无污染合成基泥浆能提高钻井效率.pdf

3 0 国外钻井挠术 第十二卷l ， 町 年第 3 期 f- 攀 尊 案 簿 e 一 ， l、 ／ j l 一 钻井行业 已研制出好几种合成基泥浆镉和汞含量； 禁止含有柴油的泥浆及钻屑排 零 茇 排 放 指 阿 。 。 。 进 中 粘 附 有 ． 了产 ⋯⋯⋯ ⋯ vD i v l s ； ； 三 ’ 。 耋 。 。 。 。 ～ 磊 ,W B M 。s ； ； 外； 量 W” B M D枵 IV水I ； 『技 术 如 下 {静 态 萤 光 J下 ，B M 。 口入 嚣 试 验 监 测 无 游 离 油 排 出 ； 3 0 0 0 p p m、 9 6 一 h r一 ⋯ ⋯ 。 ⋯ ⋯ ⋯⋯～ ⋯ ～ 维普资讯 国外钻井擅术 3 1 油基泥浆 O B Ms 在某些情况下使用 WB Ms 是有缺 陷的 ， 特别是钻大斜度、 水平井或高温及易水化页 岩地层 。为了克服这些缺陷， 过去人们一直在 发展和完善 O B Ms 。 在墨西哥海湾最常使用的 OB M 类型是含有各种分散于油中处理剂的油 盐水乳化液。 当使用WB Ms 有危 险， 技术上不 可能和不经济并要求性能高时使用 O B Ms 。 通 常通过供应商租用或购买 OB Ms 。 采 用 O B Ms钻井 ， 一般 产生的污 水量 比 采用 WB Ms 少， 这是因为很少发 生井壁坍塌 ， 泥浆可再处理重复使用， 而不是放掉 此外， 泥浆重复利用 ， 只处理钻屑 。OB M 的平均 污水量 粘 附有 O B Ms的钻屑 ， 估计 母 口井为 2 0 0 0 8 0 0 0 桶 。 受环保局排放指标的限制 ， O B M 污水含 油而不能就地排放 。在美 国沿海地 区， 大多数 的钻井污水要运到岸上处理 。尽管 O B Ms 具 有独特有价值的性质， 但由于额外增加槽水的 运输和处理费用 ， 以及在陆上处理受场地的长 期不利因素考虑， 其使用受到限制。 合成基泥浆 S B Ms 目前， 已有几种 S B Ms 体系在钻井行业中 使用 。 按台成基液的分子结构 ， S B M8 梭分为 酯类、 醚类、 聚 a 一烯烃类 P A O s 和烯烃异构 体类 ， ’ 由于 S B Ms 的使用相对来说具有创新， 技 术也仍在发展 ， 因而将来很可能还要开发其它 类型的基础化台物 。 S B Ms 体 系不需大量冲稀 来控制 固相， 废浆及钻屑体积减少 。像 O B Ms 一 样 ， S B Ms 可重复使用， 只排放钻屑。 ， 各种类型的 S B Ms具有适应 面广的化学 和钻井性能 。 不同类型 S B Ms 对环境的影响也 不 同。虽 然 本 文 把 所有 这 类 材 料 都 称 为 S B Ms ， 但 S B Ms不是均匀产品， 认识这一 点是 重要 的 。 S B Ms具有与 OB Ms 体 系类似 的钻井使 用性能 ， 可 用于普遍使用 OB Ms的井 内， 如用 WB Ms 制约了钻井正常运行 的复杂井段 。在 某些场合下 ， S B Ms 可 以提供 比 OB Ms 更优质 的 性能 ； 但也没有 必要断定 所有 S B Ms 都 比 O B Ms 好 。 尽管 S B Ms 的购买费用一般 比 OB Ms的 费用高出几倍 ， 如果用S B Ms 钻井产生的钻屑 就地排放， 节约了运输 费用和处理费用， 可克 服费用高的缺点。s 卧瓜 非常适台钻大斜度、 定向水平井及 延伸水平井 ， 多井平台在北海 、 墨西哥海湾以及其它地区是很普遍的 。 按北海的要求条件， 英国、 荷兰和挪威管 理 当局一直在鼓励使用 S B Ms ， 在某些情况下 允许排鼓 S B M 钻屑。 在石油工业中 ， 有时钻几英里长的水平位 移井， 在这 种情况 下， S B Ms和 OB Ma的作 用 已产生明显的变化。 