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钻井泥浆环保性能的评价方法

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钻井 泥浆 环保 性能 评价 方法
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收 稿 日 期 : 2005 30作 者 简 介 : 牛 文 林 ( 1979 - ) , 男 ( 汉 族 ) , 辽 宁 营 口 人 , 成 都 理 工 大 学 硕 士 研 究 生 , 地 质 工 程 专 业 , 从 事 岩 土 钻 掘 工 程 方 面 的 研 究 工 作 , 四 川 省成 都 市 二 仙 桥 东 三 路 一 号 ,( 028) 84078963, 63. 井 泥 浆 环 保 性 能 的 评 价 方 法牛 文 林 , 陈 礼 仪 , 朱 宗 培( 成 都 理 工 大 学 环 境 与 土 木 工 程 学 院 , 四 川 成 都 610059)摘 要 : 介 绍 了 国 内 外 钻 井 泥 浆 环 保 性 能 评 价 的 几 种 常 用 方 法 。关 键 词 : 钻 井 液 ; 毒 性 ; 评 价 方 法 ; 环 境 保 护中 图 分 类 号 : 6 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 : 1672 2005) 0312 液 是 一 种 极 其 复 杂 的 , 由 多 种 无 机 物 和 有机 物 构 成 的 混 合 多 相 体 系 。 以 往 人 们 对 环 境 保 护 重视 不 够 , 致 使 在 配 浆 过 程 中 往 往 只 着 重 考 虑 其 钻 井工 艺 性 能 , 而 忽 视 或 很 少 考 虑 钻 井 液 原 料 及 添 加 剂对 环 境 的 潜 在 污 染 和 毒 性 危 害 , 使 钻 井 作 业 成 为 油田 和 地 质 勘 探 开 发 过 程 中 的 一 大 污 染 源 。 由 于 人 们对 环 境 保 护 问 题 的 日 益 重 视 , 与 钻 井 液 有 关 的 环 保和 安 全 问 题 使 得 高 效 、 低 成 本 和 无 毒 钻 井 液 的 研 究开 发 成 为 发 展 的 重 要 方 向 。 而 如 何 评 价 钻 井 泥 浆 的环 保 性 能 的 问 题 就 提 了 出 来 。 本 文 就 结 合 国 内 外 钻井 液 环 保 性 能 即 毒 性 的 评 价 方 法 作 一 简 要 的 介 绍 。!" 钻 井 液 96 h 生 物 鉴 定 试 验钻 井 液 及 其 废 弃 物 环 保 性 能 的 评 价 , 美 国 石 油学 会 ( 制 定 了 钻 井 液 96 h 生 物 鉴 定 试 验 。 该 方法 选 用 糠 虾 幼 苗 作 液 相 和 悬 浮 相 的 标 准 试 验 生 物 ,用 硬 壳 蚌 、 牡 蛎 作 固 相 测 试 生 物 。 其 程 序 是 : 在 1 份钻 井 液 或 添 加 剂 中 加 9 份 海 水 稀 释 , 然 后 强 力 搅 拌30 沉 淀 60 这 时 就 分 成 液 相 、 悬 浮 相 和 固相 3 层 , 分 别 进 行 试 验 。 液 相 需 经 0. 45 µm 的 滤 膜过 滤 , 悬 浮 相 直 接 对 糠 虾 进 行 96 h 培 养 。 固 相 中 放入 硬 壳 蚌 、 牡 蛎 等 雇 哈 属 生 物 , 存 放 10 天 , 观 察 其 生长 死 亡 情 况 。 