北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术.pdf

第 3 3卷 第 2期 2 0 1 6年 3月 钻井液与完井液 DRI L LI NG F L UI D COM P L ETI ON F L UI D V．0 1 ． 3 3 No ． 2 M a t ．201 6 d o i 1 0 ． 3 6 9 6 8 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 1 3 北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术 程玉生， 张立权， 莫天明， 向雄， 张明 中海油 田服务股份有限公司油 田化学事业部 ，广东湛江 5 2 4 0 5 7 程玉生等 ． 北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 l 6 ，3 3 2 6 0 6 3 ． 摘要北部湾地 区地质条件复杂，钻井难度大，结合北部湾地 区钻探的实际情况，通过对影响水基钻井液重复利用因 素的分析， 对废弃钻井液的粒度分析和性能检测制定了一套成熟的固相控制技术。 通过检测废弃钻井液中固相颗粒粒径分布， 优化固控设备的搭配和参数配置 尤其是振动筛筛布选择 ，选择离心机分离能力、布局和台数等， 从而提高固相控制效率， 达到有效净化废弃钻井液的 目的 ； 制定 了一套合适的废弃钻井液处理方式 先检测回收的废弃钻井液性能，然后通过固控 设备来净化废弃钻井液，合理配制新浆量进行稀释处理废弃钻井液，使钻井液性能满足下一口井或井段的开钻要求，节省 了材料成本 、 人工成本和运输成本。北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术在北部湾地区2 9口开发井进行了成功应用。 关键词 废弃钻井液 ； 重复利用 ；固相控制 ； 水基钻井液 ； 北部湾 中图分类号 T E 9 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 60 2 0 0 6 0 0 4 S o l i d s Co n t r o l a n d Re ． u s e o f ，习 t e r Ba s e Dr i l l i n g F l u i d i n Be i b u Gu l f CHE NG Yu s h e n g ， Z HANG Li q u a n， MO T i a n mi ng ， XI ANG Xi o n g ， Z HANG M i n g S h e n z h e n B a s e o f Di v i o n o fO i lfi e l d C h e m t r y ， C O S L ， z n j i a n g ， G u a n g d o n g 5 2 4 0 5 7 ， C h i n a Ab s t r a c t F o r ma t i o n g e o l o g y i n t h e Be i b u Gu l f a r e a i s c o mp l e x ， ma k i n g d r i l l i n g o p e r a t i o n v e r y d i ffic u l t ．S o l i d s c o n t r o l p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e i n t h e S u c c e s s o f d r i l l i n g i n t h i s a r e a ． A c o mp l e t e s e t o f s o l i d s c o n tro l t e c h n o l o g y h a s b e e n d e v e l o p e d t h r o u g h l a b o r a t o ry ana l y s e s a n d e x p e ri me n t s ． T h e c o n fi g u r a t i o n a n d p a r a me t e r s p e c i fi c a t i o n s o f s o l i d s c o n tr o l e q u i p me n t e s p e c i a l l y t h e s e l e c t i o n o f t h e s c r e e n c l o t h f o r s h a l e s h ake r s a r e o p t i mi z e d t hro u g h i n s p e c t i o n o f p a r t i c l e s i z e d i s t ri b u t i o n o f t h e w a t e r d r i l l i