鉆井作業中使用油基鉆井液時,鉆屑在被鉆井液帶出井眼的過程中會被一層油包裹。即使是使用水基泥漿鉆井,源自富油頁巖和砂巖的鉆屑也需要被輸送到地面進行適當處理。在很多地區,環保法規日趨嚴格,再加上鉆屑清除費用的上升,排除了將親油或含油鉆屑及相關鉆井廢物排入大海的可能性。
在任何鉆井工程中,作業者都必須在盡量減小環境影響、保持井眼穩定和盡量提高鉆井效率之間做出權衡。自2001年以來,非水基鉆井液(油基和合成基)的使用以每年平均2% 的速度增長,這一趨勢很可能還會繼續。由于非水基鉆井液(以下稱為油基鉆井液)具有抑制特性和潤滑作用的特點,所以可以更容易地鉆進某些地層。
最初的研究表明,鉆屑回注(CRI)對環境的影響最小,而且也是一種非常經濟的鉆屑和親油廢物處理解決辦法。
所有勘探與生產作業都存在風險,CRI 也不例外。在大多數情況下,注入過程不會發生大的意外。然而,尤其是在該技術應用的早期,曾經發生過沿套管或環空通向注入地層的通道被阻塞從而導致CRI 作業停止的情況。在個別情況下,注入的漿液甚至通過天然裂縫、水力壓裂裂縫或者井內固井質量差的部分運移至海底。這種情況導致注入的漿液排放到海底。
這類事故不僅會造成成本很高的環境問題,而且也會帶來嚴重的經濟風險,如作業中斷、注入井的補救,甚至會需要鉆一口新的注入井。CRI 作業受到許多因素的影響,如地面的機械故障或者處理系統的能力不足,導致鉆井作業的延誤,造成巨大的經濟損失。為了將這些風險降到最低,工程師采用諸如M-I SWACO 公司開發的先進氣動收集、運輸和儲存系統,用來消除鉆井和CRI 作業之間的相互影響。
在CRI設備故障期間或者當鉆屑形成速度快于處理速度時,這些氣動系統可以快速將固相清除設備排出的廢物和含油鉆屑運送到儲存罐,以便隨后處理。氣動系統可將鉆屑運送到100 米(328 英尺)之外的位置,可以在鉆井平臺的甲板之間垂直運送,因此儲存罐可以與鉆井工具相隔一段距離。這就避免了在鉆井平臺上放置更多設備而造成擁擠的問題。
井下出現的風險則不太容易發現,而且通常更為復雜。油管、環空或者炮孔的堵塞均可能威脅到CRI作業的順利進行。在注入階段之間的停滯期,懸浮的固相顆粒自然會沉淀。沉淀速度是時間、粒徑和流體低剪切速率粘度的函數。一般直徑大于300 微米的較大顆粒在地面被篩出,以降低沉淀趨勢。
然而,在CRI作業中,井斜及井下高溫導致的攜帶液粘度降低等因素常常使沉淀問題復雜化。在這些情況下,顆粒沉積在井眼低端,逐漸形成鉆屑床并最終因失穩而滑向井底(上圖)。當注入開始時,鉆屑床中的固相顆粒受到擠壓而形成固體塞,妨礙了后面的注入作業。清除堵塞、在較淺深度上對油管重新射孔或者改用另一口注入井等都會產生高昂的費用,從而對鉆井作業效率產生不利影響。