摘要隨著我國吉林油田的不斷開發(fā)利用，在鉆井的過程中遇到越來越多的問題以及需求，因此對鉆井液的要求也是越來越高。因為傳統(tǒng)的水基鉆井液需要大量的淡水用于稀釋，而這些水資源的損耗對于干旱地區(qū)和水資源缺少的區(qū)域是一種極大的浪費。所以，使用環(huán)保型油基鉆井液，不僅可以減少水資源的使用，還可以有效降低鉆井作業(yè)中產(chǎn)生的污染物對環(huán)境的影響。通過對基礎(chǔ)油性能的比較、核心處理劑的優(yōu)選等方面進行探討，并對其中的技術(shù)難點的分析、歸納，提出了適用于吉林油田的環(huán)保型油基鉆井液的技術(shù)舉措。通過對基礎(chǔ)油性能在鉆井液中的比較以及各種核心處理劑的分析，改進了對乳化劑、降濾失劑、有機土、氧化鈣、重晶石的配比。采用合成油與20%CH3COONA溶液作為主要原料，開發(fā)出一種油基鉆井液體系，該體系能耐150℃的高溫，對環(huán)境友好并且不影響植物生長。關(guān)鍵詞：鉆井液；油基鉆井液；乳化劑；環(huán)保型AbstractWiththecontinuousdevelopmentandutilizationofJilinOilfieldinChina,moreandmoreproblemsanddemandsareencounteredduringthedrillingprocess,sotherequirementsfordrillingfluidsarealsoincreasing.Becausetraditionalwater-baseddrillingfluidsrequirealargeamountoffreshwaterfordilution,andthelossofthesewaterresourcesisagreatwasteforaridandwaterscarceareas.So,usingenvironmentallyfriendlyoil-baseddrillingfluidscannotonlyreducetheuseofwaterresources,butalsoimprovethequalityoflocalwaterenvironment.Secondly,researchonenvironmentallyfriendlyoil-baseddrillingfluidscaneffectivelyreducetheimpactofpollutantsgeneratedfromdrillingoperationsontheenvironment.Bycomparingtheperformanceofbaseoilandoptimizingtheselectionofcoretreatmentagents,andanalyzingandsummarizingthetechnicaldifficulties,technicalmeasuresforenvironmentallyfriendlyoil-baseddrillingfluidssuitableforJilinOilfieldareproposed.Bycomparingtheperformanceofbaseoilindrillingfluidsandanalyzingvariouscoretreatmentagents,theratioofemulsifiers,filterlossreducers,organicsoil,calciumoxide,andbaritehasbeenimproved.Aoil-baseddrillingfluidsystemwasdevelopedusingsyntheticoiland20%CH3COONAsolutionasthemainrawmaterials.Thesystemcanwithstandhightemperaturesof150℃,isenvironmentallyfriendly,anddoesnotaffectplantgrowth.Keyword：Drillingfluid;Oilbaseddrillingfluid;Emulsifiers;Environmentallyfriendly目錄TOC\o"1-3"\h\u22997第1章緒論 1294331.1吉林油田地質(zhì)情況 1139731.2研究目的意義 1249191.3研究主要內(nèi)容 2225921.4國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2179571.4.1國內(nèi)環(huán)保型油基鉆井液體體系研究進展 371751.4.2國外環(huán)保型油基鉆井液體體系研究進展 313657第2章基礎(chǔ)油的篩選與評價 5275002.1基礎(chǔ)油降解評價方法建立 526372.1.1實驗過程及條件 5217142.2基礎(chǔ)油的篩選 61202.2.1基礎(chǔ)油的評價 666102.2.2不同基礎(chǔ)油生物降解性對比 7325302.3基礎(chǔ)油生物毒性的研究 8268432.3.1毒性評測 857792.3.2生物毒性的比較 9258932.3.3測定基礎(chǔ)油重金屬含量的研究及方法 926478第3章核心處理劑的優(yōu)選及鉆井液配方建立 11304733.1乳化劑的優(yōu)選 1190883.1.1乳化劑的種類優(yōu)選 11287243.1.2乳化劑的加量優(yōu)選 11102403.2有機土的優(yōu)選 12108313.2.1有機土配伍性優(yōu)選 12235493.2.2有機土加量優(yōu)選 13153793.3降濾失劑的優(yōu)選 1381003.3.1降濾失劑種類優(yōu)選 13327433.3.2降濾失劑加量優(yōu)選 14150813.4氧化鈣加量優(yōu)選 15165013.5重晶石加量優(yōu)選 1628231第4章環(huán)保型油基鉆井液的綜合性能評價 17171154.1不同密度鉆井液性能評價 1778604.2不同溫度對鉆井液性能評價的影響 17254374.3鉆井液的抗污染評價 1876744.4鉆井液體系環(huán)保性能評價 1924778結(jié)論 2223316參考文獻 235110致謝 24第1章緒論環(huán)保型油基鉆井液是一種環(huán)保型鉆井液，具有良好的穩(wěn)定性、抗高溫、抗污染等良好性能，特別是可回收性，相對比傳統(tǒng)的油基鉆井液而言，環(huán)保型鉆井液可以被有效的回收和處理，不會對環(huán)境造成污染，在滿足油基鉆井液性能的同時又保證了環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。