水平或延伸水平钻井技术 的发展． 使利用一个平 台钻井的 口数增加 ， 因 此减少了整个平 台的数量、 作业成本和多平台 产生的附加环境影响。 与采用WB Ms 相比， S B Ms 减少了完井时 间。与 OB Ms 类似 ， 在复杂井中用 S B Ms节约 的费用已明显超过 WBMs 。 这是因为 S B Ms 改 善了性能， 减少了像卡钻这类 日 常问题而造成 的停钻时间 。 钻大部分浅井时， 使用 wB Ms 是较经济 的， WB Ms 也将继续在这些情况下使用 。但在 要求较高的钻井情况下， 因S B Ms 和O B Ms 具 有提高钻速的能力而常被采用。 对某些特别复 杂的井， 节约成本可能是更实际的 S B Ms能够解决许多与 OB Ms 有关 的大 多数环境问题 ， 并能产生类似的钻井作业 。倒 如钻屑被排放掉 ， S B Ms的使用就消除 了昂贵 的陆 上处 理 设 备 的使 用 。与 WB Ms类 似 ， S B Ms 毒性低 ， 但与 WB Ms 不同的是 S B Ms 可 重复利用 ， 因而减少 了污水排出量 。通过这项 新技术所证明对环境产生的实质性种益， 为重 新考虑 E P A的控制方法提供 了法律根据 。 成本一效益研究 S B Ms的 购 买 价 比 O B Ms和 WB Ms都 维普资讯 3 2 国外钻井技木 第十二卷1 9 9 7 年第 3期 高， 然而与 WB Ms相 比， 通过 S B Ms改善 了复 杂井的性能 ， 这也就证 明高卖价是有道理 的。 与 OB Ms 相 比， S B Ms的高价格可以通过消除 运输和陆上处理费用 ， 以及消除不利因素而得 到平衡。 对于不同类型的泥浆， 缺乏可以比较的现 场费用数据。本文提供 了一套原始的现场数 据 ， 证 明对环境产生的实质性利益， 可以归结 为钻深井或复杂井时使用了 S B Ms 。 某大公司提供 了详细的平 台费用和 最近 在墨西哥海湾所钻的一系列井的数据， 其钻井 条件类似 ， 井深几乎相 同 五口井用 WB Ms ， 三口井用 P AO型 S B Ms 。 没有一 口井用 OB Ms 钻井 。 困此 ， 不可能用这些 WB Ms 和 S B Ms 的 数据与 O B Ms 的钻井效益比较 。由该项研究 得到的有限数据证 明， S B Ms 超过 WB Ms 的主 要优点如下 1 与 WB Ms 相 比， 虽然 S B Ms 每桶的基 数成本明显提高 ， 但 S B Ms能够降低单位进尺 成本 。在大多数井中， 用 S B Ms 井的泥浆总成 本低于用 WB Ms 的井 2 在本研究项 目中， 用 WB Ms井的总成 本在 9 6 O ～1 4 7 0万美 之间。 用 S B M 井的成本 在 4 4 0 ～6 5 0 万美元之间。每口 WB M 井的总 钻井 费用 包括钻进和下套管 ， 但不包括安装 泵和辅助管道 ， 实际都 比采用最 昂贵的 S B M 井高 。通过减少停钻时间和其它非生产性活 动， S B Ms 就能 降低 总成本。 3 效率 的提 高获得 了生 产率 的显著提 高。WB M 井平均 1 8 0 天完钻 ， 1 9 7天完井 ， 而 S B M 井平均完井时间不到 WB M 井的三分之 一 5 4 天完钻 ， 6 1天完井 。 在此情况下 ， WB M 井的平均 总钻 井费用 为 1 1 4 0万美元 ， 而 S B M 井为 5 4 0万美元。当 两种泥浆选择其-, 4 ， 其差异表 明实际的经济 利益来自于S B M 的使用。 这些费用不包括任 何 S B M 钻屑在岸上的处理费用。普通 O B Ms 在这些井里作用如何 ， 尚待探索。 