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毕业设计外文文献翻译绿色环保型钻井液院 系：石油工程专 业：石油工程班 级：油042学 号：040201140205 姓 名：张 晓 扬 导 师：徐 家 颖SPE 24553绿色环保型钻井液Roger Bleier* and A. J. J. Leuterman, M-I Drilling Fluids Co .,and C. L. Stark,*摘 要环境问题，虽然总是使人们烦恼并且消耗资金较多，然而它却刺激了钻井液技术的新发展。环境冲突的最小化包括减少钻井液中的有毒组分的量，以及废物的最小化和废物回收。目前，还需要有重大的发展。这篇文章评价了现在的技术状况并对未来的发展方向做了大致的估定。这篇文章还讨论了管理机构在识别、培养、鼓励新技术的使用和禁止掩盖问题真相的问题。泥浆公司已经认识到柴油和润滑剂中的矿物油的替代物与污水会造成环境问题。在许多水基泥浆中都使用无氯化物的钾代替氯化钾。在很多情况下新型的阳离子聚合物泥浆已经开始用来代替油基泥浆，并且初步使用的结果也是鼓舞人心的。通常，聚合物泥浆的趋势是已经减少了额外的木质素磺酸盐添加剂和其他的有机金属合成物的消耗量。加权剂也同样受影响。重晶石粉要仔细检查它们的迹线，特别要注意的是重金属镉和汞的杂质含量。现在可使用合成的、低毒性的、可生物降解的有机泥浆。这种合成泥浆可以提供预计的性能和环境特性。钻井液废液的处理程序是一项发展迅速的工业。在商业上可行的技术包括脱水、耕地、钻屑注入、凝固、蒸馏。生物改善和溶剂的抽提在将来也可应用。以上所有都会影响经济和钻井操作的环境可承兑性。权衡比较效率和环境需求的特征等等，同时也提出了低毒性但需要较大的浪费体积。介 绍钻井公司提供并设计用于钻井和气井的液体的性能。虽然泥浆这个术语仍然用于描述钻井液体，且在这篇文章中也被使用，但它不能充分地陈述它本身的复杂性。历史上，一个接一个地，当对钻井液体性能的需求增加时，我们发现化学制品在一定的低浓度下会增加它的性能。在水基泥浆不适用的地区油基泥浆得到了发展。到二十世纪七十年代中期，这项技术在比较容易满足的地区已经成熟了。油公司在美国中西大西洋海岸外钻探井的愿望已经实现，作为允许条件，油公司得提供钻井泥浆生物测定程序。拟定测试使用褐虾。并且它成为了评定钻井液和添加剂的基础。同样，在1978年亚拉巴马州开始对油公司活动底座钻进和提示地方政府对钻井液密切注视加强了管理。然而考虑环境这个问题一直处于幕后，直到1978年后才被人们重视。现在，环境可承兑性与花费同样重要，并且在选择钻井液和添加剂时也要考虑。这篇文章简单明了地提供了现今美国钻井液对于环境的问题。它描述了在提高环境可承兑性时已取得的进步，并对未来的发展方向提出了建议。环境、新技术与管理机构之间的相互影响是根本的主题。这篇文章提出的争论点包括：水基泥浆的毒性重晶石中的重金属杂质水基泥浆的限制油基泥浆和替代物钻井废液体积处理选择权生物降解和生物积累的争论点在于它们在早期的定义阶段给予了重视和介绍，并且比较适合用于单独的文章课题中。水基泥浆的毒性钻井液的毒性由它的组分所决定。所有的或局部的钻井液废液体积也与钻井液组分有关。组分与性能需求有关。虽然性能需求随井深、方位和井位有关，但最基础的是达到附录中描述的材料的使用要求。可以在很多情况下使用的最简单的水基泥浆是“木质素磺酸盐泥浆”。在木质素磺酸盐泥浆中添加的添加剂有重晶石、膨润土、烧碱、褐煤和含铬木质素磺酸盐。当1978年中大西洋交易允许时，订购的一般泥浆中有一半都是木质素磺酸盐泥浆。事实上，大多数的海上钻井用水基泥浆，到了1980年开始用木质素磺酸盐泥浆。1980年后开始使用“聚合物泥浆”。基本的添加剂是重晶石、部分水解的聚丙烯酰胺聚合物、黄原胶、羧甲基纤维素或淀粉和烧碱。有时也加入少量的褐煤或木质素磺酸盐作为聚合物泥浆的降粘剂。虽然在很多情况下聚合物泥浆有效果，但它比木质素磺酸盐泥浆花费高，所以木质素磺酸盐泥浆仍然是美国主要使用的泥浆。