1.1吉林油田地質(zhì)情況吉林油田地處松嫩平原南緣，其地表形狀以松花江的一級階地和漫灘為主，地勢較為平緩，呈輕微的傾向松花江。它的海拔高度在130~142米，海拔高度在10米左右。吉林油氣藏在松遼斷裂盆地中部洼陷地帶的中南部，是新華夏構(gòu)造系統(tǒng)的第2沉積區(qū)。該地區(qū)第四系為38-66m厚的河流-湖泊相沉積，包含下更新世白泥山組冰水堆積層、中更新世沖洪積層、上更新世沖積層和全新世沖積層。另外，從地質(zhì)特點來看，吉林地區(qū)也存在著大量的頁巖氣儲層。已探明的長嶺和農(nóng)安兩個天然氣藏區(qū)塊均已探明，其中以青山口、嫩江組為代表的白堊紀(jì)沉積巖系。青山口組儲層厚度大，儲層穩(wěn)定，以青山口一段為代表，具有較高的天然氣品質(zhì)和儲量。嫩江組泥頁巖的展布較為廣泛，其一段為良好的頁理結(jié)構(gòu)，二段泥頁巖在下部通常有2-3個儲層。1.2研究目的意義伴隨著國家的重工業(yè)與國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，在實現(xiàn)中國特色的現(xiàn)代化建設(shè)、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展方面，石油產(chǎn)業(yè)扮演著舉足輕重的角色。油基鉆井液作為一種主要的鉆井流體，具有耐高溫、耐鹽鈣腐蝕、穩(wěn)定井壁、潤滑性好、對油氣層傷害低等特點。但是，由于其所含的礦物油、酚類、重金屬及部分毒性成分較多，這些成分的累積會對地表植物造成嚴(yán)重的損害，還會對土壤、地面和地下水造成嚴(yán)重的污染，還會對動植物和人體健康帶來嚴(yán)重的影響，極大地制約著油基鉆井液技術(shù)的進展。傳統(tǒng)的水基鉆井液需要大量的淡水用于稀釋，而這些水資源的損耗對于吉林干旱地區(qū)而言是一種極大的浪費。通過使用環(huán)保型油基鉆井液，不僅可以減少水資源的使用，還可以改善吉林水資源環(huán)境的質(zhì)量。其次，環(huán)保型油基鉆井液的研究可以有效降低從鉆井作業(yè)中產(chǎn)生的污染物對環(huán)境的影響。傳統(tǒng)石油基鉆井液中含有大量的有害化學(xué)物質(zhì)，如果這些物質(zhì)在使用過程中泄露，對吉林部分地區(qū)的土壤造成極大污染，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長。長白山、向海國家級自然保護區(qū)和查干湖都坐落在吉林省內(nèi)，因此研究適用于吉林油田的環(huán)保型油基鉆井液意義重大，減少有害物質(zhì)的使用，從而降低對環(huán)境的負(fù)面影響，保護生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保型油基鉆井液的研究符合可持續(xù)發(fā)展的理念，體現(xiàn)了社會主義核心價值觀。在推動經(jīng)濟發(fā)展的同時，我們要堅持生態(tài)文明建設(shè)，追求綠色低碳發(fā)展，以人民的利益和社會的可持續(xù)發(fā)展為出發(fā)點和落腳點。因此，環(huán)保型油基鉆井液的研究不僅在工程技術(shù)層面上具有重要意義，更體現(xiàn)了保護環(huán)境、推動可持續(xù)發(fā)展的社會責(zé)任，符合社會主義核心價值觀的要求。綜上所述，在吉林油田環(huán)保型油基鉆井液研究中，應(yīng)注重研發(fā)新型環(huán)保型油基鉆井液，并結(jié)合優(yōu)良的環(huán)保性能等方面的研究，以實現(xiàn)吉林油田的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護目標(biāo)。同時，大力推動環(huán)保型油基鉆井液的推廣應(yīng)用，以吉林油田為出發(fā)點并及其他國內(nèi)類似油田的高質(zhì)量發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略做出貢獻。1.3研究主要內(nèi)容(1)優(yōu)選出生物降解性能好，生物毒性好，重金屬含量高，能滿足環(huán)境保護要求。(2)將上述（1）中所選擇的基礎(chǔ)油作為油基油基油，還優(yōu)選了一些核心處理劑，如乳化劑和降濾失劑。其次通過地理因素、老化時間、老化溫度、環(huán)境影響、鉆井液含土量等方面來考慮環(huán)保型鉆井液的性能能否會受到上述因素影響，構(gòu)建適合吉林油田的環(huán)保油基鉆井液新配方。（3）對該基鉆井液體系進行室內(nèi)實驗綜合性能評價。1.4國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，環(huán)保型油基鉆井液是一種保護環(huán)境的鉆井液。其關(guān)鍵問題是既要確保環(huán)境安全，又要達到油基鉆井液的各項指標(biāo)。鉆井液環(huán)境保護技術(shù)是指在鉆井作業(yè)中，為了降低環(huán)境污染，對環(huán)境造成的危害所采用的一系列行之有效的控制與管理手段。當(dāng)前，國內(nèi)外針對油基鉆井液環(huán)境治理的研究多側(cè)重于環(huán)境影響、地下水開采及工程建設(shè)等。