钻井液体系环境影响评价方法研究_田文欣.pdf

2023 年 第 4 期 化学工程与装备 2023 年 4 月 Chemical Engineering&Equipment 225 钻井液体系环境影响评价方法研究 钻井液体系环境影响评价方法研究 田文欣（陕西开放大学，陕西 西安 710119）摘 要：摘 要：介绍了钻井液的作用、分类及组成；分析了钻井液处理技术概况；从固化处理，污染物指标测定方法等方面对对钻井液体系环境影响进行了探讨。关键词：关键词：钻井液体系；环境影响；技术概况 前 言 前 言 随着油气资源的开采和开采，对我国环境造成的污染日益引起重视。钻井液是一种污染物质，其对环境的影响和对环境的保护作用已成为国内外学者关注的焦点。目前，国内外有关学者对钻井液的环境影响评估工作进行了较多的探讨，并已取得较好的效果。1 钻井液的作用、分类及组成 1 钻井液的作用、分类及组成 1.1 作用 1.1.1 携带、悬浮岩屑和加重剂，清洁井底 利用循环法，将井下的碎石运至地表，并使其保持井底处的洁净，使钻具在井下与新的地层接触、粉碎，防止再切割，减小钻具的磨损，从而使钻具的工作更高效、更安全、更快捷，是钻井液最主要、最根本的功能。在起下钻、接单根或由于某些原因而中断时，钻井液可以将钻头中的碎屑在钻井液中保持不快速下落，防止沉砂、卡钻等现象。1.1.2 冷却和润滑作用 在钻探作业中，由于钻头的不断转动使地层破裂，会带来很大的热，而钻具由于与井筒的摩擦而发热。钻井液经过反复地流动，会将钻头和钻具的温度降低，降低钻头和钻具的磨损，延长钻具的使用年限。由于钻井液的存在，使得钻头与钻具都能在流体中转动，从而极大地减小了摩擦力，从而达到良好的润滑效果。1.1.3 平衡井壁岩石侧压力和地层压力 在钻井中，可以通过调整钻井液浓度，以达到与地层压力、岩体侧压力均衡的目的，避免井喷、井漏、井崩等井下事故的发生。1.1.4 井壁稳定 井壁稳定、井眼规则是安全、快速、高质量钻井的基础。钻井液可以利用液相的过滤作用，在井壁上形成一层薄薄的、坚韧的滤饼，使已钻出的地层得到稳固，阻止液相侵入，从而保护和稳定地层，防止流体相对于油气层受到污染，导致井壁崩塌。1.1.5 水力破碎岩石和有效传递水力功率 钻井液是在钻进过程中，由钻头喷嘴喷射出的高流速喷射而成的一种高速喷射流，对井下的压力很大，能直接粉碎或辅助破碎岩石，从而提高钻进速度和切割效率，同时还能将钻进所需要的动力和钻机的液压动力进行传输。1.2 分类 散型钻井液体系；主要应用于深井、稠油井段，添加不同的分散剂，如磺酸盐、褐煤、单宁，并添加钾化合物，以抑制页岩的水化。分散剂还具有去絮凝、降滤失的功能。不分散钻井液体系。主要应用于浅井或表面钻井液，不含分散剂，如天然造浆液、开钻钻井液、微量处理钻井液等。聚合物高分子钻井体系。可以在任何情况下进行钻探，并能承受超过 150的温度。本体系中加入了各种长链、大分子量的高分子，其中以聚丙烯酰胺及其衍生物、生物胶、纤维素及其衍生物为主要原料，它们能防止分散，提高粘度，并减少失水率。在聚合物钻井液中，还存在着一定数量的膨润土和抑制盐。钙处理钻井液体系。是一种防治页岩崩塌、井眼扩大、井眼破坏的新型钻井液体系。它主要是通过调节钙离子浓度，使其适合于各种地质条件，从而达到很好的抗钙性。按体系中的钙离子源分为石膏、石灰、氯化钙三种类型。盐类钻井流体体系。主要应用于含 CMC、淀粉及其他处理剂的盐层下钻井。按盐类和盐类的不同，可以将其分为饱和盐水、海水盐和盐水。2 钻井液处理技术概况 2 钻井液处理技术概况 2.1 直接排放 直接排出技术是目前常用的浅水基钻井液。此类废弃钻井液具有较低的污染物（COD,BOD，重金属，Cl-等），并且容易获得天然的环境净化。该工艺采用自然沉淀、机械脱水、化学处理等工艺，达到一定的标准后，直接排放。该方法具有操作简便、操作简便、造价低廉等优点，但因“无毒无害”的限制而使环保机构难以接受，且应用领域狭窄，难以推广。2.2 直接填埋 采用直接填埋法进行土壤回填法，费用低，操作简单。世界上大部分国家都采用了该技术来处理工业固体废弃物。在填埋场之前，通过选择坑进行沉淀和分离，对分离出来的上层废水进行净化、处理，达到一定的要求后，再进行现场排放。将剩余的污泥进行干燥处理，等水分达到一定程度后，再将其贮存于坑中，等固化后再进行掩埋。