合物生成抑制性能,4 ℃、20 MPa、20 h内完全抑制水合物生成,陈化10 d及被钻屑污染后抑制性能保持良好,同时具备明显的水合物分解抑制性能。各处理剂重金属含量达标,钻井液体系生物毒性半有效浓度EC₅₀值及半致死浓度LC₅₀值均大于30 000 mg/L,满足我国一级海区环保要求。该钻井液的综合技术性能满足海域天然气水合物钻探技术要求。      

海上钻井多功能水基钻井液研究

水基钻井液迄今仍然是海上钻井的首选钻井液。自20世纪90年代开始应用的正电聚醇钻井液和甲酸盐钻井液均具有良好的使用性能。为适应海上钻井需要而研制的新型正电聚醇-甲酸盐钻井液体系,兼具正电聚醇和甲酸盐钻井液的优点。在地层孔隙压力较低时,主要使用正电聚醇处理剂确保钻井液具有良好的性能;而在地层孔隙压力较高时,则配合使用甲酸盐进行加重,以维持一种性能优良的低固相钻井液体系。实验研究和现场应用表明,正电聚醇和甲酸盐的共同作用可使钻井液具有防塌、润滑、环保和储层保护等多种功能。     

加强钻井液管理提高经济效益

胜利石油管理局海洋钻井公司的钻进液技术已完成了从淡水与浆到海水配浆的发展阶段，形成了一套比较的专项工艺,量钻井液技术的管理仍存在严重不足，部分钻井液处理剂使用不合理，钻井液管理存在的问题为：（1）钻进液设计与现场施工不符，针对性不强；（2）钻进液管理体制与现场施工不协调，服务没有标准，监督没有依据，执“法”不严；（3）钻进液处理把关不严，虽层层设网络，各级设备检验机构，但仍有部分质量差的产和于钻井；（4）有些处理剂使用不合理，如降滤失剂和增粘剂。通过分析，对加强钻井液管理提出了相应的建议；（1）加强钻井液设计管理，设计要结合地层特性，钻井工艺和平台实际，尽量做得周密，细致；（2）理顺管理体制；（3）合理地使用钻井液处理剂。     

高性能抗高温聚合物钻井液研究与应用

为满足环境敏感性海域高温深井钻井作业和环境保护要求,研究了抗温200℃,生物毒性值LC₅₀大于10×104mg/L的高性能抗高温聚合物钻井液,其以合成聚合物为主要处理剂,辅以优选出的纳米封堵剂、页岩抑制剂和极压润滑剂,该体系具有了油基钻井液抑制泥页岩水化的分散性能和润滑性能,对环境友好,可直接排海。实验表明,分别以重晶石和甲酸盐为加重剂,该抗高温聚合物海水基钻井液体系在200℃高温热稳定时间长达48 h以上,高温高压滤失量为12～25mL,抗20%氯化钠和0.5%氯化钙污染,生物毒性卤虫96 h半致死浓度LC₅₀大于10×104 mg/L,发光细菌半数有效浓度EC₅₀大于30×104 mg/L,符合一级海区生物毒性排放要求。在环渤海油田进行了现场应用,取得了良好的试验效果,试验最深井深6 066 m,最高井底温度204℃。      

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随着海洋油气钻井向深水领域发展，钻井隔水管的受力越来越复杂，随着水深的增加，钻井隔水管的力学分析显得越来越重要。为此，文章建立了深水钻井时在海流、波浪等海洋环境载荷的作用下，隔水管静态分析及动力学分析的三维有限元力学模型，在研究中，考虑了隔水管在外载作用下的小应变大变形和轴向力影响的特点，引入了非线性理论，因而计算结果更加符合实际情况。考虑了隔水管所受的三维载荷，对深水钻井隔水管的变形及载荷分布规律进行了计算分析。对于深水钻井隔水管，水下中间部位的变形最大；而在隔水管靠近水面的位置，其弯曲载荷最大，而现场隔水管失效事故也恰好证实了此研究结果，揭示了深水钻井隔水管失效的力学机理。在弯曲载荷大的位置，应特别注意隔水管的强度问题。文章还分析了风浪流速度、波浪周期、波高等重要的海洋环境载荷对隔水管变形及强度的影响。     

钻井液组分对气体水合物的影响

海洋深水钻井过程中容易遇到气体水合物堵塞井筒、环空、防喷器等钻井事故.用THF/ SSW测试法对部分钻井液组分做了评价试验,包括粘土、NaCl、MgCl2、CaCl2、XY-27、FCLS、CMC、PSC、PEG等.结果表明,钻井液无机组分中,粘土对气体水合物的形成起促进作用,而NaCl、MgCl2、CaCl2等无机盐则起抑制作用;大部分有机处理剂对气体水合物的形成起抑制作用.在了解了各组分对气体水合物形成的影响后,可以调节组分的用量,以达到抑制气体水合物形成的最佳状态.     

海洋钻井液技术研究与应用现状及发展趋势

海洋钻井要求钻井液满足常规性能的同时,还要求钻井液毒性小、生物降解性好、无生物积累以及排放后对环境无害等。因此,海洋钻井液技术的一项重要内容是其环境可接受性评价技术。文章在对钻井液体系及其处理剂在海水中的环境可接受性评价方法进行概括基础上,重点介绍了近年来海洋钻井液体系的研究及应用状况,指出了海洋钻井液技术存在的问题和发展趋势。