在某些情况 下， 如前面的实例说 明， 使用 S B Ms或 O B Ms节 约的 费用相 当高 ， 而 使用 WB Ms 则不然。甚至对许多浅井或不复杂的 井， 虽然费用节约较少 ， 但仍然显著。 显然 ， 油气工业将把 OB Ms 和 S B Ms 用在 大多数的钻井作业中。 某些油气生产者已经进 行 了内部成本估算， 得 出的结论用他们的方案 来说 ， 采用 S B M 更经济。由于大多数都是这 样的成本分析结果， 能就地排放钻屑就成了倾 向使用 S B Ms的动因 ， 从而消除了把钻屑运到 岸上处理的费用和后勤保障的困难 及潜在的 不利条件 。 水体 的影响 到 目前为止 ， 各方面的研 究结果都表 明， 由于迅速沉淀和稀释 ， 钻井液和钻屑的排放不 会引起水体中的微生物效应 。 国家研究委员会 报道 排出的钻井液 中 9 O 的颗粒和 几乎全 部的钻屑都能迅速沉淀。在排放 的 1小时 内． 沉淀物被稀释万倍 以上。 大 多 数 的 WB Ms ， S B Ms和 矿 物 油 型 OB Ms 都是无毒的 。据报道 P AO型 S B Ms容 易达到由美国、 英国、 挪威和荷兰共同签署的 毒性条约草案的要求。现已证 明， 酯型 S B Ms 也不难达到毒性标准要求 。 另一个担心的潜在问题是 ， 通过钻井泥浆 中低浓度金属特别是镉和汞进入渔类或人类 的食物链 中。但在排出的钻井泥浆中， 这些金 属一般是 以高稳定不溶形式存在 。 这表 明这些 金属不会产生生物积累到有害的程度 ， 也不会 在海洋食物网组织中被生物磁化。 最新实验室生物积累试验发现 ， 鱼类放在 有进入渔类或人类的食物链钻屑的水里 3 O 天 ， 并不吸收 S B M。当把 被试 验的鱼放在 有 OB M 钻屑的水 里时， 显示在肠道里积累有 矿 物油 ， 大约一半被试验的鱼显示在组织里积累 有矿物 油 。 对海底的影响 排放 O B M 钻屑对 海底环境 的影 响 比排 放 WB M 钻屑的影响大 。O B M 钻屑 明显地增 加了沉积物的吉油量 ， 减少 了受影响地区的生 维普资讯 雷外钻井技木 3 3 物丰度和在海底生存的微生物种群。 主要的微 生 物影 响限制在钻 井平 台周 围大约 5 0 0 m 的 地 区 ， 其主要原 因是 由于大量的有机填 料和 OB M 钻屑形 成了氧气运 移的阻挡层 ， 从而导 致 物理掩 埋和 缺氧 。在 5 O 0 m 区域 内， 与排 WB M 的区域相 比， 生态恢复更幔 。 E P A 调 查 了 钻 井 液 及 钻 屑 可 能 是 WB Ms X ． 现场影响的 2 3项研究结果 。 该调查 认为 ， 可能对当地海底有影 响， 这主要取决于 排放泥浆的类型和海底环境能级， 对区域规模 的影 响还未被证实。 除 E P A 的调查外 ， 其它文 献也指 出 WB Ms 和 S B Ms及其钻屑的排放 ， 对环境的影响不大 ， 时间也不长 。排出泥浆及 钻屑的影响程度和持续时间受沉淀物 自然混 合和分散程度的影响。 ． Gi l l mo r等 在 新 泽 西 海 岸 以 远 的深 水 3 9 0 f t 低能地区进行了海底评价。 WB M及钻 屑的排放， 由于物理掩埋和幼虫的补养可能受 到限制， 导致大量固定在海底生存的微生物局 部减少， 但排放物对种群的影响较小。 由于钻屑和平 台下附近微生物共用的有 机物微粒散落， 提供了额外 的底部微生物释 放 ， 因此 ， 某些在海底生存的鱼类的丰度在平 台附近有所增加 。 N e ff等对 Ge o r g e ． s海区高 能环境 中排放 WB Ms及钻屑的深水 2 6 0 4 6 0 f t 地 区进行 了研 究。与 G i l l mo r 研究的结果对 比， N e f f 发 现在 钻井期 间和刚完钻后各种海底共有参数 仅产生了微小的变化 。 