该工艺适合于钻DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.04.039226 田文欣：钻井液体系环境影响评价方法研究 探废水中的盐、有机物质、油和重金属含量极少，且不会对矿坑周边地下水造成污染，且污染物浓度保持在可接受的水平。对石油和重金属含量严重超标的废弃钻井液，采用此工艺是不可行的。2.3 坑内密封 坑内密封也称为“安全地基”。由于钻井液中存在有毒物质，往往会对地下水及地面土壤产生污染，从而避免渗流。即在常规填埋工艺的基础上，在贮内加衬层，然后采用常规的填埋工艺。该工艺具有较高的安全性，是目前国外常用的处理危险固体废弃物的工艺。2.4 土地耕作法 将钻井液和泥土按照一定的比例进行搅拌，充分稀释含盐等有害成分，从而有效地分解有机物。我国油田进行了钻井液植物培养实验，结果表明，通过严格控制土壤稀释度，合理选用钻井液系统，可以实现对废弃钻井液的土壤稀释。已有研究对钻井液中的生物毒性进行了分类和分类，结果表明，钻井液中的各种物质对生物毒性的影响各不相同，有些可以认为是无毒的，有些则是无害的，有些则是微毒的。因此，钻井液的种类与土壤稀释处理的可行性有很大的关系。2.5 脱稳干化场处理法 在乾旱地区，可将钻井液经脱稳剂处理后直接贮存于人工处理场，经水分蒸发或提取物回收后，经自然干燥，以降低其体积。该技术要求建造大型的油库，以满足在特定区域内钻探产生的钻探废水。化学解稳剂的作用在于：使胶体的稳定性受到破坏，从而促进水分的渗透和挥发。此方法适合于对环境污染控制不严格的集中钻井或周边井距离较近的区域。3 油田废弃钻井液环境影响研究 3 油田废弃钻井液环境影响研究 3.1 固化处理 3.1.1 水泥固化 水泥固化处理技术是将水泥作为基础材料，利用水泥的水合作用和水硬胶结来固化垃圾，其基本原理是通过水泥的固化来减小其表面积，同时减小其渗透率。水泥固化是一种很好的处理含重金属废料的方法。在水泥固化期间，由于酸碱度较高，导致废液中的重金属离子形成了难溶性的氧化氢并附着在水泥基体上。水泥是一种无机胶结材料，常用的硅酸盐水泥熟料有四种矿物：硅酸二钙，三硅酸三钙，铁铝酸四钙，铝酸二钙。水化作用后，水泥会变成坚固的混凝土，可以把砂、石等填料牢固地结合起来。3.1.2 石灰固化 石灰固化剂是一种以石灰为主要原料，水泥窑灰和粉煤灰作为添加剂的处理工艺。由于水泥窑灰渣和粉煤灰中含有大量的活性氧化铝和二氧化硅，可以在水的情况下与石灰发生反应，从而产生对硫酸盐、亚硫酸盐等的凝固硬化，从而使其具有一定的硬度。在固化过程中，通常需要添加其他类型的固化剂，以增加固化体的强度和抑制杂质的渗出。由于石灰固化的两种主要固化剂是粉煤灰和水泥窖灰，这两种固化剂都是工业废料，因此本工艺是以废为废，以废治废。3.1.3 沥青固化 沥青固化工艺是将淤渣与沥青混合，经加热、蒸发等工艺进行固化。沥青经硬化处理后形成的硬化体孔隙较小，致密程度较高，不易渗入。但由于沥青的热传导性能差，在固化过程中的加热蒸发效率很低，而且污泥中含有大量的水分，在气化时会有气泡和气泡，很容易造成废气的排放。3.1.4 自胶结固化 自胶结固化技术是利用废弃物自身的粘合性质对其进行固化的一种工艺。自胶结法是一种处理含硫酸钙和亚硫酸钙废水的方法。其基本原理是：将亚硫酸钙半水化合物（CaSO31/2H2O）加热至脱水点后，会发生胶结反应。通过自粘结硬化的固化剂，可以直接用于填埋场。3.2 污染物指标测定方法 3.2.1 砷、镉、铅、铬、汞的测定 采用原子吸收光谱分析方法，对钻井液的浸出液进行分析。将被测溶液喷雾后，用火焰蒸发、干燥、灰化、原子化，最终形成基态的原子蒸汽，并有选择地吸收元素中空阴极灯和无极灯所发出的特性辐射谱。在特定的浓度范围内，样品的特征辐射光谱吸收强度与被检测物质的质量分数呈正相关。3.2.2 油含量的测定 利用重力法测定钻井液中的含油量。用重量法将样品用硫酸酸化，将样品中的矿物油用石油醚提取，然后将其蒸发，再称取其重量。用重量法测得的油量是在试验过程中可以用石油醚提取的油的总含量。在脱溶剂过程中，轻质油的损耗会很大。此外，由于石油醚具有选择性溶于油，因此，在原油中的一些重组分中，有些物质不会被溶剂提取出来。利用重力法测定钻井液中的含油量。用重量法测得的油量是在试验过程中可以用石油醚提取的油的总含量。在脱溶剂过程中，轻质油的损耗会很大。