n g fl u i d s ． T h e t r e a t me n t c a p a c i t y , c o n fi g u r a t i o n and n u mb e r o f c e n t r i f u g e s are c a r e ful l y d e t e r mi n e d t o e n h a n c e t h e e ffic i e n c y o f s o l i d s c o n t r o 1 ． I n t h e tre a t me n t o f t h e wa s t e d r i l l i n g fl u i d s ， th e p r o p e r t i e s o f t h e wa s t e d r i l l i n g fl u i d s a r e fi r s t l y m e a s u r e d ， the n th e wa s t e d r i l l i n g fl u i d s are c l e a n e d t h r o u g h the s o l i d s c o n t r o l e q u i p me n t ， an d s o me n e w d r i l l i n g fl u i d s a r e p r e p are d for u s e wi t h the c l e a n e d wa s t e d r i l l i n g fl u i d s ． I n t h i s wa y t h e p r o p e rt i e s o f t h e d r i l l i n g fl u i d s a t i s f y the n e e d s f o r t h e n e x t h o l e s e c t i o n o r t h e n e x t we l l ， an d t h e mu d c o s t ， l a b o r c o s t a n d tr a n s p o r t a t i o n c o s t a r e a l l r e d u c e d ． Th i s t e c h n o l o g y h a s b e e n s u c c e s s fu l l y u s e d o n 2 9 we l l s i n t h e Be i b u Gu l f a r e a ． Ke y wo r d s W a s t e d r i l l i n g fl u i d ； Re - u s e ； S o l i d s c o n t r o l ； W a t e r b a s e d r i l l i n g fl u i d ； Be i b u Gu l f 涠西南地区地质条件复杂 ，尤其是涠洲组和流 沙港组极易坍塌，严重影响了油田的钻探速度，造 成巨大的经济损失。通过多年的研究与实践，在开 发井中用油基钻井液较好地解决了涠洲组和流砂港 组的井壁稳定问题。但近几年来，随着环境保护的 要求越来越高，在油基钻井液的使用方面， 所有含 油钻屑都需要进行回收处理， 钻井成本相应增加 [1 】 。 随着环保型水基钻井液技术的进一步提高，在北部 湾地区易垮地层用水基钻井液替代油基钻井液变为 可能。但由于防塌和井壁稳定 的需要 ，水基钻井液 成本仍较高，因此，对水基钻井液的重复利用及成 本控制技术方面的研究将变得重要 [2 】 。在北部湾涠 洲 1 2 8 W、涠洲 6 ． 1 2 、涠洲 1 1 ． 2 、涠洲 1 2 ． 2 等批 量钻井项 目中，将 西3 l 1 ． 1 5 m m井段使用过的废 弃钻井液经过处理后重复应用于下 口井或 西2 1 5 ．9 mm井段 ，能节 约钻井液材料成本 、运输成本和人 工成本 [ 3 】 。因此 ， 针对北部湾地区作业 的实际情况 ， 通过对废弃钻井液的各项性能指标和固相控制技术 第一作者简介 程玉生，工程师，硕士，1 9 8 0年生，毕业于中国石油大学 华东 石油与天然气工程专业，现在从 事钻井液与完井液的技术管理与应用工作。电话 0 7 5 9 3 9 1 1 5 8 5； E ma i l c h e n g y s h c o s 1 ． c o m． c a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷 第 2期 程玉生等北部湾水基钻井液 固相控制与重复利用技术 6 1 的研究 ， 建立了北部湾环保型水基钻井液重复利用 标准，并形成了一套废弃钻井液的处理方式和固相 控制技术， 以满足水基钻井液能够回收使用的需求。 废弃钻井液处理方式研究 废弃钻井液是一种含黏土、 加重材料、 添加剂、 污水、污油及钻屑的多相稳定胶悬浮体，成分复 杂 [4 ] 。