歐陽(yáng)勇， 董宏偉， 陳在君

(1低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院 3中石油川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院)

隨著我國(guó)石油工業(yè)迅速發(fā)展，鉆井技術(shù)對(duì)鉆井液提出了更高、更新的要求，鉆井液的使用越來(lái)越受到國(guó)家環(huán)保法律政策的規(guī)范和限制。因此，立足當(dāng)前環(huán)保鉆井液技術(shù)的發(fā)展，探索既滿足鉆井工程需求又具有環(huán)境友好性質(zhì)的新型的鉆井液[1-5]，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外鉆井液工程技術(shù)人員關(guān)注和研究的一個(gè)重要課題。

目前鉆井液中普遍使用的腐植酸類、樹(shù)脂類、磺化瀝青類、單寧類、丙烯酸類聚合物等產(chǎn)品，使鉆井液生物毒性大，且難于降解，使排放物的指標(biāo)更難達(dá)到國(guó)家要求[6-11]，目前的處理辦法中，極易造成二次傷害，因而毒性小，能生物降解，對(duì)環(huán)境傷害小，有利于后期處理的鉆井液技術(shù)是目前解決環(huán)保鉆井液的關(guān)鍵[12-18]。本文擬通過(guò)研發(fā)關(guān)鍵處理劑胺基抑制劑G319和納米封堵劑G314為主劑，優(yōu)選其它天然綠色添加劑，構(gòu)建清潔型可生物降解鉆井液體系，使得體系毒性大大降低，解決了目前鉆井液毒性大，難于生物降解的問(wèn)題，為蘇里格清潔化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

一、清潔型鉆井液關(guān)鍵處理劑的研制

1.胺基抑制劑G319的合成

1.1 胺基抑制劑G319的合成工藝流程

(1)反應(yīng)釜中加入10～20 kg水，在加入起始劑15～20 kg，攪拌30 min充分溶解。

(2)攪拌條件下滴加催化劑1～2 kg，10 min勻速滴完。

(3)攪拌條件下添加有機(jī)胺50～60 kg，勻速攪拌30 min。

(4)待完全溶解后，加熱，升溫至60℃。

(5)攪拌條件下加入環(huán)氧乙烷60～70 kg、環(huán)氧丙烷80～90 kg，勻速攪拌60 min。

(6)充氮?dú)饪刂茐毫Φ陀?0 MPa，溫度低于150℃，反應(yīng)36 h。

(7)停止反應(yīng)，冷卻至室溫，得淡黃色黏稠液體，以作備用。

1.2 胺基抑制劑G319評(píng)價(jià)

1.2.1 胺基抑制劑G319抑制效果評(píng)價(jià)

選取直羅組巖屑，進(jìn)行胺基抑制劑G319與同類抑制劑回收率對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1可知，室內(nèi)合成的胺基抑制劑G319抑制性要優(yōu)于國(guó)外同類型的聚胺。

表1 胺基抑制劑G319與同類抑制劑回收率對(duì)比

注:一次回收率條件：90℃×16 h；二次回收率條件：90℃×4 h；三次回收率條件：90℃×4 h，巖屑為鄂爾多斯盆地直羅組巖屑。

1.2.2 胺基抑制劑G319加量選擇

胺基抑制劑G319加量到1.5%以后如再繼續(xù)提高加量，巖屑的回收率提高幅度變化不是很大，因此確定胺基抑制劑G319加量為1.5%適宜。

2.納米封堵劑G314的合成

2.1 納米封堵劑G314的合成工藝流程

(1)四口燒瓶中加入100～150 g蒸餾水。

(2)攪拌條件下加入無(wú)水乙醇。

(3)攪拌條件下加入苯丙烯40～60 g，均勻攪拌至完全溶解。

(4)攪拌條件下加入甲基丙烯酸乙酯40～60 g，均勻攪拌至完全溶解。

(5)通氮?dú)庵脫Q空氣30 min，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至90℃。

(6)緩慢加入2%過(guò)硫酸鉀溶液20 mL，反應(yīng)8 h。

(7)停止反應(yīng)，冷卻至室溫，過(guò)濾，用無(wú)水乙醇和蒸餾水反復(fù)洗滌。

(8)在80℃恒溫干燥24 h，即得白色固體，以作備用。

2.2 納米封堵劑G314粒徑測(cè)定和掃描電鏡

分別使用馬爾文ZSE型納米粒度及Zeta電位儀和掃描電鏡測(cè)試納米封堵劑G314的粒徑分布和粒徑尺寸，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 納米封堵劑G314粒徑分布曲線

圖2 納米封堵劑G314掃描電鏡圖

圖1～圖2可知，納米封堵劑G314的粒徑處于100～200 nm范圍內(nèi)。

2.3 納米封堵劑G314封堵性評(píng)價(jià)

應(yīng)用OFITE滲透性封堵儀在90℃、3.5 MPa下評(píng)價(jià)了納米封堵劑G314的封堵性能，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 納米成膜封堵劑G314加入前后封堵性能對(duì)比