其 中 , 96 h 验 是 将 液 相 和 悬 浮相 稀 释 成 不 同 浓 度 放 于 若 干 盘 中 , 然 后 每 盘 放 入 4~6 天 龄 期 的 健 壮 糠 虾 20 只 , 观 察 96 h 后 各 盘 中 糠虾 的 死 亡 情 况 , 有 半 数 死 亡 时 的 浓 度 即 为 此 种 化 学剂 的 , 其 单 位 是 百 万 分 率 ) 。 表 示 化 学 剂 对 环 境 的 危 害 程 度 , 即 越 小 , 钻井 液 毒 性 就 越 大 ( 见 表 1) 。虽 然 糠 虾 试 验 是 荐 , 准 的 钻 井 液毒 性 检 测 的 常 规 方 法 , 但 国 外 一 些 专 家 认 为 该 方 法表 1 用 评 价 钻 井 液 对 环 境 的 危 害 程 度毒 性 级 别许 排 放实 际无 毒微 毒中 等毒 性毒 性 剧 毒30000 >10000 1000 ~10000 100 ~1000 1 ~100 <1注 : 美 国 环 保 局 。并 不 精 确 , 而 且 实 际 使 用 时 也 不 方 便 。 其 缺 点 具 体表 现 为 :( 1) 接 触 培 养 时 的 检 测 时 间 已 长 达 96 h, 加 上专 业 实 验 室 往 往 远 离 钻 井 作 业 现 场 , 检 测 准 备 过 程和 方 法 又 十 分 繁 琐 、 耗 时 , 致 使 实 际 试 验 周 期 往 往 长达 2 ~3 周 ;( 2) 试 验 过 程 相 当 复 杂 , 需 要 有 经 验 的 生 物 学专 家 才 能 完 成 ;( 3) 由 于 会 受 到 糠 虾 来 源 、 品 种 、 海 水 水 质 及 悬浮 相 制 备 方 法 等 多 种 因 素 的 影 响 , 不 同 实 验 室 的 毒性 检 测 结 果 会 相 差 很 大 。我 国 结 合 实 际 的 生 物 种 群 , 以 有 关 试 验程 序 为 基 础 , 选 用 2 ~3 龄 期 的 中 国 对 虾 仔 虾 作 测 试生 物 , 然 后 又 发 展 成 用 黑 褐 新 糠 虾 作 测 试 生 物 。 大庆 油 田 则 采 用 幼 鲤 鱼 和 中 华 米 虾 进 行 钻 井 液 急 性 毒性 试 验 。#" 显 微 毒 性 试 验该 方 法 又 叫 发 光 细 菌 法 , 采 用 发 光 杆 菌 作 为 试验 物 种 ( 标 准 菌 种 ) 。 原 理 是 借 助 发 光 细 菌 活 体 细胞 内 的 荧 光 素 和 荧 光 酶 等 发 光 要 素 发 出 生 物冷 光 的 强 弱 来 判 断 。 这 种 发 光 过 程 是 该 菌 体 内 的 一种 新 陈 代 谢 过 程 , 也 是 该 菌 健 康 状 况 的 一 种 标 志 。若 细 菌 活 性 高 , 细 胞 处 于 积 极 分 裂 状 态 , 则 细 胞 内 量 高 , 细 菌 发 光 就 强 ; 若 细 菌 活 性 受 到 抑 制 或休 眠 时 , 细 胞 内 量 明 显 下 降 , 发 光 就 弱 ; 细 菌213 探 矿 工 程 ( 岩 土 钻 掘 工 程 ) 2005 年 增 刊 死 亡 时 , 立 即 消 失 , 发 光 就 停 止 。 当 加 入 不 同类 型 、 不 同 浓 度 的 化 学 剂 后 , 发 光 细 菌 生 物 冷 光 的 光强 因 细 菌 健 康 受 损 而 发 生 变 化 , 减 弱 甚 至 消 失 , 由 此判 断 化 学 剂 对 环 境 的 危 害 程 度 。