探究鉆井液對環(huán)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(huán)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(shù)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(huán)境的影響，數(shù)值實驗結(jié)果表明鉆井液各項參數(shù)對頂替界面有重要影響，優(yōu)化鉆井液參數(shù)可以減少對環(huán)境污染的影響。

固井；頂替效率；鉆井液；環(huán)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(huán)境的污染，每年在國內(nèi)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(zhì)，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(shù)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(huán)境污染的影響，對保護油田生態(tài)環(huán)境有重要的指導作用。本文數(shù)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(huán)境污染的影響。

1 數(shù)值模擬

基于應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上開展數(shù)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(xiàn)出特有的頂替界面特征?；谒骄纹沫h(huán)空兩相流體力學數(shù)值實驗模型，應(yīng)用商業(yè)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(shù)、稠度系數(shù)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(shù)值如表1。

表1 模擬鉆井液動切力對頂替過程影響

基于數(shù)值模擬結(jié)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(fā)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(qū)。文中定義水泥漿體積分數(shù)80%的位置為頂替后緣，水泥漿體積分數(shù)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(jié)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(huán)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(fā)展相對平穩(wěn)，頂替界面長度隨著頂替時間的增加增幅較小。鉆井液參數(shù)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(fā)生變化。當然，頂替效率也會發(fā)生變化，從而直接影響著環(huán)境問題。

圖1 頂替界面變化圖

3 認識和建議

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

（2）鉆井液殘留對環(huán)境污染程度的大小一定程度上取決于鉆井液相關(guān)參數(shù)值，優(yōu)化鉆井液參數(shù)值對減少環(huán)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(yè)需要不斷探索和解決的一個難題，鉆井性能和環(huán)保性能優(yōu)良是鉆井液優(yōu)選的必備重要條件。