1.4.1國內(nèi)環(huán)保型油基鉆井液體體系研究進展20世紀(jì)60年代和70年代，我國開始對石油基鉆井液進行研究，但由于使用的油井?dāng)?shù)量有限，開發(fā)不好。近年來，由于在頁巖氣田和吉林油田大規(guī)模開發(fā)，油基鉆井泥漿取得了重大進展。然而，以適用于吉林油田的環(huán)保型油基鉆井液整體開發(fā)仍處于起步階段。（1）以基礎(chǔ)油為鉆井液基礎(chǔ)油如楊浩偉等以合成油為鉆井液基礎(chǔ)油，篩選出乳化劑、有機粘土、降濾失劑等關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)添加優(yōu)化，形成一套環(huán)境友好型水基鉆井液系統(tǒng)。采用BOD5/CODcr法和JC-200型COD進行連續(xù)試驗。結(jié)果表明，除石油瀝青為小毒性外，其他常規(guī)藥劑都是無毒的。通過試驗，獲得了一種新的環(huán)境友好型鉆井液系統(tǒng)，其密度范圍為1.2-2.2g/cm3，油水比70:30-90:10，耐高溫范圍120-150°C，其抗高溫能力優(yōu)于120-150°C，其雜質(zhì)含量低于5%，鉆屑5%，飽和鹽10%，且在150°C，連續(xù)高溫72小時仍然是優(yōu)良的。它的環(huán)保指標(biāo)已經(jīng)達到了標(biāo)準(zhǔn)，并且是綠色的[1]。以低芳香烴基礎(chǔ)油DQ-1為鉆井液基礎(chǔ)油殷鵬等以低芳烴基油DQ-1為基礎(chǔ)油，通過對乳化劑、潤濕劑、降濾失劑等成分的篩選，得到了一種環(huán)境友好的新型水基鉆井液系統(tǒng)的配方，即：基礎(chǔ)油DQ-1+有機膨潤土（1)+2%乳化劑（NEP-1+NEP-2)+0.5%潤濕劑ZY-1+5%防濾失劑SK3+3%防護暫堵劑SK3+2.5%氧化鈣+25%的氯化鈣溶液+重晶石。此系統(tǒng)對油藏的污染很少[11]。（3）以LK-鉆井液作為基礎(chǔ)如隋殿杰等在LK-鉆井液的基礎(chǔ)上，選用了高性能油基鉆井液乳化劑、潤濕劑、降濾失劑等組分。他們提出了一種以K-鉆井液為基礎(chǔ)油配制的環(huán)保型油基鉆井液配方，并進行了系統(tǒng)評價。研究結(jié)果表明，芳烴含量具有低毒、緩蝕性好、耐高溫、耐污染、潤滑性好、對油藏保護效果好等優(yōu)點，可以很好地滿足環(huán)保油基鉆井液的要求，適用于吉林油田[5]。1.4.2國外環(huán)保型油基鉆井液體體系研究進展在近年來，環(huán)境的保護也備受國際組織關(guān)注，傳統(tǒng)的油基鉆井液對環(huán)境的危害受到了大家的關(guān)注，特別是在含有地下水和靠近海洋的區(qū)域，或者對地區(qū)環(huán)境保護要求更高的地方，傳統(tǒng)油基鉆井液的使用更加受限。因此，國內(nèi)外的研究學(xué)者們在研究環(huán)保型油基鉆井液的同時，重心也慢慢地移到環(huán)保、無毒、高效、可降解的鉆井液[12]。（1）常規(guī)油基鉆井液體系傳統(tǒng)的石油基鉆井液系統(tǒng)一般都是在陸地上使用的，一般都是耐高溫的。哈里伯頓公司研發(fā)了INVERMUL系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品適用于我國內(nèi)陸地區(qū)的石油、天然氣鉆井及ENVIROMUL系列油氣鉆井設(shè)備。介紹了以低毒性的礦物油和石臘替代柴油為連續(xù)相中的環(huán)保礦物油鉆井系統(tǒng)。具有低毒性，最高耐溫260℃；貝克休斯公司主要開發(fā)了以柴油或礦物油為基礎(chǔ)油的柴油基鉆井液體系CARBO-DRILL。該系統(tǒng)具有很強的抗溫度和抗污染能力，并且具有很強潤滑性。M-I公司開發(fā)了一種以礦物油為連續(xù)相的高溫高壓礦物油鉆井液體系，其耐溫性高達300℃[7]。（2）低固相油基鉆井液體系低油基固體鉆井液可以大大提高機械鉆井速度，減少儲層損害。M-I開發(fā)了一種由溴化鈣水、礦物油和液體樹脂組成的低固體鉆井液。這種鉆井液的粘土含量相對較低，保持了很強的井穩(wěn)定性，對儲層的固相損害較?。籑-I還開發(fā)了密度高達1.66g/cm3的低固體油基鉆井液。該鉆井液是用甲酸制備的，固體含量僅為1%[8]。（3）合成基鉆井液體系研究開發(fā)出了恒流變液ECOGREEN樹脂和RHEIANT組合泥漿體系。該工藝適合于深海鉆井，其底部清潔，重晶石懸浮，降滲效果好，對海洋環(huán)境污染少；貝克休斯還研制出了一種可以在較低壓力下工作的脂基鉆井液，這是一種特殊的鉆井液。保持系統(tǒng)的流變學(xué)特性，減小液體之間的摩擦，是一件令人不快的事情。（4）全油基鉆井液體系M-I的VERSPAC開發(fā)了一種基于柴油的低毒鉆井液系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以形成強大的凝膠結(jié)構(gòu)，并具有強大的填充效果。它具有保持井的穩(wěn)定性、提高機械鉆速、高溫高壓性能穩(wěn)定、潤滑性好等優(yōu)點。有效地降低了北海地區(qū)大斜度井的靜態(tài)濾失量，從4.8m3/h降到0.4m3/h，封堵效果明顯，保證了井的穩(wěn)定性，減少了鉆井事故[8]。基礎(chǔ)油的篩選與評價通過對基礎(chǔ)油中不同種類的分子結(jié)構(gòu)的生物降解性、生物毒性、重金屬含量等方面進行研究，得出基礎(chǔ)油與生物降解性、生物毒性、重金屬含量等方面之間的關(guān)系以及含量，在此基礎(chǔ)上選擇合適的評價方法，以測試各種類型基礎(chǔ)油的生物降解性、生物毒性、重金屬含量規(guī)律。2.1基礎(chǔ)油降解評價方法建立通過對各類型石油烴的微生物降解機制進行研究，得出了以CO2和H2O為主的生物降解終產(chǎn)物。