要实现水基钻井液的重复利用，必须严格控 制其各项性能指标，如流变性、固相含量、防腐及 滤失量等，这就需要构建一套完整的废弃钻井液控 制程序标准，来严格控制其性能能够满足下口井或 下开井段的开钻要求，如图 1 所示，以保证重复利 用后的钻井液有足够的稳定性。因此 ，对水基钻井 液的重复利用标准的建立显得尤为重要。 图 1 北部湾环保型水基钻井液重复利用标准的建立 1 ． 1 影响水基钻井液重复利用的因素 1 高分子量聚合物类材料经过搅拌、循环、 充分水化后 ，和钻井液中的固相颗粒吸附结合，形 成胶体。由于长时间在较高温度下循环和剪切，长 链高分子有可能断裂，加之使用、储存时间过长， 可能导致部分降解，有效作用效能大大降低。采用 化学滴定法可以分析废弃钻井液的化学组成 【5 ] 。 2 无机盐、有机盐随水和固相存在，尽管部 分离子吸附于固相，但有效离子浓度足以满足再次 利用的条件 ，特别是成本较高的盐类 ，其盐类离子 是不均衡存在的， 例如在废氯化钾聚合物钻井液中， 氯离子较钾离子多，原因是钾离子较氯离子更易吸 附于黏土上，部分消耗，导致氯离子较多。 3 废弃钻井液的固相含量一般比新配制钻井 液多，主要是加重材料、劣质固相，特别是经过长 时间循环 ，亚微米颗粒多。同时，大部分聚合物和 盐类都吸附于固相颗粒，如何处理好钻井液中多余 的固相是回收重复利用的主要难题。废弃钻井液黏 度大、密度高。长时间储存的废弃钻井液有可能滋 生细菌， 导致钻井液变质、发臭。如表 1 所示 ，固 井期间回收的涠洲 1 1 - 2 N B 4 H 1 井废弃钻井液中的 无用 固相含量高。 表 1 涠洲 1 1 - 2 N． B 4 H1 井废弃钻井液性能 室温 F v | P v | P | Y p | P v|p | F L F L ／ v {MBT ／ S mPa S P a P a ／ mP a S g ／ c m mL mL％k g ／ m 5 7 3 4 1 3 0 ． 3 9 1 -2 8 3 ． O 2 ．0 1 8 2 4 1 ． 2 粒度分析 Ma n o h a r L a I 提出了一种简单模型。L a I 研究 认为， 传送到固控系统的颗粒尺寸很大程度上取决 于所钻地层类型，而其他 因素 的影响较小。颗粒粒 径分布的情况与可用固控设备清除的颗粒尺寸相 关 见表 2 。通过对所钻地层的岩性描述，我们可 以初步判断钻屑颗粒的粒径分布。可以利用不同 固控设备与清除颗粒大小的关系 见表 2 和固控效 率 S C E 模型 见表 3 对固控设备进行选择和配 置，以达到最大的固相清除效率，并初步掌握无法 清除的固相占比，以制定后期的重复利用方案。 表 2 不同固控设备与清除颗粒大小的关系 徊 2 3 8 1 6 3 2 6 4 1 2 8 2 5 0 5 0 0 1 0 0 0 分散页岩1 6 3 4 3 4 1 6 页岩 1 6 3 4 3 4 1 6 砂岩 1 6 3 4 5 0 砂砾岩 ，硬 1 6 8 4 碳酸盐岩 l 6 3 4 5 0 固控设备无法清除 离心机 水力旋流器 振动筛 从现场取涠洲 1 1 - 2 N ． B 4 H 1 井废弃钻井液，送 回陆地实验室，用激光粒度仪检测废弃钻井液中固 相颗粒的粒径分布， 结果见图2 。 检测结果为d 0 ． 1 1 ． 5 6 0 g m、d 0 ． 5 2 0 ． 5 7 6“ m、d 0 ． 9 6 2 ． 5 0 5 岬 ，从粒径分布情况可以看出，较大粒径的固相 颗粒已被振动筛清除，废弃钻井液中固相基本都是 粒径在 1 1 0 u m以下的颗粒，需要合理选择搭配固 控设备，同时要求合理地设置固控设备参数，使固 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 钻 井 液与 完 井 液 2 0 1 6 年 3月 控效率最大化，还剩余约 1 0 ％粒径为 1 ． 5 6岬 的 固相无法清除。 表 3 固控效率 【 S C E 模型 描述 描述 丑 求 粒 度／ g m 图2 废弃钻井液固相颗粒粒径分布图 1 ． 3 防腐处理 废弃钻井液中存在大量厌氧型微生物，其中的 功能性添加剂容易为微生物降解 尤其是功能性官 能团 ，使添加剂失去原有的功能或者效能大大降 低，鉴于微生物生长的酸碱性环境多偏酸陛，因此 向废弃钻井液中加人适量的烧碱，调节废弃钻井液 的p H值至 8 ．5 ～9 ． 5 ，同时向废弃钻井液中添加适 量的杀菌剂，降低废弃钻井液中微生物的量或者抑 制微生物的活动 ，以防止添加剂 的生物降解作用。 1 ． 4 固相的控制及处理 1 ． 4 ． 1 应用固控设备处理废弃钻井液 1 振动筛作为一级固控，能筛除粒径在2 5 0 g m以上的固相颗粒。振动筛筛布的选择直接关系 到进人钻井液中固相颗粒 的粒径范 围。因此现场在 3 1 1 ． 1 5 n Lr n 井段选用筛孔为 0 ． 1 0 5 I／ lA n 1 4 0目 的 筛布，西 2 1 5 ．9 Im 井段选用筛孔为 0 ．0 9 4 I ll n l 1 7 0 目 的筛布，尽可能多地筛除固相，起到充分净化 钻井液的作用 。 