方 法 为 : 在 1 份 钻 井 液 或 添 加 剂 中 加 入 9 份 海水 , 强 力 搅 拌 30 沉 淀 60 这 时 就 分 成 液相 、 悬 浮 相 和 固 相 3 层 , 取 上 面 清 液 并 稀 释 成 不 同 浓度 , 分 别 接 入 一 定 量 的 发 光 细 菌 。 15 , 利 用 灵敏 光 度 计 ( 生 物 毒 性 测 试 仪 ) 进 行 化 学 剂 对 发 光 细菌 光 强 影 响 的 测 定 。 当 光 强 减 弱 50%( 相 对 于 3% 液 ) 时 的 浓 度 即 为 该 钻 井 液 体 系 或 添 加 剂 的 ( 。这 种 方 法 的 检 测 时 间 ( 2 h 左 右 ) 比 糠 虾 试 验 时间 大 大 缩 短 , 而 且 方 法 和 步 骤 也 比 较 简 单 , 易 于 掌握 。 平 时 将 发 光 细 菌 以 冷 冻 休 眠 态 加 以 保 存 , 使 用前 只 需 加 以 活 化 便 可 , 不 需 要 在 检 测 前 临 时 培 养 细菌 。 尽 管 该 方 法 有 不 少 优 点 , 但 与 糠 虾 法 检 测 结 果相 关 性 并 不 太 好 , 其 检 测 数 据 往 往 偏 小 。!" 生 物 积 累 发 光 法该 方 法 原 理 与 发 光 细 菌 法 原 理 相 同 , 都 是 基 于毒 性 物 质 对 受 试 生 物 自 然 发 光 性 的 影 响 , 但 受 试 生物 的 种 类 和 测 试 方 法 不 同 。 该 方 法 的 受 试 生 物 是 藻类 的 一 种 , 由 于 藻 类 是 植 物 体 , 所 以 很 容 易 生 长 , 培养 和 使 用 都 很 快 捷 、 方 便 , 有 利 于 现 场 应 用 。 这 种 藻类 具 有 因 所 生 存 的 水 环 境 受 到 搅 动 而 发 光 的 特 性 ,这 种 发 光 现 象 称 为 “ 生 物 发 光 ” , 俗 称 “ 磷 光 ” , 当 有毒 性 物 质 存 在 时 , 发 光 藻 类 正 常 的 生 理 生 化 反 应 将受 到 干 扰 或 破 坏 , 发 光 量 会 因 此 降 低 甚 至 完 全 消 失 ,对 光 的 累 积 通 量 进 行 计 量 就 可 以 表 示 出 钻 井 液 毒 性的 大 小 。 光 的 累 积 通 量 越 大 , 则 钻 井 液 的 毒 性 越 小 ;反 之 , 则 钻 井 液 的 毒 性 越 大 。将 该 种 藻 类 接 种 到 由 人 工 配 制 的 海 水 外 加 某 些维 生 素 、 矿 物 质 和 冲 液 混 合 而 成 的 培 养 基 中 。在 20 ℃下 , 每 天 光 照 12 h( 另 外 12 h, 将 其 放 于 干 燥的 暗 室 ) , 对 其 进 行 培 养 , 使 其 在 培 养 液 中 的 浓 度 达到 2000 个 / 取 3 释 培 养 液 到 100 个 / 成 3 份 , 放 到 3 个 20 明 玻 璃 瓶 中 , 再 分 别加 入 10、 25 和 50 µL 的 待 测 样 。 将 玻 璃 瓶 置 于 暗室 , 此 时 毒 性 物 质 与 细 胞 发 生 作 用 。 4 h 后 , 在 暗 室里 剧 烈 搅 拌 培 养 液 1 剪 切 作 用 会 刺 激 藻 类 发光 , 用 生 物 发 光 测 试 仪 就 可 测 到 累 积 发 光 曲 线 。该 方 法 灵 敏 度 高 , 抗 干 扰 能 力 强 , 具 体 表 现 在 以下 几 个 方 面 :( 1) 可 在 浊 度 和 色 度 较 高 的 情 况 下 不 受 干 扰 地进 行 检 测 , 这 是 糠 虾 法 和 发 光 细 菌 法 所 不 具 备 的 一个 优 点 。( 2) 该 方 法 不 受 干 扰 。