從而確立了以CO2吸附量為基準(zhǔn)油抽提的環(huán)境友好性篩選方法。利用該法對各種油品進行了可降解性分析。2.1.1實驗過程及條件實驗溫度為28℃，室溫下進行。經(jīng)過壓縮的燃?xì)獗晃胛补?，再通過一臺真空泵將其提起，以確保燃?xì)獾某掷m(xù)、平穩(wěn)地運行。首先，通過氣體流量計，使總的空氣流量維持在600ml/min；然后，此氣體流經(jīng)4個洗滌瓶子，分別是300ml30%KOH溶液、150ml30%KOH溶液和300ml飽和Ca(OH)2溶液。徹底去除空氣中的二氧化碳；采用氣-液分離裝置，將其分別通入空反應(yīng)瓶、生化反應(yīng)瓶及控制生物化學(xué)反應(yīng)瓶中；最后，將300ml的30%KOH溶液注射到對應(yīng)的CO2吸收瓶上?？諌簷C、氣壓計、多支清潔用鋼瓶、三支反向用途的鋼瓶、分流器、多支鋼瓶、多個杯子。從圖2-1可以看出，可以進行生物降解。該裝置由四部分組成：1.清潔裝置2-3。為了脫除二氧化碳，采用KOH水及吸收的氫氧化鈣分別測量了吸收劑的吸附量；二是（6）進行生物化學(xué)加工裝置；三是CO2吸收裝置（7)，采用KOH水溶液對CO2進行吸收和降解；第四部分是CO2（8）[1]。圖2-1生物降解流程圖為了避免測試錯誤，實驗前應(yīng)檢查設(shè)備的整體氣密性和連接性。應(yīng)定期更換洗滌瓶中的KOH溶液，以防止含CO2的氣體進入反應(yīng)裝置。在第三個洗滌筒發(fā)生沉降之前，應(yīng)及時更換前三個洗滌缸，這樣才能避免一些不必要的錯誤。因為300ml的KOH可以完全富集反應(yīng)產(chǎn)生的CO2，并且可以用30%KOH進行吸收，因此無需更換。在此基礎(chǔ)上，采用3個可降解的塑料瓶子，設(shè)置（添加疫苗和對照品）、主反應(yīng)瓶（添加疫苗和測試材料）和空反應(yīng)瓶（添加疫苗但不添加樣品）。以可生物降解性好的油脂作為參照物，以其作為參考物質(zhì)。該疫苗是以居民的污水為原料生產(chǎn)的。將該菌株與無碳的國產(chǎn)細(xì)菌混合液混合，放置24小時，去除廢水中的有機成分。無碳生化培養(yǎng)基的組成及品質(zhì)見表2-2。經(jīng)平板計數(shù)法處理的菌株，其生物活力基本保持在（4.0-8.5）×107CFU/ml左右[1]。表2-2培養(yǎng)基的成分及質(zhì)量濃度(ρ)培養(yǎng)基成分p/g·1-1MgSO4·7H2022.5FeCl3·6H2O0.25（NH4）2SO440.0Na2HPO4·12H2O44.7KH2PO48.5NH4Cl5.0MnSO4·H2O0.040ZnSO4·H2O0.043向反應(yīng)瓶中加入10ml活性廢水和1000mg受試物的量。所有三個瓶子中每個反應(yīng)溶液的總體積必須用蒸餾水稀釋至4000ml。同時，需要將反應(yīng)裝置中反應(yīng)液的pH值設(shè)置為6.5～7.5，將環(huán)境溫度控制在28±1℃，并且在200轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，將各反應(yīng)設(shè)備傳送的平均氣體量調(diào)節(jié)為180-200毫升/分鐘。在8天內(nèi)，該過程幾乎完全結(jié)束。每天測量一次產(chǎn)生的CO2量，減去空反應(yīng)瓶中產(chǎn)生的CO2，作為實驗結(jié)束時的測量值。2.2基礎(chǔ)油的篩選2.2.1基礎(chǔ)油的評價在石油鉆探技術(shù)不斷發(fā)展的今天，已經(jīng)出現(xiàn)了3種不同的基油體系：3號白油、氣制油和合成油。(1)3號白油：中國的白油主要有：工業(yè)用、食品用、醫(yī)療用、化妝品用三種。根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝，可以將其分為兩類：一類是通過熱解得到的，另一類是通過熱解得到的。另一種是特殊的礦物油，它是從高沸點的石油餾分中經(jīng)過精煉去除其中的一些雜質(zhì)而得到的。由于其優(yōu)異的光學(xué)性能，高溫?zé)o臭和無化學(xué)穩(wěn)定性，白油在石油化工，皮革，食品，醫(yī)藥，農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。(2)氣制油：通過對天然氣進行催化聚合，得到以原油及其他化學(xué)品為主的大分子烷烴。此外，煤在煤中含有少量的硫化物和多環(huán)芳烴，其氣化后的產(chǎn)品流動粘度低，易于被生物所利用。同時，將其轉(zhuǎn)變成石化產(chǎn)物，也有利于環(huán)境保護。(3)合成油：由化工或精煉兩種方法制備，其優(yōu)勢在于工藝復(fù)雜，成本高。以原油為原料，通過復(fù)雜的聚合、催化等化學(xué)反應(yīng)（例如費托合成法）可獲得大分子的基礎(chǔ)油。表2-3分別是對3號白油，氣制油與合成油進行對比評價的數(shù)據(jù)。2.2.2不同基礎(chǔ)油生物降解性對比通過比較不同基礎(chǔ)油成分的復(fù)雜性來優(yōu)化基礎(chǔ)油，如表2-3。表2-3不同基礎(chǔ)油的化學(xué)組分組分直鏈烷烴異構(gòu)烷烴環(huán)烷烴芳香烴碳原子數(shù)合成油10%90%——8-21氣制油15%85%——12-213號白油3.5%30%60%0.5%18-30從表2~3可知，石化產(chǎn)物中，人造組分與汽油組分都包含一種組分，且以合成組分為主；3白油組分較為復(fù)雜，除了單一的線性和異構(gòu)烴之外，還存在著環(huán)烷和芳香烴等多種化合物。當(dāng)芳香族化合物中芳香族化合物的濃度升高時，苯環(huán)上的芳香族化合物不容易被降解。圖2-4基礎(chǔ)油生物降解的CO2生成量氣制油、合成油和3號白油為受試物對比進行生物降解性試驗。并對以3號白油為原料制備的汽油與合成汽油進行了對比。