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第二章钻井和采油Chapter2drillingandproductionoperations主要内容一、钻井drilling二、采油production三、排放气体airemissions一、钻井drillingDrillingistheprocessinwhichaholeismadeinthegroundtoallowsubsurfacehydrocarbonstoflowtothesurface.(一）钻井过程简介summaryofthedrillingoperationMostoilandgaswellsaredrilledbypushingadrillbitagainsttherock,androtatingituntiltherockwearsaway.Duringdrilling,fluidisinjecteddownthedrillstringandthroughsmallholesinthedrillbit.Thedrillbitandholesaredesignedtoallowthefluidtocleanthecuttingsawayfromthebit.Thefluid,withsuspendedcuttings,thenflowsbacktothesurfaceintheannulusbetweenthedrillstringandformation.Atthesurface,thecuttingsareseparatedfromthefluid;thecuttings,withsomeretainedfluid,arethenplacedinpitsforlatertreatmentanddisposal.Theseparatedfluidisthenreinjecteddownthedrillstringtoliftmorecuttings.钻井液的循环mudpumpmudpit地面高压管汇highpressuremanifold立管StandpipeManifold水龙带RotaryHose水龙头Swivel方钻杆kelly钻杆drillpipe钻铤drillcollarDrillbitannulusbetweenthedrillstringandformationSeparationoccurswithequipment钻井废弃物thewastesgeneratedduringdrilling：钻屑（therockremovedtomakethehole）钻井液（thefluidusedtoliftthecuttings）钻井液添加剂（variousmaterialsaddedtothefluidtochangeitspropertiestomakeitmoresuitableforuseandtoconditionthehole）.废气emissions（二）钻井液DrillingFluids1、钻井液的功能function携带钻屑carrycuttings悬浮固相suspendsolids平衡压力balanceformationpressure稳定井壁stabilizeborehole润滑lubricate和冷却cool钻具drillingrigs等2、水基钻井液组成：水+粘土+处理剂（1）粘度控制剂viscositycontrolagents增粘剂viscosifier：粘土clay、淀粉starch类产品（预胶化淀粉、CMS）、生物聚合物XC、烯类单体高聚物polymers、正电胶MMH等。降粘剂thinner：褐煤lignite类产品、SMT、木质素lignin类产品、低分子量烯类单体聚合物等（2）密度控制剂densitycontrolagents（加重剂）重晶石barite(bariumsulfate)碳酸钙calciumcarbonate铁矿粉ironcarbonate（3）降滤失剂filtratecontrolagent和堵漏材料lostcirculationcontrolagents降滤失剂:淀粉类产品、纤维素类产品、烯类单体聚合物等；堵漏材料:锯末sawdust、棉籽壳cottonseedhulls、核桃壳groundnutshells、云母mica、贝壳粉shellpowders、石棉asbestos等。(4)pH控制剂氢氧化钠caustic(sodiumhydroxide)、碳酸钠sodiumcarbonate碳酸氢钠等。(5)润滑剂lubricants原油crudeoil、柴油diesel、多元醇类polyhydricalcohol、植物油vegetableoil、塑料小球plasticbeads、玻璃小球glassbeads等。(6)井壁稳定剂wellborestabilizationagents无机盐inorganicsalts（KCl、NaCl、硅酸盐silicate）、正电胶MMH、阳离子聚合物polymer、沥青asphalt类产品（磺化沥青、氧化沥青）等。(7)缓蚀剂和杀菌剂corrosioninhibitorsandbiocides缓蚀剂为能在钢铁钻具表面吸附，形成致密的保护膜的物质；杀菌剂为甲醛formaldehyde、芳香族化合物aromaticcompounds等毒性较大的物质。（8）油层保护剂FormationDamageControlAgent氯化钠和氯化钾sodiumandpotassiumchloride醋酸钾Potassiumacetate碳酸钾potassiumcarbonate阳离子聚合物cationicpolymer多元醇glycols3、油基钻井液Oil-basedDrillingFluids组成：基油baseoil（原油、柴油diesel）+高矿化度水highsalinitywater+乳化剂emulsifier+稳定剂stabilizer+有机粘土+沥青+石灰lime（三）钻井液中对环境有害的因素unwantedcomponents如重金属heavymetals,各种无机盐salt、碳氢化合物hydrocarbons等。