苏里格气田钻井液回收再利用技术.pdf

第 3 2卷 第 3期 2 0 1 5年5月 钻井 液与 完井液 DRI L LI NG F L UI D COMP LET 1 0N F LUI D V．01 ． 3 2 No． 3 M a y 2 01 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 8 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 2 8 苏里格气 田钻井液回收再利用技术 张祥 ， 赵凤 臣 ， 曹晓晖 ， 韦用红 ， 徐徉 1 ． 长城钻探钻井液公司，北京 ； 2 ． 渤海钻探工程技术研究院，天津 张祥等 ． 苏里格气田钻井液回收再利用技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 5 ，3 2 3 9 9 ． 1 0 2 ． 摘要 苏里格气 田地质施工条件满足钻井液工艺共通性，符合钻井液 回收再利用工艺，分析 了可再利用 的 G WS S L钻井液体 系特点。采用现场 3口井水平段不同时期钻井液取样以及实验室新配浆，结合现场施工周期特点， 评价了钻井液在储备 1 5 d过程中的性能变化情况。结果表明，完钻钻井液若处理剂使用量充足，维护处理到位，在 1 5 d的储存、倒运、再利用预设周期内，钻井液常规性能与完钻时基本保持一致，可利用成分所 占比例高，且即使流变 性出现变化，滤失量及膨润土含量在合理范围内，可用于稀释配浆改型。预计回收再利用 l m 完钻钻井液，理论上可 减少成本约 3 0 0元。钻井液回收再利用技术需配合使用好固控设备，保证完钻钻井液的品质，并配合 K P AM 等抑制性 絮凝剂的改型、维护，否则低密度固相的污染将影响钻井液性能的可控，甚至导致井下复杂。 关键词 钻井液 ；回收 ； 再利用 ； 环境保护 ； 苏里格气田 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 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 5 0 3 0 0 9 9 0 4 自2 0 1 0年初开始投入开发建设 ， 截至 2 0 1 3 年底 ， 苏里格 自营区块总计完钻投产 1 3 5口水平井，其中苏 5 3区块 1 2 1口， 苏 1 0区块 1 4口， 区域内井位较集中 ， 井型较统一 ，钻井液工艺相似度大，多井施工可衔接 性大。根据室内研究和现场实践 ，从降低开发成本 、 减少钻井液配制起效时间和缓解废钻井液带来的环境 压力等角度出发，提出对苏里格气田钻井液进行回收 再利用 ，对实施风险和效益进行了评价 [ 1 - 2 ] o 1 回收再利 用利弊识 别 苏 里格 区块水平 井钻井 液成本 主要 集 中在造斜 段 双石层、水平段石盒子组 和山西组钻进体 系，为 G WS S L钻井液， 回收再利用实践评价主要针对此阶段。 1 ． 1 再利用钻井液特点 G WS S L钻井液体系为结合苏里格施工特点开 发 的 自主钻井液体系，主处理剂为多元共聚物类 GWS S L A。该体系属聚合物钻井液体系 ，经过长时 间循环剪切、 井底高温作用， 钻井液表现出以下特点。 ①高分子量聚合物类材料经过搅拌、循环、充分水化 后 ，和钻井液中固相颗粒吸附结合 ，形成胶体 。由于 长时间在井底高温下循环剪切 ，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， 增黏提切作用很大程度地降低 。②完钻钻井液的固相 含量一般 比新配制钻井液多 ，主要是加重材料、劣质 固相 ， 尤其低密度 固相含量偏高 ， 且经过长时间循环 ， 亚微米颗粒多。同时大部分聚合物 吸附于固相颗粒 ， 处理好钻井液中多余固相是回收再利用的关键。③完 钻钻井液塑性黏度大、密度高，不易控制。④长时间 储存的钻井液有可能滋生细菌 ，导致钻井液变质 、发 臭 、性能不可控。 1 ． 2 施工应用可行性 自营区块 区域内井位较密集 ，井型较统一 ，钻井 液工艺相似度大 ，多井施工可衔接性大 ，有利于完井 钻井液的就地储存、维护、倒运、再利用，而且满足 应急处理现场突遇井漏 、 井喷等事故对钻井液的需求 ， 大幅减少处理时间。从钻井液性能方面考虑 ，完钻钻 井液密度不易控制、低密度 固相含量偏高等是需要克 服的困难 ，现场可进行稀释改型，而且施工密度可超 过 1 ． 1 5 g ／ e m ，严格要求固控设备使用，不会因密度 不易控制造成井下复杂，同时低密度固相浓度得以稀 释 ，配合抑制性 的絮凝剂可维护处理 [ 3 - 7 ] 。 第一作者简介 张祥，助理工程师，1 9 8 8年生，毕业于西南石油大学应用化学专业，现在从事现场钻井液及相关技术 工作。