以8天為周期，每天觀察3種石油的CO2含量和產(chǎn)生情況，比較分析了3種石油在各種工況下的催化降解作用。測試的結(jié)果如圖2-4所示。研究發(fā)現(xiàn)，在接種后第二天到第五天，各個時期都有很高的降解速度，尤其是在第三天。五天之后，CO2的產(chǎn)出量顯著減少，并且其降解速率顯著減慢。第七天和第八天幾乎沒有CO2產(chǎn)生。油酸的分解速率在第三天和第四天也很快，但在第五天和第六天則下降得很快。兩天后，它變成了少量的CO2。結(jié)果表明，在實驗四天左右，實驗原料和對照原料的降解速度最快，CO2釋放量也不斷減少。通常來說，它們可以有效地轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。以油酸為參比物質(zhì)，合成油、氣制油及3號白油為試驗對象，進行了生物可生物降解性的比較試驗。為了避免實驗結(jié)果的隨機性，我們對三個實驗小組進行了三個不同的實驗。測試的結(jié)果如表格2-5、表2-6、表2-7。表2-5氣制油CO2生成量序號MoMSMS/MO11.04530.71450.69207671421.03980.72720.69184663731.06340.70240.664396519平均值1.04950.71470.680990948表2-6合成油CO2生成量序號MoMSMS/MO11.03240.75450.73082138721.05110.74720.71087432231.05720.76240.721150208平均值1.04690.75470.720948639表2-73號白油CO2生成量序號MoMSMS/MO10.99210.58120.58582804221.14530.60290.52641229431.01890.58430.573461576平均值0.99210.58950.561900637八天期間供試材料與控制材料生成的累計CO2量以Ms和Mo計。氣制油和合成油均表現(xiàn)出優(yōu)良的生物降解性。見表格2~5,2~6，以及2~7。研究結(jié)果表明，合成油的可生物降解系數(shù)（Ms/Mo）達到了72%，比其它兩種原油都要高。2.3基礎(chǔ)油生物毒性的研究2.3.1毒性評測LC50試驗結(jié)果顯示：呼吸所致的有機體死亡率為半數(shù)。以魚、蝦等為代表的水體中的小動物作為研究對象，對其進行急性毒理試驗。也叫TLm，它表示半數(shù)的有機物在某一段時期內(nèi)死亡。TLm對應(yīng)LC50[13]。2.3.2生物毒性的比較根據(jù)《石油勘探開發(fā)污染物生物毒性第2部分:檢驗方法驗方法分析》對生產(chǎn)的生物柴油和購買的油酸異丙醇進行了生物毒性測試。測試方法分析：在毒性試驗中，鹵蟲被用作試驗生物[13]。見表2-8。表2-8玉米油乙酯與油酸異丙酯鹵蟲生物毒性測試結(jié)果對比實驗樣品試驗濃度(mg/L)鹵蟲數(shù)量(只)96h死亡數(shù)量(只)96h死亡率（%）96hLC50(mg/L)合成油空白對照4000＞106mg/L（95％置信限）飽和水溶液4000合成油空白對照4000＞106mg/L（95％置信限）飽和水溶液4000油酸異丙酯空白對照402595％置信限為38315mg/L~60088592404101529440143527151401537.548287403075.5859204040100從實驗結(jié)果可以看出，在實驗條件下，合成油和自購的油酸異丙酯醋對鹵蟲的96h-LC50分別為>106mg/L、95%置信限為38315mg/L~60086mg/L。合成油在實驗條件下表現(xiàn)出極弱的生物毒性，可以認(rèn)為是無毒的。油酸異丙酯96h-LC50值為38315mg/L~60086mg/L，生物毒性試驗結(jié)果大于石油勘探開發(fā)第一階段污染物生物毒性允許值。通過比較不同基礎(chǔ)油的理化參數(shù)和生物毒性，篩選出合適的基礎(chǔ)油。合成油屬于低毒油，其他基礎(chǔ)油符合毒性標(biāo)準(zhǔn)。2.3.3測定基礎(chǔ)油重金屬含量的研究及方法鉆井液中存在各種金屬離子，如鉻、砷、鉛、汞、鎬等。絕大多數(shù)重金屬離子在食物鏈中遷移和積累，對環(huán)境和人類構(gòu)成永久威脅。造成損害的主要原因有兩個：一是地表水水質(zhì)污染；二是土壤污染。無論在何種情況下，它都會通過食物積累，對人類、動物和植物造成巨大傷害[13]。見表2-9。表2-9基礎(chǔ)油重金屬含量處理劑/項目Hg(mg/kg)AS(mg/kg)Cd(mg/kg)Pb(mg/kg)Cr(mg/kg)指標(biāo)最高允許含(mg/kg)157520100010003#白油0.344.340.3210.3845.23達標(biāo)氣制油0001.3417.88達標(biāo)合成油00000達標(biāo)

核心處理劑的優(yōu)選及鉆井液配方建立在第二章試驗研究的基礎(chǔ)上，確定了以復(fù)合油作為基礎(chǔ)油，選用乳化劑、基礎(chǔ)油、降濾失劑等核心處理方法。通過配方優(yōu)選，研制出一種新型的環(huán)保型油基鉆井液體系3.1乳化劑的優(yōu)選3.1.1乳化劑的種類優(yōu)選乳化劑其機制為：在油-水界面上形成一層遮蔽層；減少油水兩相的表面張力。從生物毒性及生物可降解性出發(fā)，選用了以植物油脂酸作主要原料研制的聚酯主乳化劑和輔助乳化劑[6]。具體見表3-1、表3-2。表3-1主、輔乳化劑的生物毒性和生物降解性指標(biāo)LD50/(g·kg-1)EC50/(mg·kg-1)BDI主乳化劑>5>500000.88輔乳化劑>5>500000.82表3-2主、輔乳化劑重金屬含量處理劑/項目Hg(mg/kg)AS(mg/kg)Cd(mg/kg)Pb(mg/kg)Cr(mg/kg)指標(biāo)最高允許含量(mg/kg)15752010001000乳化劑0.814.971.322.886.63達標(biāo)試驗證明，優(yōu)選出的主要乳化劑及助劑的生物毒性及可生物降解性能都符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，且所含的重金屬也符合標(biāo)準(zhǔn)。