此外，由于石油醚具有选择性溶于油，因此，在原油中的一些重组分中，有些物质不会被溶剂提取出来。3.2.3 化学需氧量 COD 含量的测定 COD 检测依据环境保护行业标准 HJ/T399-2007水质 化学需氧量的测定 快速消解 分光光度法 进行分析钻井液中的 COD。在样品中添加一定数量的硫酸汞，以消除氯离子的干扰，再添加适量的重铬酸钾标准溶液和一定浓度的强酸溶液。过量的重铬酸钾可用亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液进行回滴，并按其用量的大小，计算出其化学需氧量。3.2.4 生化需氧量 BOD 含量的测定 BOD 检测依据环境保护标准 HJ 505-2009 五日生化需氧量的测定稀释与接种法，主要采用 5 天 20培养法测定水样中的 BOD 值,将钻井液密封于试验瓶中,在(20 田文欣：钻井液体系环境影响评价方法研究 227 1)于暗处培养 5 天，然后分别测定样品培养前后的溶解氧,这两者之差即为 5 天的生化需氧量 BOD5。3.2.5 pH 值的测定 pH 值的测定依据国标 GB 6920-86水质pH 值的测定玻璃电极法进行分析。4 结 语 4 结 语 大多数钻井液的常用组分不含毒性、不易降解，且对环境造成一定的污染，仅有极少数的环境可以被接受。能够探测到的油田所使用的典型的钻井液大多为难降解、无毒、有生物和化学毒害。结果表明，在废弃钻井液中添加有害环境的助剂，会对环境产生一定的污染。其次，与循环型钻井液相比，固体含量和密度稍有下降。由于回收液体中含有钻屑和废料，同时废液中也含有钻屑，但在废液中沉积后，如钻屑等废物进入池底，从而导致废液中的固相浓度和浓度下降；油田钻井液中硅酸盐、硫酸钡等成分含量高，其中碳酸盐、有机物含量少，有机物、碳酸盐、硅酸盐硫酸钡等循环钻井液中的有机物、碳酸盐和硅酸盐硫酸钡的含量均有所下降。此外，油田钻井废水的浸出液中的主要污染物是石油和其他有机物质。与同循环钻井液比较，废弃钻井液中 COD、BOD5、原油含量均有下降，而 pH 值的含量则略有下降，对环境的影响较小。参考文献 参考文献 1 王宁.钾铵基钻井液体系处理剂质量控制指标分析J.石化技术,2021,28(09):22-23.2 潘丽娟,叶艳,张謦文,等.西北油田塔里木地区水基钻井液体系环保控制指标研究J.石油与天然气化工,2018,47(04):107-112.3 黄菁,商祥礼,赵刚,等.规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识J.云南化工,2018,45(03):138.4 邓楚娈.新型抗 200高温水基聚磺钻井液体系研究D.西南石油大学,2017.（上接第 219 页）_（上接第 219 页）_ 的效率与质量，同时也可以对减少井下工作的成本起着举足轻重的作用。油田在开采过程中往往会用到很多井下作业技术，由于石油开采属于地下作业，在开采过程中由于地质环境比较复杂，在进行井下作业过程中会发生很多突发情况。如果采用的井下作业技术不合理或者没有达到相关操作标准，就会造成安全事故的发生。因此需要对井下作业技术进行深入研究，然后提出相关的安全生产监督建议，能够有效促进油田的经济效益并提高整体的生产安全性。经过以上的研究和分析发现，想要油田的健康稳定发展，必须要以安全管理为基础，安全管理体系的是否完善直接影响着员工的切身利益，安全管理工作是每时每刻都在进步的，针对井下作业中存在的安全隐患，我们要找到有效的解决办法，制定相应的解决措施，严抓狠抓安全生产，才能保障生产队伍的安全和稳定。在当时十分严峻的形势下，井下作业所有员工都要有着加强安全管理的意识，从根本上减少安全事故的发生，促进油田的可持续发展。参考文献 参考文献 1 黄林.井下作业施工现场的安全生产管理措施J.化学工程与装备,2017(07):254-255.2 刘腾.如何推进企业安全文化建设J.化工管理,2015(10):114-115.3 朱强,李丹.加强井下作业监督,提升采油厂经济效益J.石化技术,2018(12).4 赵雅娟,马学超,吕洋.井下作业技术措施探讨J.化工设计通讯,2019(01).5 李明成.强化井下作业管理提高井下作业质量J.中国石油和化工标准与质量,2019(08).6 刘淼.强化井下作业管理对井下作业质量的作用分析J.化学工程与装备,2019(11).