只包含基本木质素磺酸盐泥浆和聚合物泥浆成分的钻井液只描述了海洋生物鉴定中趋于使用的测试方法。由美国环境保护局规定要关注糠虾，例如致命浓度是7000001000000ppm。注入地层固体和流体中的流体的浓度很容易控制在低于500000ppm。在一些井中需要加入添加剂，它们也会影响致命浓度。在木质素磺酸盐泥浆中糠虾的致命浓度可能是100000300000ppm，然而聚合物泥浆糠虾的致命浓度会稍稍高些，因为聚合物泥浆在比较困难的情况下一般不使用。特殊添加剂的作用。到1980年很多海上用的泥浆都达不到1986年墨西哥海湾一般允许条例的30000ppm。到1990年大多数泥浆只能达到三成的边缘。操作细节是一个原因。然而特殊添加物起着很大的作用。随着钻井公司的发展，现在已经可以提供低毒性的处理剂来处理需要加入特殊添加剂的问题，它包括气泡、过分的扭矩和阻力裂缝、腐蚀、细菌作用和钻杆构造。油基润滑剂已经由低毒性的乙二醇、酯和人造二氧化碳酒精和油基消泡剂已经被聚乙二醇代替。铬酸盐因为有腐蚀所以不用。卤化苯酚也不再使用了；甲醛释放物混合物由可接受的细菌取代。虽然在对待环境问题特殊添加剂方面仍然有发展空间（尤其是防止腐蚀），但是取得的进步已经很显著了。石油、氯化盐和重金属。在钻井液中最常出现的对环境有影响的是铁。事实上，当钻穿地层时，钻遇的固体和液体，它们不可避免地和泥浆混合。这是自然水平，它也可能与实际不符地下降。然而人的力量可以控制水平，并使之有个最小值。石油，原油或加工油，不需再加水基泥浆。在大多数经济允许的情况下也存在适当的替代物。百分之一后更多的原油水平可能由钻出岩屑或泥浆来表现。一般的盐、氯化钠，也在钻井液中以溶解的状态存在。浓度高于3000mg/l的氯化物存在于淡水钻井液中，因为所钻地层中地下盐水盐浓度的影响。海水是海上钻井泥浆的天然来源。含盐区在盐区下部钻井，取油取气时，饱和盐水成为水基泥浆不可缺少的钻井液。在海上钻井没有规定氯化物的浓度，钻页岩地层时，钻井液中加入氯化钾作为控制问题的措施。醋酸钾或碳酸钾在大多情况下可作为替代物。重金属可能存在于所钻地层固体中，或存在于泥浆添加剂材料中。木质素磺酸盐中重金属含量标准也是根据它定的。含铬木质素磺酸盐是钻井液中添加的最大的人工的对重金属有益的物质。虽然研究表明最小的环境冲突，但替代物仍然可以导致泥浆含铬量。含铬褐煤与铬在性质性能上很相似，但不常用。不含铬的替代物在很多情况下也有效。典型的泥浆中所有铬的含量为1001000mg/l。在钻井液中含有的锌，如氧化锌和碳酸锌，它们的作用是快速反应掉在钻穿地层时由硫化氢转变形成的硫和硫化亚铁。因为人身安全是首要的，所以可以允许无效，锌的替代物看起来并不有效。幸运的是，大多数钻井情况下都不需要加入硫的清除剂。除了上述间接提到的铬和锌之外，不需在泥浆中添加其它的人工重金属。事实上，大多数钻井施工中钻出的地层岩屑或重晶石加重剂，由于它们庞大的体积，对重金属是最大的加重材料。重晶石中的重金属目前人们开始关注重晶石中的重金属杂质。人们提出美国的规章应该包括重晶石矿物的来源。欧洲和其它国家也想制定他们自己的规章制度。重金属的生物利用度以及后来的生物积累是合理的问题。最少有三种矿物特征影响生物利用度。一个是在遇到强酸逆流时释放的总的重金属含量。另一个是重金属杂质在矿物中的跳跃分布：局部化沉积或是节点沉积，或是在硫酸钡矩阵分散分布。后者由于硫酸钡的不溶性导致生物利用率低。最后重金属杂质在矿物中的存在形态。很多情况下重金属都是以硫化物或氧化物的形式连接在一起。这种情况下比以碳酸盐形式的生物利用率低。不同的重晶石矿物，它们的重金属杂质和它们的生物利用率不同。按科学方法来说，只有同意（虽然程序很简单）时才可以做生物利用率化验。重晶石的经济学很重要，因为它们的体积。基于一个矿物中的一种或更多种金属的总质量而定的规章对重金属问题不是一个有效的解决方法。使用水基泥浆钻页岩地层导致的复杂化大多数井在钻遇页岩地层之前都会先遇到产油或气区。