3.1.2乳化劑的加量優(yōu)選在主、副乳化劑用量為8%的環(huán)保型油基鉆井液系統(tǒng)中，主、輔兩種添加劑的配比對其綜合性能影響較大[6]。如表3-3。表3-3乳化劑加量主輔乳比例狀態(tài)ES(V)AV(mPa·s)PV(mPa·s)YP(Pa)1:7老化前37822175老化后673383262:6老化前47829254老化后776363243:5老化前52137343老化后785524574:4老化前57654477老化后1221655495:3老化前64569618老化后9437565106:2老化前770726012老化1老化前936796613老化后1721877017乳化劑投加配方為：合成油脂+主乳液+20%CaCl2+水溶劑+2%的有機土+4%的降濾劑+5%氧化鈣+重晶石為原料制備了一種新型的配方。試驗結(jié)果表明，主、副乳化劑比例為1:1時，復(fù)合體系的視粘度、塑性粘度和動態(tài)剪切強度都在最佳范圍內(nèi)，可以得到更好的流變性和更好的各條件。3.2有機土的優(yōu)選3.2.1有機土配伍性優(yōu)選有機粘土逐漸與油基油組分形成立構(gòu)網(wǎng)狀，并形成可觸變的膠體。從而使乳液的濾失、憎水性和親油性能得到改善，從而保持了乳液的穩(wěn)定性，增加了粘度和剪切力，從而改善了乳液的流變性能。在石油鉆探中，乳狀液對地層的穩(wěn)定性、過濾性、壁面性及流變性等都有很大的影響。鉆井液乳液的有效性直接影響其穩(wěn)定性、過濾性、成壁性以及流變性。膠體率的高低直接反映了有機土與基礎(chǔ)油的相容性。耐受性好的有機土可以充分發(fā)揮其在基礎(chǔ)油中的所有功能，包括環(huán)保、膠體比和流變特性[5]。見表3-4和表3-5。表3-4有機土的環(huán)保性處理劑/項目Hg(mg/kg)AS(mg/kg)Cd(mg/kg)Pb(mg/kg)Cr(mg/kg)EC50(mg·kg-1)BDI(MS/M0)指標(biāo)最高允許含量(mg/kg)157520100010005000060％有機土0.945.430.8210.378.38845340.7243達標(biāo)表3-5有機土的膠體率及其流變性基礎(chǔ)油膠體率/％AV/mPa·sPV/mPa·sYP/Pa合成油滾前10013.011.21.8150℃×16h滾后9914.713.01.73號白油滾前7914.012.02.0150℃×16h滾后7713.811.91.9氣制油滾前8512510.91.6150℃×16h滾后8013.712.21.5結(jié)果表明，表3-4中選擇的有機土壤具有生物毒性、可生物降解性，符合重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)；在表3-5中，合成油的膠質(zhì)含量最高，3號白油、氣液油和基礎(chǔ)油的膠質(zhì)含量相似，流變性能差異不大。3.2.2有機土加量優(yōu)選在油基鉆井液體系中，隨著有機土添加量的增加，油基鉆井流體的性能逐漸提高。如果數(shù)據(jù)量過大，則會降低系統(tǒng)的運行效率。尤其是加入了較少的有機質(zhì)后，其對油基鉆井液性能的影響并不明顯；如果加入過多，則會使泥漿的性質(zhì)出現(xiàn)偏差。有機土在鉆井液中的作用通常通過熱滾動試驗來測試其最佳用量[5]。如表3-6。表3-6有機土加量有機土比例狀態(tài)ES(V)AVmPa·sPVmPa·sYP（Pa）HTHP備注0%老化前61225253//老化后9863530513.4有沉淀1%老化前57839354//老化后1045544775.6少量沉淀2%老化前64047416//老化后1178625393.1有沉淀3%老化前66455487//老化后12478168131.8無沉淀4%老化前71069609//老化3無沉淀添加有機土的配方為：合成油+4%主乳液+4%輔助乳液+20%CaCl2水溶液+有機土壤+4%的降濾劑+5%的氧化鈣+重晶石。試驗證明，有機土的加入量基本上遵循這樣一種模式：隨著有機土加入量的增加，鉆井液性能逐漸提高，然后下降。超過有機土用量的3%，配方的表觀粘度增加過多。如果有機土的添加量為2%，高溫碾壓后鉆井液的高溫高壓過濾損失適中，整體流變性能優(yōu)異。3.3降濾失劑的優(yōu)選3.3.1降濾失劑種類優(yōu)選在鉆井液體系中，降濾失劑是關(guān)鍵的處理劑。該技術(shù)可在地層中生成薄而硬的泥餅。以石油為基礎(chǔ)的降濾失劑以瀝青或改質(zhì)產(chǎn)物為主。石油瀝青中存在大量的芳香族化合物，這些芳香族化合物具有很強的生物毒性，很難被生物降解。利用天然高分子化合物腐殖酸為原料，接枝親油長鏈胺化合物制得環(huán)境友好型液態(tài)過濾材料；其生物毒性EC50>50000mg/L,BDI>60%，說明本產(chǎn)品是無毒的，可生物降解的，環(huán)境友好的[10]。見表3-7、圖3-8。表3-7降濾失劑的環(huán)保性處理劑/項目Hg(mg/kg)AS(mg/kg)Cd(mg/kg)Pb(mg/kg)Cr(mg/kg)EC50(mg·kg-1)BDI(MS/M0)指標(biāo)最高允許含量(mg/kg)15752010001000＞50000＞60％有機土3.345.850.689.5612.77734830.6838達標(biāo)圖3-8降濾失劑的反應(yīng)原理3.3.2降濾失劑加量優(yōu)選表3-9降濾失劑加量優(yōu)選降濾失量加量ES(V)AVmPa·sPVmPa·sYP（Pa）HTHP0%老化前55637334/老化后9344537812.21%老化前57455374/老化后983455239.12%老化前60155405/老化后1054494065.33%老化前59659445/老化后1146475093.24%老化前62163425/老化后1189445582.85%老化前61757404/老化后1212375072.86%老化前55645334/老化后934553782.2以合成油+4%主乳液+4%輔乳+20%CH3COONA水溶液+2%有機土壤+降濾失劑+5%氧化鈣+重晶石（1.5g/cm3,150℃/16h，油水比為80:20）。