所观察到的变化程度在 预期的自然变化范围内， 既投构成对海底无脊 椎动物的影响， 也没构成对支撑着 G e o r g e s 海 岸繁荣的商业性水产业鱼群的影响。 G i o s 等报道了他们在北海挪威海域一 口 井上进行的两次海底调查 ， 该井部分采用丁酯 型 S MB， S B M 钻屑就地排放 。该调查 在两个 垂直断面上收集化学和微生物试样。 第一次调 查是在 完井 两天 后进 行的， 钻 屑排放 已经停 止， 第二次调查是在 1年后同一地点进行。 调查 发现， 1 9 9 0年 初 始 的酯浓度在排 放点 2 0 0 m 内升高 ， 除了离排放点 1 0 0 m处外 ， 1 9 9 1 年醋浓度几乎全部减小。这些结果似 乎 表明在该环境里， 相对来说酯已迅速降解。 在与海底有关 的分析 中， 1 9 9 0年 的数据 表明， 观察到的影 响超过 了 1 0 0 m 以外。1年 后， 在离该海域又恢复到正常的丰度和种群水 平 。 假若这样的话 ， s B M 的影响受到了时间和 空间的限制。 C a n d l e r 等在墨西哥湾的一 口井区调查 了 海底影响 ， 该 井采用 P AO型 S B M 泥 浆钻 了 4 6 5 0 f t 。 钻屑就地排放在 1 2 8 f t 深的水里。 在整 个两年时 间里取了三套化学试样 ， 收集 了一套 海底微生物试样。 S B M 排放两年后， 在离这 口 井 5 0 m 内有三个地段 显示了对海底种群不利 的影响 ， 总石油烃水平提高 。两年后； 现存的 1 3 个地段 的 T P H水平相当低。由此说 明， 在 排放点周 围 5 0 m 内采用 P AO型 S B M 泥浆钻 井 ， 排 出的钻 屑对海底 种 群 的影 响 ， 比采 用 WB Ms 的排放物及钻屑的影响大。但是， 与北 海 OB Ms钻 井 产生的钻 屑排 放物 比较 起 来， S B M 污梁地区的恢复速度大大提高 。 S B Ms 是 由具有广泛差异 基液 物质 的不 同组合而成的。排出的 S MB钻肩对环境的影 响， 将随基液类型和被排出的钻屑所处 的环境 能量而变化。 总之， 从本质上来说 ， S B Ms 对环 境 的影响 比 DB Ms 小。 其它影响 非水质影响及钻井液的间接影响 ， 亦即其 它环境和安全影响 ， 与不同类型钻 井液的使用 和处理有关 。 这些影响包括运输过程 中使用能 源产生的空气污染 i 处理场地的影响 缺乏可 使用的场地， 潜在的场地污染、 危及地下水 ； 以及材料使 用 ， 装卸过程 中对工人 安全 的影 响。 与每种泥浆的使 用和处理有关 的间接 环 境 影响范 围， 会因泥浆类型不 同而增 大或减 小 用 O B Ms 对间接影响最大 ， 用 s B Ms 似 乎 是最小的， 而 W] 3 Ms的间接影响居中。 虽然大 多数 WB Ms 被就地排放 ， 但大量的 wMB s污 水仍然要在远离现场的地方处理 。 ， 维普资讯 3 4 国界砧井挠求 第十二卷 1 9 9 7 年第 3期 对柴油基 O B Ms的处理 ， 可 以把有 毒的 烃类和重要的污染物放入坑中掩埋。 这就潜在 着这些物质渗漏进入地下水或从封闭区漏出 的可能 。 这种处理方法 的另一个重大的间接影 响是 ， 把大量 O B M 污水运输到岸上过程中产 生的空气污染。 E P A估计 ， 为了实现海上油气 工业最终 E L Gs目标， 全国每年要释放 2 9 8吨 额外的空气污染物 。 这些污染物主要来源于用 船运送泥浆和钻屑到岸上处理所致 。 空气污染程度可通过使用 WMB s 及结合 WB M 钻屑就地处理来减小。 使用 S B Ms 、 依靠 缩短钻井时间也能够减小间接环境影响， 还可 减少 钻 井设 备产 生 的空气 污染物 。