粘土中页岩含量较高。一些页岩，尤其是海上和较新的沉积盆地中有大规模的高亲水性粘土存在。与水基泥浆接触这些页岩可能导致严重的井眼问题和钻井液问题。由于粘土在页岩中吸水，粘土趋于膨胀，分散页岩颗粒进入井眼和钻井液中。大块的页岩泥沼进入井眼中。这些都在物理上影响了钻井操作。分散在钻井液中的页岩粘土增加了钻井液的粘度。物理或化学稀释剂都需要用来防止钻井液的体积过于庞大。然而，稀释导致的体积增加必须用额外的加重剂和其它的钻井液添加剂来处理。最终，这些过多的钻井液必须最大限度地被处理掉。油基钻井液的优点和缺点油基泥浆的性能要高于水基泥浆。在钻页岩地层、定向井和高温高压井时表现得比较明显。油基泥浆每桶的售价之高影响了它的使用，而且对环境的冲突也使得它的使用受到限制。另一方面，油基泥浆大多数可以重新利用，这使得它的浪费体积比水基泥浆要小。常规的转化的油基泥浆乳状液的基本组分是柴油、盐水、重晶石和用于乳化盐水和分散重晶石的脂肪酸。柴油是最多的成分也是最应立即解决的环境问题。钻头钻穿地下岩石时钻下的岩屑当它们到达地面时仍与油接触。把这些油从钻屑中完全驱出的经济方法是一项需要继续研究的问题，最后的目标是回收钻井液中的所有油。1986年墨西哥海湾一般允许条例禁止代替油基泥浆。在欧洲，北海国家早就禁止代替柴油基泥浆，然而允许将油湿钻屑代替为毒性小的矿物油泥浆。这些代替物在很多北海井中仍然允许使用，虽然使用量在渐渐缩小。墨西哥海湾条例没有把毒性小的矿物油基泥浆与柴油基泥浆相区别。所有的泥浆代替物和钻屑都禁止注入到海里。只有经过钻屑处理的泥浆才能重新利用。目前钻屑注射研磨（在本文以后讨论）在油基泥浆钻屑上已经实验成功了。虽然钻屑注射有一些限制，然而它在很多情况下都可以用来把钻屑拉到海岸上。人工合成钻井液水基钻井液的性能缺陷和油基钻井液对环境的污染，我们必须要寻找一种代替物。虽然植物油对环境要比石油更可取，但是作为钻井液基础组成还不是很稳定。然而，很多人造流体满足了这一点。人造材料的可能性在实质上是无穷尽的。它们可以设计特殊的性能和环境特征。新型材料可以被创造出来。自然形成的混合物可以得到重大改进，变成纯洁的物质。由两种或更多种原材料反应生成的人造材料的分子与原材料的分子不同。评估人造材料的环境可承兑性，特殊的原材料资源是广泛的不相关的，因为很多由植物制成的混合物也可以由石油和副产品制成。1986年墨西哥海湾允许条例没有介绍合成钻井液。糠虾试验对不能混合水的流体不适用。人工材料的光辉限制是另一个潜在的问题。但是人们仍然对它感兴趣，到目前为止世界的不同区域已经至少有20个试验区。钻井液类型与浪费体积的冲突被钻头钻出的体积是一口井的浪费体积的最小量。在此基础上加上井眼扩大或液体侵蚀、机械磨损，更重要的是水合作用和页岩和粘土分散引起的冲刷的体积。像这篇文章在其它地方所说的一样，水合作用和页岩粘土的分散是引起钻井液浪费体积增大的一个主要因素。结果，在钻较难钻的井时钻井液构成的选择可影响到钻井浪费体积。油基泥浆的效果与水合作用和分散有关。人工合成的却不同。真正的挑战是使水基泥浆中的水合作用和分散作用最小化。许多水基泥浆的发展都致力于这个方面。解决水基泥浆中的水合作用和分散作用的方法是加入化学物品。有时需要降低毒性有时需要降低浪费体积。处理页岩和粘土水合和分散的化学剂可以同时降低泥浆的致命浓度。这两个环境目标之间的取舍可能由页岩的特征来选择，比如在海上使用氯化钾。1986年墨西哥海湾条例没有介绍钻井浪费体积，而是禁止故意稀释代替物。这鼓励了一般泥浆的使用，也通过了糠虾致命浓度试验，尽管浪费体积造成的后果更大。浪费体积最小化的机械方法除去钻头钻屑通常通过机械固体控制仪器。目的是在钻井液流回井眼之前分离钻屑，同时不丢失过多的重晶石和其它的添加剂。泥浆的粘度越低分离就越有效。同样，地面钻屑越大，除去它们就越容易，且泥浆和化学物质流失的越少（这是另一个泥浆与环境的问题）。适当的固体控制仪器和操作与维持是最小化浪费流体体积的关键，因为泥浆中的增加的固体提高了它的粘度使得泥浆稀释和体积增大，而这是人们不希望的。