( 3) 对 每 升 小 于 几 个 毫 克 浓 度 的 毒 性 物 质 也 能精 确 地 检 出 , 灵 敏 度 较 高 。 另 外 , 还 具 有 检 测 时 间 短( 4 h) , 检 测 费 用 低 , 易 于 计 数 等 优 点 。#" 浸 出 毒 性 试 验浸 出 毒 性 试 验 是 一 种 固 体 废 物 的 代 表 样 品 , 用规 定 的 浸 出 程 序 和 测 试 方 法 , 测 定 浸 出 污 染 物 的 浓度 , 若 浸 出 污 染 物 的 浓 度 等 于 或 超 过 国 家 规 定 的 污染 控 制 标 准 , 则 这 种 固 体 废 弃 物 即 具 有 浸 出 毒 性 。文 献 [ 12] 用 该 方 法 测 定 了 废 弃 钻 井 液 中 铬 的 毒 性 。试 验 采 用 蒸 馏 水 ( 5. 8 ~6. 3) 作 提 取 剂 , 液 固比 为 20: 1, 在 室 温 下 以 垂 直 振 荡 方 式 ( 110 ± 10 次· , 提 取 时 间 为 18 h, 0. 45 µm 微 孔 滤 膜 分 离固 液 两 相 。 该 浸 出 毒 性 试 验 方 法 也 适 用 于 钻 井 废 弃泥 浆 中 可 迁 移 的 无 机 污 染 物 的 鉴 别 。$" 遗 传 毒 性 试 验对 于 钻 井 液 , 仅 从 急 性 毒 性 试 验 结 果 去 评 价 其对 环 境 的 影 响 , 还 不 能 全 面 正 确 地 反 映 它 的 毒 性 。其 中 可 能 存 在 致 遗 传 毒 性 的 物 质 随 钻 井 液 排 放 到 环境 中 , 通 过 环 境 介 质 间 接 的 影 响 人 群 健 康 。 遗 传 毒性 使 污 染 物 引 起 生 物 细 胞 遗 传 信 息 发 生 突 变 作 用 ,这 种 变 化 的 遗 传 信 息 或 遗 传 物 质 在 细 胞 分 裂 繁 殖 中能 够 传 递 给 子 代 细 胞 , 使 其 有 新 的 遗 传 性 。 通 过 遗传 毒 性 试 验 可 预 测 致 癌 性 的 潜 在 程 度 。 微 核 是 染 色体 畸 变 的 表 现 之 一 , 是 对 遗 传 物 质 伤 的 结果 。 外 源 性 污 染 物 在 蚕 豆 根 尖 细 胞 分 裂 盛 期 , 使 染色 体 断 裂 的 愈 合 受 阻 , 微 核 千 分 率 ( 明 显 增高 。 微 核 千 分 率 与 染 色 体 畸 变 间 的 相 关 性 非 常 显著 。 因 此 , 微 核 测 试 技 术 可 以 代 替 染 色 体 畸 变 的 分析 , 来 检 测 某 物 质 遗 传 毒 性 的 强 度 , 即 该 物 质 对 生 物遗 传 的 影 响 程 度 。参 考 文 献 :[ 1] A. K. A J] . 1954, 1991.[ 2] . K. of on J] . 1994, 46( 9) .[ 3] 马 文 臣 , 等 . 钻 井 液 研 究 与 使 用 应 考 虑 的 环 境 问 题 [ J] . 石 油 钻采 工 艺 , 1998,( 3) .( 下 转 第 316 页 )313 2005 年 增 刊 探 矿 工 程 ( 岩 土 钻 掘 工 程 )足 钻 进 和 携 岩 要 求 。( 3) 体 系 无 固 相 , 对 机 械 和 钻 具 的 磨 损 小 , 有 利于 小 口 径 金 刚 石 技 术 在 地 质 勘 探 钻 进 中 的 应 用 。( 4) 有 较 好 的 紊 流 减 阻 和 润 滑 性 能 , 可 降 低 泵送 压 力 , 提 高 机 械 转 速 。