地址 辽宁省盘锦市兴隆台区生态园7区1 1 ；邮政编码 1 2 4 0 0 0；电话 1 3 9 9 8 7 6 5 7 6 9； E ． ma i l z x i a n g 1 9 8 8 c n l c 1 2 6 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 0 钻井液与 完井液 2 0 1 5年 5月 2完钻钻井液储备性能评价 2 ． 1 钻井液性能随储备时间的变化 采用了现场 3口井水平段不同时期钻井液样 以 下标记为 A、B 、c ，以及实验室新配浆 以下标记 为D ， 结合现场施工周期特点， 以 1 5 d 为储存、 倒运、 再利用预设周期 ， 设计 了评价钻井液性能随储备时间 变化的实验 。 A样为苏 5 3 ． 7 8 3 0 H井在水平段钻进 1 1 5 1 m处 钻井液取样 ，钻井液性能 、加药量接近完钻钻井液状 态。该井在水平段钻进 1 0 4 0 m时，甲方要求填井至 水平段长 8 0 7 m侧钻找气层 ，处理水泥塞 ，处理剂投 入量充足。B样为苏 5 3 ． 7 8 2 9 H井水平段钻进 7 1 0 m 处钻井液取样 ，该 井施 工顺利 ，钻进速度快 ，截 至 取样点三开累计加药量低于设计平均值。c样为苏 5 3 7 8 2 0 H井水平段 1 0 6 8 m处钻井液取样 ，该井水 平段施工存在持续性渗漏， 新配浆占的比例大。D样 为按 3 ％ 膨 润 土 2 ％G WS S L A一 Ⅱ 2 ％G WS S L ． A． I 0 ． 2 ％P A C ． L V 0 ． 5 ％xC 重晶石 密度调至 1 ． 1 5 g ／ c m 配的新浆 ，主要评价新浆受储备时间的影响 ，作为对 比排除试验样 。A、B、c、D样钻井液基本性能随时 间 的变 化见表 1 。根据表 1 数 据可知 ，A、B、c样 现场取回时常温、高温常规性能均良好，满足现场施 工需要 ， 但随储存时间的延长 ， 取于水平段中期施工 、 处理剂投入量小 的 B样首先出现 了黏度失效 、固相 沉淀，其次取于长期渗漏配浆、新配浆占比例大的水 平段后期施工的c样， 经过 1 5 d 存储后出现黏度失效、 固相沉淀 ，取于填井水平段后期施工 、处理剂投入量 充足的 A样和新配浆 D样在测试周期中保持了性能 的稳定 ，且 A、B、C、D样滤失量 、膨润土含量 均 无大幅变化。综合实验结果及现场处理剂加量考虑可 以得出， 苏里格水平井 G WS S L钻井液体系性能稳定， 若处理剂使用量充足， 维护处理到位 ， 在 1 5 d的储存 、 倒运 、再利用预设周期内，完钻钻井液常规 陛能与完 钻时基本保持一致 ，有效、可利用成分所 占比例高 ， 且即使流变性出现变化，滤失量及膨润土含量在合理 范围内，可用于稀释配浆改型。 2 ． 2 实际效益评价 实验采用储备超过 1 5 d 的A、 B 、 c三个样， 按 1 1 比例与 3 ％ 的膨润土浆配制 A 、B 、C ，以及新配制 性能相近的浆 D 、E ， 配浆方案如下。 A ／ B ／ c 基浆 完钻钻井液与 3 ％膨润土浆的比 表 1 不同钻 井液样 品性能随时间的变化 一 挪 5 5 5 I J ； 一 ～ ～ 一 一 一 ～ 一 O O 0 5 5 5 5 5 日 觋 L 1 n u m 一空 z 、 0 8 4 8 8 8 8 8 一牙 i 匕 一 ～ ～ ～ 一 ～ ～ ～ 一一 一 一 ～ 一 O 5 0 0 5 5 一 ； 6 一℃ 舢 叭 叭 叭 叭 一 u。 恻 舳 9 9 9 9 8 8 生 0 O 5 8 2 4 3 8 一 ll l 1 O 9 O 5 1 9 一 ， 奎 6 6 6 4 6 0 7 4 一 ．． 一 ～ 一 一 一 一 一 一一一 一 一 一 ～ 甜 钙 钙 一牛 如 一 一 一 ～ 罟昌 鹋 盯 盯一 、 ㈣ ㈣ 一 ～ 6 6 6 5 5 8 6 5一啼 1 一 潞 撕 0 O 9 9 8 O 8 9一沏 性 L ． 如 如 勰 ∞ 一 删 0 0 9 一 标 为 卜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷 第 3期 张祥等苏里格 气田钻井液回收再利用技术 l 0 l 例为 l 1 O ． 2 ％Na O H 0 ． 2 ％XC 重晶石 D 3 ％膨 润 土 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 2 ％XC 0 ． 5 ％ G wS S L A． Ⅱ 1 ％GWS S L A I 重晶石 E 3 ％膨 润 土 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 2 ％XCl ％ G WS S L A ． I 0 ． 1 ％P A C ． L V 重 晶石 按照改型后施工密度，预设调密度至 1 ． 