探究鉆井液對環境污染的影響

嚴凱齡　胡佳佳（中國石油大學（北京）， 北京 102249）

探究鉆井液對環境污染的影響

嚴凱齡胡佳佳（中國石油大學（北京）， 北京 102249）

本文數值模擬了鉆井液頂替過程，揭示了如何盡可能提高鉆井液頂替效率，減少鉆井液殘留，最大程度的降低對周圍環境的影響，數值實驗結果表明鉆井液各項參數對頂替界面有重要影響，優化鉆井液參數可以減少對環境污染的影響。

固井；頂替效率；鉆井液；環境污染

0 引言

眾所周知，在石油的開采過程中，很容易造成對周邊環境的污染，每年在國內因為石油開采而造成污染的土壤面積相當龐大。石油是復雜的有機混合物，含有大量的“三致”物質，即致突變、致癌、致畸形。近年來，隨著油田開采程度的不斷深入，對鉆井液功能要求越來越高，其中化學添加劑的種類和數量大幅度增加，鉆井液的成分越來越復雜。因此，探究鉆井液對環境污染的影響，對保護油田生態環境有重要的指導作用。本文數值模擬了固井頂替過程，揭示了如何提高頂替鉆井液的效率，盡可能的減少鉆井液殘留，減少鉆井液對環境污染的影響。

1 數值模擬

基于應用軟件的基礎上開展數值模擬實驗，鉆井液頂替過程為正密度差條件下之間的液液兩相流動，在多種因素耦合影響下，表現出特有的頂替界面特征。基于水平井段偏心環空兩相流體力學數值實驗模型，應用商業CFD軟件Fluent模擬水泥漿對隔離液的頂替過程。在水泥漿的流性指數、稠度系數及鉆井液塑性粘度已知的情況下，模擬鉆井液動切力對頂替過程的影響，具體參數值如表1。

表1 模擬鉆井液動切力對頂替過程影響

基于數值模擬結果，繪制出頂替界面隨頂替時間的變化特征，圖1為密度差0.6g/cm3條件下，不同偏心度頂替界面隨頂替時間變化的發展過程，其中紅色代表水泥漿，藍色代表鉆井液。由圖可知，頂替界面存在水泥漿與鉆井液的過渡區。文中定義水泥漿體積分數80%的位置為頂替后緣，水泥漿體積分數20%的位置為頂替前緣，界面長度為頂替前緣位置減頂替后緣位置。

2 結果分析

觀察圖1兩相頂替界面特征，低動切力條件下，高邊的水泥漿流動滯留，高邊上部分層明顯，低邊的水泥漿流動不斷超前，形成低邊指進的分層流動特征，頂替界面長度隨著頂替時間的增加不斷增長；高動切力條件下，環空上部寬邊水泥漿流動不斷超前，形成寬邊指進的分層流動特征，頂替界面長度隨著頂替時間的增加不斷增長；窄邊略有指進，兩相頂替界面發展相對平穩，頂替界面長度隨著頂替時間的增加增幅較小。鉆井液參數對頂替效率的影響非常明顯，上圖所示，頂替界面隨著動切力的變化而發生變化。當然，頂替效率也會發生變化，從而直接影響著環境問題。

圖1 頂替界面變化圖

3 認識和建議

（1）鉆井液參數直接影響固井頂替效率，而頂替效率直接反應了鉆井液的殘留情況，與環境污染問題息息相關。

（2）鉆井液殘留對環境污染程度的大小一定程度上取決于鉆井液相關參數值，優化鉆井液參數值對減少環境污染有一定的作用。

（3）鉆井液體系的研究仍然是石油行業需要不斷探索和解決的一個難題，鉆井性能和環保性能優良是鉆井液優選的必備重要條件。