實驗結(jié)果表明，隨著投藥量的增加，過濾速率逐漸降低。但是，當(dāng)加入到5%之后，對降低原油的濾失率沒有顯著影響。因此，還要考慮到經(jīng)濟成本等其他方面，如果添加4%的降濾失劑時，系統(tǒng)可以最佳運行，這代表了最佳劑量[13]。見表3-9。3.4氧化鈣加量優(yōu)選其中，在油基鉆井液體系中，某些乳化劑可能與CaO中的Ca2+發(fā)生反應(yīng)，從而提高乳化劑的乳化效果，進一步提高體系的穩(wěn)定性；過多的氧化鈣會導(dǎo)致鉆井液pH值過高，CaO與系統(tǒng)中的水相反應(yīng)形成Ca(OH)2顆粒，可將油基鉆井液帶入堿性條件下，中和H2S和CO2等酸性氣體給維護處理帶來困難。，減少對鉆具的腐蝕和損壞[4]。見表3-10。表3-10氧化鈣加量優(yōu)選氧化鈣加量ES(V)AVmPa·sPVmPa·sYP（Pa）HTHPml0%老化前36119163/老化后4792624315.21%老化前41226233/老化后777292459.12%老化前52133294/老化后8784135612.23%老化前48636333/老化后955443779.34%老化前57446424/老化后1023574985.95%老化前63319465/老化后1161265982.96%老化前66351487/老化后1161575194.7當(dāng)加入氧化鈣時，以合成油+4%主乳液+4%輔乳+20%CH3COONA水溶液+2%的有機土壤+4%的降濾失劑+氧化鈣+重晶石（密度1.8g/cm3，溫度150℃/16h，油水比80:20，測量溫度50℃）。表3-10顯示，隨著氧化鈣添加量的增加，鉆井液體系的表觀粘性、塑粘性和動態(tài)抗剪強度都增加，而濾失量降低。摻加6%石灰后，鉆井液的表觀粘度、塑性粘度和動態(tài)抗剪強度沒有顯著變化，但滲透損失增加，這對鉆井液的綜合利用有很大的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合體系中添加5%生石灰，其綜合性能最佳，為最佳配方。綜上所述，優(yōu)化出一種由合成油+4%主乳+4%輔乳+20%CH3COONA水溶液+2%的有機土壤+4%降濾失劑+5%氧化鈣+重晶石。3.5重晶石加量優(yōu)選在鉆井液的使用過程中，通常需要添加密度高、耐磨性低、易破碎的加重劑，以平衡地層壓力，確保了井眼的穩(wěn)定性。在鉆探施工中，常用的增重劑有重晶石粉，石灰石粉，鐵礦粉，以及方鉛礦粉等。選用了當(dāng)前應(yīng)用較多的一種粘性礦石-重沙。通過對4種不同的重晶石礦物（1、2、3、4）的實驗，確定了一種新的重晶石礦物。由表3-11可知，摻入不同的重晶石后，改性劑的流變學(xué)性能明顯提高，且其破乳速度及流變學(xué)性能均有所提高。3重晶石是一種在地層中不產(chǎn)生氣泡和沉積的新型復(fù)相礦物，是一種優(yōu)異的可互溶的礦物，也是一種很好的可混溶的礦物。[3]。表3-11重晶石種類優(yōu)選配方AVmPa.sYPPaФ6/Ф3GELPa/PaESV備注1%滾前821312/105/6538無沉滾后90108/63/49342%滾前92.516.514/116/7538有泡沫滾后1092118/158/911213%滾前731211/94.5/61148無沉滾后75.55.56/53/49874%滾前68.513.512/105/61106少量水滾后--15/116/71142注：4%的主乳+4%輔乳+2%的土壤+4%的氧化瀝青+氧化鈣+重晶石（密度2.0g/cm3,/水比例85:15，熱滾溫度180℃）

環(huán)保型油基鉆井液的綜合性能評價基于新設(shè)計的環(huán)保型油基鉆井液體系，需要對鉆井液體系的耐溫性、降低濾失量、油水比等方面進行綜合評估，以確保其形成一個功能良好的鉆井液系統(tǒng)，滿足適用于吉林油田的環(huán)保型油基鉆井液要求。4.1不同密度鉆井液性能評價從圖4-1可以看出，在150℃下，16h后，在不同密度下（1.25、1.8、2.0、2.2、2.6g/cm3）氣油鉆井液在高溫、高壓下均表現(xiàn)出優(yōu)良的流變性和穩(wěn)定性。當(dāng)破乳電位超過600V時，說明該系統(tǒng)的穩(wěn)定性能良好；在高溫下，濾失損耗在10毫升以下，有利于降低水分的滲入，有利于提高油井的穩(wěn)定及儲層的保存[5]。表4-1密度對鉆井液性能評價的影響密度g/cm3實驗條件AVPVYPPaФ6/Ф3GELPa/PaESVHTHPml1.2滾前33211212/105/66907.0滾后37.5325.56/52.5/48601.8滾前50341616/147/86277.6滾后8574118/63/48062.0滾前91.57714.58/63/412628.0滾后104.58321.514/125/69682.2滾前10491139/74/510328.8滾后1281121614/126/712472.6滾前1421301216/147/819259.6滾后12111748/63/41450根據(jù)表4-1，采用合成油+4%主乳液+4%輔乳+20%CH3COONa溶液+2%的土壤+4%降濾失劑+5%CaO+重晶石（溫度150℃，熱滾16h，油水比80:20，測量溫度50℃），該體系具有較高的視粘度、塑性粘度和動態(tài)剪切力（YP）。熱滾16h后，具有顯著的靜態(tài)剪切力和低于5ml高溫高壓損失，且破乳電壓最小的也接近與600V。鉆井液體系的穩(wěn)定性很高，對井的穩(wěn)定性和儲層保護有積極作用。