如允许 S B M 钻 屑就地处理 ， 间接 环境影响还将进一 步减小。 不同的泥浆类型对工人的身体健康及安 全有不同的影响。用柴油基 OB Ms时通常含 有害物质， 与皮肤接触可能产生刺激作用。由 于油 田工人经常会与使用的泥 浆接触， 为了 最大 度地 减步危害 ， 落 实相应 的防护柴油基 O B Ms 的措施是必要的。 由于柴油对工人潜在 危害， 在海上钻井通常不使用 O B Ms 。 当在 WB Ms 中使用了柴油和有毒的泥浆 处理剂时， 同样可能产生类似的健康和安全问 题 。 由于大多数合成基钻井液为低毒性 ， S B Ms 有助 于最大限度地减少工人因接触这些物质 而引起的健康和安全问题 。 P a r k等报道 ， P AO 类 S B Ms闪点比矿物油高 ， 因而实际释放的水 蒸汽更少 F r ie d h e im用事实证明了这个结论。 P AO s 与矿物油、 柴 油相 比， 水蒸汽释放更少 ， 而且 P AO类钻 井液对皮 肤和 眼睛无刺 激作 用。P e r e s i c h等也提供了酯型 S B M 具 有类似 性质的证明。 在处理卡钻这类工艺事故时 ， 比较普遍的 情 况是 常通 过 在 WB Ms中加入一段 油来解 卡。显然， 这段油必须采用某种方法分别捕捞 和处理 ， 而不能倒入水中排掉 。 某些作业者把合成基液用作一段挤注液 。 该类型挤注液 可以满足 E P A 的排放标准 ， 从 而避免了需要分别捕捞和处理该段液体的要 求。 最重要 的是使用 S B Ms 有助于最大限度地 减少卡钻 事故的发生， 因此减少了停钻时 间， 减少了污水量， 从而避免了由此带来的污染 。 结 论 钻井工业的技术 发展 ， 已经超越 了海 上 E L G s规定的控制范 畴。E P A 控制方法 的局 限 ， 可 能部 分 是 由于 过 去 集 中在 OB Ms和 WB Ms 两类泥浆的了解 。在扩充制订规则 的 过程中 ， E P A强调 了现行技术的使用及对环 境的影响和对所提出的条例的影响。 S B Ms 作为过去和现在运用的技术选择 之一 ， 其现实有效性 可以使条例 的重新考虑有 了保证 。 作业者担心的是某些类型的 S B Ms 可 能会通不过证 明无油存在的 E P A 静态萤光试 验 ， 因而 S B Ms 钻屑也许被禁止就地排放 假 如 不允许 S B M 钻 屑就 地排放 的话 ， S B Ms往 往也就不再有经济上的吸引力了。 为了使 S B Ms的使用不受到不必要 的阻 止， 现行政策的重新评价应该包括 E L G s 近 似的方法和说明， 以及修正草案中的限制考 虑。 合成基液的术语应该简明扼要地定义为 包括正在研制的低毒性 S B M 产品。 应该评价静态萤光试验的应用。 该试验的 目的是监测钻井液排放物中有无原油、 柴油或 矿物油 。 然而 ， 某些 S B Ms的连续相 比水轻 ， 在 静态萤光试验里可能会产生一种 能监测到的 膜。有了这种膜就得不到无油类的结果， 而 E P A则把油作为重要污染物的标志。由此可 能阻碍钻屑就地排放。 静态萤光试验过程以及 结果的解释应该傲说明和修正 ， 以防止大面积 的污染 ， S B Ms的使用也不会故意受到不必要 的阻拦。 在修订方法 上应该 隐含 这种认识 ， E P A 条例应该是灵活的 ， 对减少环境影响的新技术 发展应该有迅速 的反应 。 采用必要的手段鼓励 新技术的发展和使用， 使环境保 护和防止枵染 技术达到平衡， 这都是为了达到限制排放物的 新目标 下转第3 9万 维普资讯 国界钻井技术 3 9 在现场环境中真实的变化。 在北海、 英国部分海上平台和一 日长水平 段井上进行了一些现场试验。 