2 水力旋流器，如除砂器、除泥器，作为二 级固控设备， 能筛除粒径在 6 4 g m以上的固相颗粒。 旋流器的个数和旋流器的有效性都直接关系到二级 固控的效果，因此在现场需充分利用好现有的除砂 器、除泥器设备，并做好设备的保养工作，起到处 理量和处理效果效能最大化，尽可能净化钻井液。 3 提高固控效率的最有效手段是提高离心机 分离能力 ，并优化离心机布局和数量 。 固井期间 ，回收涠洲 l 1 - 2 N B 4 H1 井废弃钻井 液， 在地面建立小循环，开启全部固控设备如振动 筛、水力旋流器、离心机，并根据实际情况选择合 适的设备参数。通过实验检测得到，经固控设备处 理后 的废弃钻井液性能见表 4 。实验结果说 明，经 固控设备处理后的废弃钻井液得到了较好地净化， 黏度、切力、密度和固相含量都明显降低，高温高 压滤失量略涨， 说明部分降滤失剂损耗 ， 但钻井液 的整体性能明显变好 [7 】 。 表 4 固控设备处理后涠洲 1 1 ． 2 N． B 4 H1井废弃钻井液性能 Fv|Pv | P |、 P| Pv |,o ／F L ／ F L z s ／ M BT ／ s mP a S P a P a ／ mPa S g ／ c m3 mL mL％k g ／ m 5 0 2 0 8 ． 5 0 ． 4 3 1 ． 2 6 4 ． 0 2 ． 0 1 2 2 O 4 5 1 8 6 ． 0 0 ． 3 4 1 ． 2 6 4 ． 0 2 ． 0 6 1 4 注 第一行数据为固控设备处理后，第二行数据为新 浆稀释处理后钻井液性能。 1 ． 4 ． 2 应用新浆稀释处理废弃钻井液 由于通 过 固控设备无法清 除废弃钻 井液 中约 1 0 ％粒径为 1 ． 5 6 g m的固相，需要通过配制新浆进 行稀释处理，同时结合经固控设备处理后的废弃钻 井液性能，综合考虑新浆配制量 ，根据现场经验新 浆与废弃钻井液比例为 2 1 ～ 1 2 ，按 比例 混匀后 ， 检测钻井液性能 ， 结果见表 4 。由表 4看出 ， 按 比例兑好混匀后的钻井液性能满足开钻要求。 2 北部湾钻井液重复利用技术应用 固井期间，回收废弃钻井液，在地面建立小循 环，开启全部固控设备 ，如振动筛、水力旋流器、 离心机， 并根据实际情况选择合适的设备参数 ，检 测固控设备处理后的废弃钻井液性能， 结合开钻钻 井液性能要求 ， 合理计算新浆配制量并用新浆对废 弃钻井液进行稀释处理，将经过合理处理后的废弃 钻井液进行重复利用。如表 5 所示 ， 北部湾水基钻 井液固相控制与重复利用技术已在 2 9口开发井中 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 3 卷 第2期 程玉生等北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术 6 3 得到成功应用，钻井液重复使用效果良好，性能稳 定，经济效益优势明显，减少对环境的污染 嘲 。 表 5 部分北部湾钻井液重复利用应用情况统计 3 结论 与认 识 1 ． 构建 了一套废弃钻井液重复利用的标准 ，节 省了材料成本、人工成本和运输成本。 2 ． 制定了一套成熟的固相控制技术，通过检测 废弃钻井液中固相颗粒粒径分布，优化固控设备的 搭配和参数配置 尤其是振动筛筛布选择 ，选择 离心机分离能力、布局和台数等，从而提高固相控 制效率，达到净化废弃钻井液的目的。 3 ． 制定了一套合适的废弃钻井液处理方式 检 测回收的废弃钻井液性能，然后通过固控设备净化 废弃钻井液， 并合理配制新浆量对其进行稀释处理， 使钻井液性能满足下一口井或井段的开钻要求。 参 考 文 献 [ 1 】 梁文利 ． 现场废弃油基钻井液的优化研究 [ J ] ． 钻井液 与完井液，2 0 1 2 ，2 9 3 9 - 1 2 ． LI AN G W e nl i ．Opt i m i z a t i o n r e s e a r c h o f t he we l l s i t e wa s t e o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 2 ，2 9 3 9 1 2 ． [ 2 ] 鲍泽富，刘江波，王江萍，等 ． 钻井液回收净化再利 用系统的设计 [ J ] ，石油机械，2 0 0 6 ，3 4 6 4 6 - 4 9 ． BAO Ze f u，LI U J i a ng b o，W ANG J i a ng p i n g， e t a 1 ． T h e d e s i g n o f a s y s t e m f o r d r i l l i n g fl u i d r e c o v e r y a n d p u r i fi c a t i o n [ J ] ． P e t r o l e u m Ma c h i n e r y，2 0 0 6 ，3 4 6 4 6 4 9 ． [ 3 】 程玉生，符士山，王韶春 ． 