1 0 ～1 ． 1 2 g ／ c m ； 0 ．2 ％N a O H主要起到 p H调节剂作用 ； 0 ．2 ％X C 主要起到悬浮重晶石调节密度的作用 。A 、B， 、C 、 D 、E 性能对 比见表 2 。 表 2 Al 、B， 、C 。 、D1 、E 样浆性能对 比 由表 2可知 ，用完钻钻井 液配制 的 A 、B 、C。 和新配制的D 、E 相比，在同等提黏剂加量情况下， A 表现出了更符合现场应用的流变性，且 A 、B 、 c 的中压滤失量更低 ，固相含量在合理 范围内，以 A 、B 、C 与 D 、E 配浆成本的差值作为评价完钻 钻井液 回收再 利用效益得 出，该值 在实际利用效益 范 围内。参考最新材料单价 ，室 内实验按 ／ m3 钻井液 配制成本计算 ，A1 、B 、c 预计 至少 比 D1 减少 3 4 7 元 ／ m ，至少 比 E 减少 2 5 4元 ／ m ，保守估算现场配 制成本减少 2 5 4元 ／ m 。 综上所述，结合完钻钻井液倒运车辆租用、储备 基地租借、固控设备使用加强等费用支出和实验配制 减少成本考虑 ，预计每立方米水平井完钻钻井液回收 再利用理论上可减少成本超过 3 0 0元 ／ m 。除此之外 ， 完钻钻井液回收再利用减少了处理剂使用量，大大降 低 了现场劳动强度 ，见表 3 。 3 回收 再 利 用技 术现 场应 用 3 ． 1 现场 施工 目前 已部署苏 5 3区块现场钻井液储备基地 ，最 大储备容量约达 5 0 0 m ，可满足完钻钻井液 回收再 利用最大限度施工 ，而且可满足应急处理现场突遇井 漏 、 井喷等事故对钻井液的需求 ， 大幅减少处理时间。 完钻钻井液净效益评估见表 3 。 表 3 完钻钻井液净效益评估 项 目 金额 完钻钻井液使用效益 ／ 元 ／ m。 2 5 4 2 倒运车辆使用费用 ／ 元 ／ m m ， 3 ． k m 1 ． 2 g ／ 。 m 储备费用 ／ 元 ／ m 3 4 固控设备损耗支出／ 元 ／ m 1 7 注 由于完钻钻井液价值评价实验为预设 1 1 稀释配 浆 ，／ I I 1 3 完钻钻井液可配制 2 m。 新浆 ，因此乘以 2； 预计累计 回收再利用 6 0 0 0 m ，储备费用和固控设备损耗支出为预计总 成本分摊 。 结合以往实践经验以及实验研究 ，形成了苏里格 气 田钻井液 回收再利用施工工艺如下 。 1 回收工艺 。压裂管柱下 至离井底 3 0 0 m时 ， 隔离离心机底流罐 ，开启离心机 ，尽最大可能回收处 理后 的钻井液。 2利用工艺 。钻井液改型时 ，视储备钻井液密 度大小 ，通过循环按比例混入 3 ％ 的膨润土浆 中，再 进行性能维护 ； 补充钻井液量时，配合聚合物处理剂 调整黏度 ，按循环周混人 ； 使用初期 ，配合 K P AM、 离心机控制钻井液 固相增长 ，尤其是低 密度固相含量 的增长 。 3 ． 2 应用效果 根据钻井周期统计可知 ，2 0 1 3年水平井平均单 井钻井周期 同比 2 0 1 2年降低近 2 8 ％，其 中大平 台工 厂化作业及八 开八完项 目效果尤为 凸显 ，2 0 1 3年同 比 2 0 1 2 年单米钻井液成本 、钻井周期降低率见 图 1 。 截至 2 0 1 3年底 ，苏里格 区域全年实现钻井液 回收再 利用超过 6 0 0 0 m ，以苏 5 3区块水平井施工为例， 全年施工水平井钻井液 回收再利用覆盖率超过 6 0 ％， 其中大平台工厂化作业及八开八完项 目覆盖率趋近 1 0 0 ％，全年钻井液平均单米成本相对 2 0 1 2 年同比 降低近 2 4 ％，全年累计进尺 2 0 9 3 4 9 m，按回收再利 一 一一 栅 姗 一～ 一 一～ 一一一一 ～ 一 一 ～ 一～ ～ ～ ％～ ∞ 一 沩 刚 札一 一 一～一一 一 一 一 一 一一 一 一 一一 挪 研 拼 一剿 一一一一 一 一 一 一 一 ㈣ ㈣一一 ～ ～ 一踟 踟 如 如 如 “一 诒 勘 口一 ； 、 ， 一 ～一一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 一一一一一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 2 钻井液与 完 井液 2 0 1 5 年 5月 用工艺贡献率 5 0 ％ 计算 ，节省处理剂投入成本超过 5 0 0万元 ； 且不降低钻井速度 。除此之外 ，钻井液 回 收再利用极大地减少了废钻井液排放 ，缓解了环境保 护压力，尤其是大平台井建设。 5 0 4 0 3 O 2 O 1 O 0 -单米成本降低率 2 0 1 3 年 均 工厂化作业八开八完 其它 图 I 2 0 1 3年同比2 0 1 2年单米钻井液成本、钻井周期降低率 4结论 及 建议 1 ． 苏里格气 田地质施工条件满足钻井液工艺共通 性 ，符合钻井液回收再利用工艺。 