在各井试验中铡 试仪得出可靠的数据， 油基钻井液压差卡钻趋 势值 一直较低。 多数情况下， 其值略有增加 ， 这 可能与低密度固相含量的增加有关 。 卡钻值 与 油基钻井液滤 失量或高密度 固相之间没有联 系。 但测试时间超过 3 0 分钟时， 数据 的规律性 增加。 建议测试油基钻井液的质量和卡钻性能 时采取这一步骤 。 2 远东， 水基钻井液在越南近海 井使 用含多元醇的高温水基钻井液 。 在钻进被认为 压差卡钻可能性高的 6 英寸油层段前， 对钻井 液进行性能优化和测试 。进入油层时， 一天铡 两次钻井液卡钻趋势值 。 同时调整和保持低的 压差卡钻趋势值 。通过铡试 ， 日平均 早 、 晚读 数 的平均值 压差卡钻趋势值 与钻井液塑性粘 度及 H T HP滤失量之间有着一定的相关性； 与校正后 的固相含量无关。 曾记录过两次压差卡钻 事故， 第一次出现 在井控事故时， 第二次出现在测井工具卡在狗 腿处。均非钻井液质量引起。 结 论 通过 资料总结和 由卡钻测试仪测定的数 据可看出 钻井液滤饼性质 厚度、 剪切强度和 润滑性 对压差卡钻趋势值有很大的影响。而 滤饼性能又受钻井液密度 过平衡 、 固相 含量 包括高、 低密度 固相 、 钻 井液类型 如油基 聚合物水基、 嫱土水基 、 特殊的钻井液组成、 滤失量等的影响 。 常规钻 井液测试仪很难测出压差卡钻 的 趋势值 ， 压差卡钻铡试仪轻便、 经济 ， 适用于室 内也适宜现场测试压差卡钻趋势值。 在实验室 适用于 1 详细研究压差卡钻机理 ； 2 建立 钻井液配方和设计指导减少压差卡钻危险性 ； 3 对 已发生或预计将要发生压差卡钻 的井 ， 对钻井液进行优化试验和处理 。 测试仪现场应用特 点包括 1 测试仪简 便、 耐用 ， 适于现场 ； 2 在井场上可直接测定 钻井液的卡钻趋势值 ， 且可重复测 量和改变影 响压差卡钻的 因素及钻井液 的一种或多种性 能； 3 测试仪能在井场上应用 ， 以减少压差卡 钻的危险 ， 实现钻井液处理费用合理性 ； - 4 对 高质量的油基或合成基钻井液 ， 铡试时间应大 于用水基钻井液的 3 0 分 钟测试时间 ， 以提高 数据准确性并测定卡钴的趋势 。 译 自S P E 3 5 1 0 0 上接 第3 4贾 E P A的 E L G s 规定 已受到了 从海上作业者获得的大多数结果的正面影响。 一 个显著 的影响是 S B M 体系 之一的改 良发 展， 就环保、 作业成本、 钻井效率和性能来说， 它能够提供更大的利益。S B Ms的开发 ， 提供 了具 有 类 似 O B Ms作 用性 能 的钻 井 液 ， 但 S B Ms 钻屑可能会被允许排入 。 这项技术在美 国的广泛应用受到以下几方面的约束 超过了 特别 定义的条例 不确定性 ； E L G s中的要求 ； NP D ES 国家污水排入控制系统 打算答应削 减含毒性污染的 O B Ms 排入海洋环境。E P A 条例完全没有考虑改 良泥浆技术的最新发展 ， 包括 S B Ms 技术 。 。为了特别强调 S B Ms 的合 理标准 ， E P A应该考虑修订条例 或澄清条 例 内容。 赋予鼓励改革和新技术开展方面更 大的 控制灵活性 ， 能够促进选 择污染 防止技术的引 入 。然而， 控制海上排放现行条例中的措词暗 示 ， E P A 不可能执行所要求的灵 活性 来解决 现行条例限制了 S B Ms 使用的问题 。 为了达到 这个 目标 ， E P A既应该澄清现行 E L Gs 规定 ， 以使无毒而环境 能接受的 s B Ms 使用获得通 过 ， 又应该建 立 S B Ms的新 泥浆类别 ， 以便对 该类别泥浆合理控制。 译 自 “ O． G． J ． 4 ． Ma r ． 1 9 9 6 维普资讯