1、重金属heavymetals钻井液中重金属来自以下几个方面sources：（1）地层formation钻遇地层岩石中的重金属进入钻井液；（2）加重剂densitycontrolagents：（3）有机处理剂organicadditives一些有机处理剂含有重金属盐组分，加入钻井液后解离出来，如FCLS中的铬离子，另外，用重铬酸盐处理钻井液时带入大量铬离子。（4）丝扣油threadcompound钻具对接时接头要抹丝扣油，以防止接头在高扭矩下卡死preventtheseizureofthejointfromgallingathighstress，并密封接头，防止钻井液漏出sealthejointandpreventfluidflowalongthethreads。丝扣油配方中含有大量（60%）重金属，如铅lead、锌zinc、铜copper等。（5）原油crudeoil钻遇油层时原油会进入钻井液，有时也将原油作为润滑剂和解卡剂加入钻井液。原油中含有多种重金属盐，如铝aluminum、硼boron、镁magnesium、铁iron、铜copper、镍nickel、金gold、银silver、锡、铅等。2、无机盐salt盐水钻井液和钾基钻井液等矿化度高的钻井液体系中含有大量的无机盐，如果不经处理而排放，就会对环境造成危害。3、碳氢化合物hydrocarbons钻井液中对环境有害的碳氢化合物主要来自原油、柴油、润滑剂等。（四）钻井液储备池对环境的影响reservespits从井下返出的钻井液携带大量钻屑，在地面进行分离separate，分离方式有：地面土池沉降分离gravitysettlement；四级固控设备solidcontrolequipment（振动筛shaleshaker、除泥器、除砂器、离心机centrifuge）分离；加入化学絮凝剂coagulants辅助前面两种方式。在陆上钻井，从钻井液中分离出的钻屑（粘附部分钻井液）存放在地面土池内，完井后填埋。许多地面废弃物如油污greasydirt、垃圾litter等也被埋入废弃的泥浆池。如果废弃物在填埋以前未经处理，则泥浆池中的废弃物会通过不同渠道进入环境migration，如有机物的挥发volatilizing，含重金属液体的渗透infiltration等，成为危害环境的污染源。（五）场地对环境的影响sitepreparation钻井和采油场地会对环境带来影响，如修路constructionofroads、平整场地levelsurface会引起植被破坏和水土流失erosion，尤其在山地；设备和车辆会压实土壤soilcompaction，影响植物生长；废弃的场地杂草荒芜sterilization，抑制树木成长。二、采油production（一）采油过程简介overviewofproductionprocesses采油是在油层和生产井之间建立压差establishpressuregradient，在压差作用下，原油（天然气/水）进入生产井productionwell并被采出地面。在地面进行油、气、水的分离。由于采出液一般都是乳状液，在分离时要进行破乳。破乳方法有物理法heating,passinganelectricalcurrent和化学法demulsifiers。（二）采出水producedwater采油作业中产生的废弃物的大部分是采出水。采出水中含大量水溶盐dissolvedsolids、碳氢化合物hydrocarbons，并缺氧oxygendeficiency，这三个因素都会危害环境。1、水溶盐dissolvedsolids采出水中的水溶盐主要是NaCl，不同地区的采出水矿化度salinity也不同。有的采出水中还含有大量的钙盐calcium、镁盐magnesium和钾盐potassium，及少量的铝盐aluminum、铅盐lead等重金属盐类。2、碳氢化合物hydrocarbons采出水中含有溶解dissolved的或以液滴droplet形态悬浮suspended的有机物，主要有：酚类phenols、苯benzol、甲苯toluene/methylbenzene等。Producedwaterisinvariablyoxygendepleted.Ifdischarged,oxygendepletedwatercanimpactfaunarequiringdissolvedoxygenforrespiration.Oxygendepletioncanbeaproblemfordischargeinshallowestuariesandcanals,particularlyiftheproducedwaterformsalayeralongthebottombecauseofitshigherdensity.Thisdenselayerwouldbeisolatedfromtheatmosphere,limitingitscontactwithoxygen.Oxygendepletionisnormallynotaproblemfordischargeindeepwaterorinhigh-energyenvironmentsbecauseofrapiddilutionoftheproducedwaterinthesurroudingenvironment.3、缺氧oxygendeficiency（三）采油用化学剂productionchemicals原油中因为存在大量采出水，会带来许多问题，如乳化emulsions、腐蚀corrosions、结垢scale、起泡foams、微生物繁殖microbialgrowth等，因此在运输transportation和分离separation原油时须加入各种化学剂来解决这些问题。1、破乳剂em