振动筛技术和最近十年筛子的提高是重大的成就。离心机的使用也有较大发展，第一阶段将流体回收并除去固体，第二阶段重新利用。在离心机中使用含有絮凝剂的结合物是有效的，尤其是在不需加重的和低密度的泥浆。试验证实好的固体控制仪器、适当的维持和使用的花费要比减少泥浆添加剂节约的花费要多。处理废物的常用方法处理使用过的钻井液和除去钻井液中的固体的方法是相同的。所有情况下的处理废物都有常规的要求，只是随地点而变化。通常海上的操作包括从固体中分离自由水，把固体埋在适当的一系列的坑中（这些坑通常在井场），用土把坑添上并用顶土盖好。水按照必须的标准排放到当地的系统中，或泵入井底来增加淡水层下的安全深度。自由水的分离通常受絮凝剂影响；它们的环境可承对性也必须时时评定。另一种方法环空注入有时也被使用。最初它是把泥浆泵入环空达到永久处理的目的。淡水层和产烃层都由水泥和管柱保护。套管深度和注入压力常常由状况和当地代理调整。近期的技术进步有通过对地层的压力施加进行钻屑的研磨。在钻井井场几乎不用环空注入法，这极大地减少了地面水和地下水的污染。在一些地区不能使用，因为底部井眼地层或是代理人禁止使用。耕地包括把泥浆和钻屑在地面分类，然后机械地和土壤混合。在这之前要先研究它们成分并准备好土壤。耕种土壤允许烃的快速生物降解和减少金属或盐的冲突。需要处理的地区与被处理材料的体积和污染浓度有关。自然情况下的污染程度有时比在钻井液中的还高。这是用较少仪器就能做的简单步骤。钻井废物的凝固需要机械仪器和固结化学剂。钻机上的固体控制仪器可以防止地层固体的流失，并与固结剂混合然后变干。一般的固结材料包括飞灰、窑灰和波特兰水泥。经过滤取的固体可以埋在井场或是运输到场外处理。水可以回收到泥浆系统中或按当地规定处理。海上钻井废物可以卸到海里或是拖到岸上处理。在海上很少井使用环空注入，但这项技术正在普及中。未成型的技术一些新技术有待于在未来得到发展。人工合成钻井液在这篇文章前面的部分已经讨论了。这里我们回顾其它有重大发展的技术。心理上重大的突破是把能溶于水的阳离子聚合物看成页岩抑制剂。阳离子聚合物是有毒的并且只与普通水泥相适合，这严重防碍了近几年的发展。事实上，年近期试验表明一些阳离子聚合物不含毒，用阳离子聚合物建立一个稳定的泥浆体系已经发展了。人们也鼓励试验区的试验，虽然这时还不能说它是油基泥浆的代替物。从钻屑中回收油的技术是一项需要继续发展的项目。热量的恢复包括将油湿钻屑浓缩并蒸馏。然后焚化，因为这需要的热量少，并能回收重新利用的油。很多热量恢复原型已经建立，而且以后也会得到发展。“评论的液体提取”是把气体压缩到流体溶剂中洗含油的钻屑。溶剂可以很容易地通过降压从油中分离。这项技术在其它工业上也有小规模的使用，并且期待应用于处理钻井废物。细菌分解钻屑中的油的实验也在继续。因为大家都知道细菌能分解油，并且作为一个独立的问题在快速发展。报道了很多这方面的进步成果。可逆液体是另一个可能技术。这些液体易与海水混合，但在井底条件下不易与水混合，因此它可能防止页岩膨胀和分散。这种观念的变化是润湿反转，当把它们倒入大海钻屑中的油或人工合成材料可以在有无表面活性剂的情况下快速转变成水湿。当然无论什么情况都一定要考虑毒性。对未来绿化的憧憬1992年到处都有环境警告。要求处理环境问题。对于每一口井来说，环境计划是钻井计划的一个完整部分。我们应该从何下手呢？答案是发展先进的技术。我们必须开发新技术。一些可能失败了；一些可能不经济；然而其它的是未来的发展方向。规章可以并且已经刺激了新技术的发展。不幸的是它们也可能对新技术的试验和执行形成障碍。规章的态度和适应规章在发展技术方面是非常重要的。我们不应该把钻井和环境保护看成是矛盾的。人类的灵活性已经向这个问题提出了挑战。已经取得的进步在本文中已经提到了，更多的没有的技术还有待于发现。参考文献1. 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