圖3可知，加入納米封堵劑G314后，高溫高壓瞬時(shí)濾失量顯著降低，表明封堵性顯著增強(qiáng)，能夠快速形成優(yōu)質(zhì)濾餅，有效進(jìn)行瞬時(shí)封堵。

二、清潔型可生物降解鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

研發(fā)的關(guān)鍵處理劑胺基抑制劑G319和納米封堵劑G314為主劑，優(yōu)選其他天然綠色添加劑，構(gòu)建了清潔型可生物降解鉆井液體系，并對(duì)體系性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.清潔型可生物降解鉆井液體系環(huán)保指標(biāo)評(píng)價(jià)

使用哈希CODmax plus sc型分析儀，哈希BOD TrakII型分析儀以及DXY-3型生物毒性測(cè)試儀進(jìn)行體系的環(huán)保指標(biāo)評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2，環(huán)保性評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)：《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)技術(shù)評(píng)價(jià)方法》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：SY/T 6788-2010和《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護(hù)技術(shù)要求》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：SY/T 6787-2010。

表2 體系環(huán)保指標(biāo)

注：體系配方：1.5%G319+1.0%G314+1.0%CYL-1+0.5%XCD+5.0%CaCO3，ρ=1.1 g/cm3，以下同。

表2可知，清潔型可生物降解鉆井液體系BOD5/COD為0.365，易降解，生物毒性EC50為32 400 mg/L，為無(wú)毒，TOC值為860 mg/L。

2.清潔型可生物降解鉆井液體系綜合性能評(píng)價(jià)

2.1 清潔型可生物降解鉆井液體系高溫流變性評(píng)價(jià)

使用美國(guó)Chandle公司7600型高溫高壓流變儀進(jìn)行了體系的高溫流變性評(píng)價(jià)，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 體系高溫流變性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3可知，清潔型可生物降解鉆井液體系溫度熱滾溫度達(dá)到150℃時(shí)，體系的流變性能變化不大，但體系溫度熱滾溫度達(dá)到160℃時(shí)，體系的表觀黏度大幅度降低，說(shuō)明清潔型可生物降解鉆井液體系最高抗溫150℃。

2.2 體系的抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

使用OFI 150-80-1-230V型高溫動(dòng)態(tài)線性頁(yè)巖膨脹儀進(jìn)行了巖心膨脹率測(cè)試評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 體系的抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

表4可知，巖心膨脹量降低率8 h后達(dá)到62.74%，16 h后達(dá)到60.30%，說(shuō)明體系的抑制性很強(qiáng)。

2.3 體系的封堵性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

使用法國(guó)VINCI公司CFS700型多功能巖心驅(qū)替儀進(jìn)行了封堵評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 體系封堵及解堵評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

表6可知，清潔型可生物降解鉆井液體系中加入不同濃度的納米封堵劑G314，封堵率和解堵率均達(dá)到90%以上，達(dá)到很好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用

1.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概況

針對(duì)常用鉆井液體系與環(huán)境保護(hù)的矛盾愈加突出等問(wèn)題，研發(fā)關(guān)鍵處理劑胺基抑制劑G319和納米封堵劑G314為主劑，優(yōu)選其他天然綠色添加劑，形成清潔型可生物降解鉆井液體系，研究成果在長(zhǎng)慶油田油井側(cè)鉆井進(jìn)行了3口水平井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用。試驗(yàn)井整個(gè)施工試驗(yàn)井段鉆井液性能穩(wěn)定，流變性、防塌抑制性、潤(rùn)滑性能佳，3口實(shí)驗(yàn)井均通井電測(cè)順利，電測(cè)一次成功。同時(shí)該鉆井液體系環(huán)保性能優(yōu)良(見(jiàn)表6)，滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。

2.應(yīng)用效果

2.1 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液無(wú)毒易降解

現(xiàn)場(chǎng)取鉆井液進(jìn)行室內(nèi)環(huán)保指標(biāo)評(píng)價(jià)，3口試驗(yàn)井的鉆井液環(huán)保指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6可知，試驗(yàn)井取樣體系BOD5/CODCr>0.26，易降解，生物毒性>20 000 mg/L，為無(wú)毒。

表6 體系現(xiàn)場(chǎng)取樣環(huán)保指標(biāo)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液抑制性能強(qiáng)井徑規(guī)則

清潔型可生物降解鉆井液體系在油井側(cè)鉆井進(jìn)行的3口試驗(yàn)井井徑擴(kuò)大率隨井深的變化統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 試驗(yàn)井井徑擴(kuò)大率隨井深的變化曲線

圖4可知，試驗(yàn)1井平均井徑擴(kuò)大率為5.66%，試驗(yàn)2井平均井徑擴(kuò)大率為3.62%，試驗(yàn)3井平均井徑擴(kuò)大率為4.16%，三口井井徑規(guī)則，均無(wú)大肚子井眼形成。

四、結(jié)論

(1)研發(fā)的清潔型可生物降解鉆井液體系性能穩(wěn)定，抗溫達(dá)150℃，流變性良好、抑制性強(qiáng)，16 h后巖心膨脹量降低率達(dá)到60.30%。

(2)體系BOD5/CODCr值為0.365，易降解，生物毒性EC50值32 400 mg/L，為無(wú)毒。