2 ． G WS S L钻井液体系性 能稳定 ，完钻钻井液若 处理剂使用量充足，维护处理到位，在 1 5 d 的储存 、 倒运、再利用预设周期内，钻井液常规性能与完钻时 基本保持一致， 有效、可利用成分所占比例高，且即 使流变性出现变化，滤失量及膨润土含量在合理范围 内 ，可用于稀释配浆改型。 3 ． 结合倒运车辆租用、储备基地租借、固控设备 使用加强等费用支出和实验配制减少成本拟算 ，预计 回收再利用 1 m 水平井完钻钻井液 ，理论上可减少 成本约 3 0 0元 ／ m 。 4 ． 苏里格水平井完钻钻井液 回收再利用可挖潜 效益大 ，但需配合使用好固控设备 ，保证完钻钻井液 的品质 ，并配合 K P A M 等抑制性絮凝剂改型的维护 ， 否则低密度 固相的污染将影响钻井液性能的可控 ，甚 至导致井下复杂。 参 考 文 献 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 ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 1 8 O- 8 2． Z h a o Xi a n g y a n g， Li n Ha i ， Zh a n g Zh e n h u o，e t a 1 ． Re s e a r c h o n Re c y c l e o f W a s t e Dr i l l i n g Fl u i d i n Ch a n g b e i G a s F i e l d [ J ] ． Dr i l l i n gF 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． [ 2 ] 刘德胜，李昭辉，刘绪礼 ． 空气泡沫钻井液 回收再利用 技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 6 ，2 3 1 l 1 ． 1 4 ． Li u De s h e n g，L i Zh a o h u i ，Li u Xu l i ． Re c o v e r y a n d r e u s e o f a i r f o a m 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 0 6 ， 2 3 1 1 1 - 1 4 ． [ 3 】 赵凤臣，韦用红，金小文 ． 新型钻井液体系 GWS S L在苏 里格水平井工厂化与标准化施工应用情况 [ J ] ． 长城钻井 液 ，2 0 1 4 ，1 1 1 5 1 8 ． Zh a o F e n c h e n g，W e i Yo n g h o n g ，J i n Xi a o we n ． Ap p l i c a t i o n o f n e w d r i l l i n g fl u i d s y s t e m GW S S L o n s u l i g e h o r i z o n t a l we l l f a c t o ry a n d s t a n d a r d i z e d d r i l l i n g o p e r a t i o n [ J ] ． G r e a t Wa l l Dril li n gFl u i d， 2 0 1 4， I 11 5 1 8 ． [ 4 ] 羊东晓 ． 塔河油 田废弃钻井液回收利用经济性评价 [ J ] ． 石 油钻探技术，2 0 0 4 ，3 2 3 7 3 ． 7 4 ． Ya n g Do n g x i a o ． Th e e c o n o mi c e v a l u a t i o n o n r e c y c l i n g wa s t e mu d s i n t a h e o i l fl e l d [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 0 4 ， 3 2 3 7 3 ． 7 4 ． [ 5 ] 赵吉平 ，任中启，刘爱军 ． 废弃钻井物的二次利用和无 害化处理 [ J ] _ 石油钻探技术，2 0 0 3 ，3 1 1 3 7 ． 3 9 ． Z h a o J i p i n g ， R e n Z h o n g q i ， L i u A i j u n ． Re u s e a n d h a r ml e s s p r o c e s s o f d i s c a r d e d d r i l l i n g ma t e r i a l s [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T 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