涠西南地区探井钻井液技 术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 2 1 0 5 - 1 0 7 ． CHENG Yus h e ng， F U S h i s h a n， W ANG S h a o c h u n ． Dr i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y u s e d fo r e x p l o r a t i o n we l l s i n we i x i n a n a r e a [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d 。 2 0 0 9 ，2 6 2 1 0 5 ． 1 0 7 ． 【 4 ] 陈孝彦 ． 钻井废弃泥浆固化处理技术综述 [ J 】 ． 科技与 企业 ，2 0 1 2 1 4 3 3 8 3 3 9 ． C HE N Xi a o y a n ．S o l i d i fi c a fi o n t r e a t me n t o f wa s t e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． S c i e n c e - T e c h n o l o g y＆ E n t e r p r i s e ，2 0 1 2 1 4 3 3 8 ． 3 3 9 ． [ 5 ] 潘宝风， 兰林 ， 李尚贵等 ． 废弃钻井液的固化烧结与再 利用研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 1 6 6 - 6 8 ． P AN Ba o f e n g，L AN Lin，L I S h a n g g u i ，S t u d y o n c u r i n g s i n t e n n g a n d u t i l i z a t i o n o f wa s t e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p t i o n F l u i d ，2 0 1 1 ，2 8 1 6 6 - 6 8 ． [ 6 ] 于承朋 ． 钻井废弃物处理的计算机模型 [ J 】 ． 国外油 田 工程 ，2 0 0 7 ，2 3 1 2 7 ． 2 9 ． YU Ch e n g p e n g ． Co mp u t e r mo d e l s a d d r e s s d r i l l i n g wa s t e ma n a g e me n t [ J ] ．F o r e i g n O i lfie l d E n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 ，2 3 1 2 7 ． 2 9 ． [ 7 】 周风山， 曾光 ， 何纶， 等 ． 废弃钻完井液固液分离技术 研究进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，3 4 S O 5 9 - 6 4 ． HOU Fe n g s h a n，ZENG Gua n g， HE L u n， e t a 1 ．T h e t e c h n o l o g y r e s e a r c h p r o g r e s s o f s o l i d - l i q u i d s e p a r a t i o n o f w a s t e d r i l l i n g and c o mp l e t i o n fl u i d[ J ] ． Dr i l l i n g Fl u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ． 2 0 0 7 ，3 4 S 0 5 9 6 4 ． 8 ] 赵向阳，林海，张振活，等 ． 长北气田钻井液 回收重 复利用实践与认识 [ J ] I 钻井液与完井液， 2 0 1 3 ， 3 0 1 8 O ． 8 2 ． Z HAO Xi a n g y a n g， L I N Ha i ， Z HANG Zh e n h u o， e t a 1 ． T h e p r a c t i c e a n d u n d e r s t and i n g o f Ch ang b e i d r i l l i n g fl u i d r e c y c l i n g [ J ] ． D r i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 1 3 ， 3 0 1 8 0 ． 8 2 ． 收稿 日期2 0 1 5 ． 1 1 ． 1 7 ；HG F 1 6 0 1 N8 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m