( 5) 含 有 较 大 数 量 的 有 机 高 分 子 聚 合 物 , 能 有效 地 抑 制 地 层 和 岩 屑 的 膨 胀 与 分 散 , 有 利 于 护 壁 取心 。( 6) 优 良 的 润 滑 减 阻 和 流 变 性 能 , 满 足 金 刚 石钻 进 高 转 速 的 要 求 。( 7) 岩 心 样 品 污 染 小 , 有 利 于 地 质 分 析 化 验 。( 8) 维 护 简 单 、 无 毒 , 可 实 现 自 然 降 解 , 有 利 于环 境 保 护 。!" 结 语综 上 所 述 , 植 物 胶 类 冲 洗 液 能 满 足 现 代 化 钻 井液 的 性 能 要 求 , 是 一 种 能 适 应 松 散 破 碎 地 层 钻 进 高质 量 取 心 需 求 的 新 型 钻 进 冲 洗 液 体 系 , 如 果 能 在 岩土 工 程 勘 察 中 推 广 和 应 用 , 一 定 会 带 来 较 好 的 社 会 、经 济 效 益 。参 考 文 献 :[ 1] 吴 隆 杰 , 等 . 钻 井 液 处 理 剂 胶 体 化 学 原 理 [ M] . 成 都 : 成 都 科 技大 学 出 版 社 , 1992.[ 2] 鄢 捷 年 . 钻 井 液 工 艺 学 [ M] . 山 东 东 营 : 石 油 大 学 出 版 社 ,2001.[ 3] 高 镜 明 . 植 物 化 学 [ M] . 北 京 : 科 学 出 版 社 ,44444444444444444444444444444444444444444444442003.( 上 接 第 313 页 )[ 4] 易 绍 金 , 等 . 油 田 化 学 剂 生 物 毒 性 的 测 定 及 其 分 级 标 准 [ J] . 油气 田 环 境 保 护 , 1996,( 3) .[ 5] 黄 晓 东 . 国 外 钻 井 液 毒 性 检 测 方 法 述 评 [ J] . 石 油 钻 探 技 术 ,1995,( 12) .[ 6] 王 永 艳 , 等 . 油 基 钻 井 液 毒 性 评 价 方 法 [ J] . 钻 井 液 与 完 井 液 ,1991,( 12) .[ 7] 周 名 江 , 等 . 黑 褐 新 糠 虾 的 急 性 毒 性 测 试 方 法 及 在 钻 井 液 毒 性评 价 中 的 作 用 [ J] . 海 洋 环 境 科 学 , 2001,( 8) .[ 8] 李 长 兴 , 等 . 大 庆 油 田 钻 井 液 幼 鱼 急 性 毒 性 试 验 研 究 [ J] . 油 气田 环 境 保 护 , 1997,( 7) .[ 9] 张 保 森 , 等 . 大 庆 油 田 钻 井 液 对 中 华 米 虾 的 毒 性 研 究 [ J] . 黑 龙江 省 环 境 报 , 1999,( 1) .[ 10] 黄 晓 东 . 利 用 发 光 海 藻 快 速 检 测 钻 井 液 毒 性 [ J] . 钻 井 液 与 完井 液 , 1996,( 2) .[ 11] 刘 光 全 . 影 响 废 弃 钻 井 液 浸 出 毒 性 的 因 素 [ J] . 钻 井 液 与 完 井液 , 2000,( 1) .[ 12] 刘 光 全 . 铬 的 浸 出 毒 性 试 验 方 法 研 究 [ J] . 环 境 污 染 与 防 治 ,2000,( 8) .[ 13] 李 长 兴 , 等 . 大 庆 油 田 钻 井 液 遗 传 毒 性 试 验 研 究 [ J] . 油 气 田环 境 保 护 , 1997,( 7) 矿 工 程 ( 岩 土 钻 掘 工 程 ) 2005 年 增 刊
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