4.2不同溫度對鉆井液性能評價的影響隨著鉆井深度的增加，巖層中的溫升逐漸升高，達到了200℃左右。提升其耐高溫能力是擴大其應(yīng)用范圍、滿足更高溫鉆要求的重要途徑。在不同的溫度環(huán)境中，對鉆井液性能的評估見下面的表4-2[11]。表4-2溫度對鉆井液性能評價的影響氧化鈣加量ES(V)AVmPa·sPVmPa·sYP（Pa）Ф6/Ф3GELPa/PaHTHPml120老化前6354334911/94/5/老化后10335647912/104/53.4150老化前68959491011/93/4/老化后11635547810/84/52.5180老化前8537060109/75/6/老化后164787642336/259.5/124.7試驗確定了以合成油+4%主乳液+4%輔助乳液+20%CH3COONA溶液+2%有機土+4%降濾失劑+5%氧化鈣+重晶石（密度1.8g/cm3，熱滾16h，油水比80:20，實測溫度50℃），在150℃下，其視粘度、塑性粘度、動剪力均較好，且無明顯差異，在高溫下，其破乳力大于600V，在高溫條件下，濾損<3ml。4.3鉆井液的抗污染評價鉆井液的抗污染評價是評估鉆井液抵抗污染物影響的能力，以確保其在鉆井過程中的性能穩(wěn)定和施工安全。試驗結(jié)果如表4-3所示。參數(shù)已知：該體系的粘度均達到了150°C/16小時、油/水比例為80:20、測量溫度為50℃。表4-3鉆井液抗污染評價的影響污染物ES(V)AVmPa·sPVmPa·sYP（Pa）GELPa/Pa備注5%CaSO4老化前8738976138/10/老化后9219380139/10/老化后135595851010/11無沉淀老化前9339787109/10/5%NaCL污染后98910088129/11/老化9無沉淀5%鐵屑老化前899101901110/12/污染后922107941311/13/老化后14211161051110/11少量沉淀采用了一種以合成油+4%主乳液+4%輔助乳液+20%CH3COONA溶液+2%有機土+4%降濾失劑+5%氧化鈣+重晶石。將配制的藥劑放入含5%CaS04、5%NaCl和5%鉆頭切口的污染條件下。實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)熱滾動處理后，其破乳率明顯高于熱滾動前后，但其粘度、粘度、粘度等指標(biāo)均處于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，且基本無沉積物產(chǎn)生，說明其耐污效果良好。在此基礎(chǔ)上，研究了該體系在各種含鹽溶液中的抗沾污性能，并對該體系的抗飽和咸水環(huán)境進行了評價。試驗結(jié)果如表4-4所示。表4-4鉆井液抗飽和鹽水污染評價的影響飽和鹽水加量ES(V)AVmPa·sPVmPa·sYP（Pa）GELPa/Pa備注0熱滾前545948685/6/熱滾后842887994/5無沉熱滾前5711009198/9/5%污染后783106951110/8熱滾后116412711897/8無沉熱滾前6169890811/12/10%污染后933126120616/13熱滾后1435136121159/10無沉15%熱滾前61510089118/10/污染后15751501331727/21沉淀熱滾后193434/26/20%污染后573101891219/20破乳熱滾后/其中，若以合成油+4%主乳液+4%輔助乳液+20%CH3COONA溶液+2%有機土+4%降濾失劑+5%氧化鈣+重晶石（密度1.8g/cm3，溫度150℃/16h，測量溫度50℃）。研究發(fā)現(xiàn)：在油/水比例為75:25的情況下，樹脂的視粘度、塑性粘度及動剪切強度均增大，但其穩(wěn)定性有所下降。但是，它可以保持一定的性能水平。熱滾前后，系統(tǒng)的破乳電壓均減小，高溫高壓過濾損失逐漸增加。因此，當(dāng)油水比為80:20時，鉆井液在各個方面都具有最佳性能。4.4鉆井液體系環(huán)保性能評價鉆井液體系環(huán)保性能評價是對鉆井液在使用和處置過程中對環(huán)境的影響進行評估，以得出其對環(huán)境的友好程度。在實際應(yīng)用中，需要選擇環(huán)保性能好的鉆井液體系，加強鉆井液的維護和管理，以減少其對環(huán)境的污染。同時，還需要加強廢鉆井液的處置和回收利用，以實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護的雙重目標(biāo)。環(huán)保無污染是新型環(huán)保油基鉆井液體系的最重要指標(biāo)。在前文中，對系統(tǒng)的每個個體因素的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的不同方面進行了評估，它們都符合標(biāo)準(zhǔn)。本節(jié)評估系統(tǒng)的整體環(huán)境性能。關(guān)于該系統(tǒng)的生物毒性、生物降解性和重金屬含量的實驗結(jié)果如下[13]。見表4-5和表4-6。表4-5鉆井液體系生毒性和降解性檢測項目EC50(mg·kg1)毒性等級Ms（g）Mo(g)BDI(Ms/Mo)降解性新型環(huán)保油基67962無毒0.705341.01590.6973可降解表4-6鉆井液體系重金屬含量處理劑/項目Hg(mg/kg)AS(mg/kg)Cd(mg/kg)Pb(mg/kg)Cr(mg/kg)指標(biāo)最高允許含量(mg/kg)15752010001000新型環(huán)保油基鉆井液體系6.5619.599.4238.8545.63達標(biāo)由表4-5,4-6可知，該體系具有生物無毒，可生物降解，所含重金屬含量不超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可用于現(xiàn)場使用。試驗研究發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的泥漿系統(tǒng)，經(jīng)過一段