塔河油田废钻井液固化技术研究及现场应用.pdf

第 2 5卷 第 3期 2 0 0 8年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LI I NG FLUI D COMP LETI ON FLUI D Vo 1 ． 2 5 No ． 3 M a y 2 0 0 8 文 章 编 号 1 0 0 卜5 6 2 0 2 0 0 8 0 3 0 0 6 3 0 3 塔河油 田废钻 井液 固化技术研究及现场应用 刘 宇程 杜 国勇 王光润 杨 晓 明。 1 ． 西南石油大学化学化工学 院， 四川成都 ； 2 ． 西南油气 田分公 司南充炼油化工总厂 ， 四川南充； 3 ． 中石化西南石油局 ， 四川绵阳 摘要 针对塔河油 田废钻井液采用常规 固化方法处理后 ， 固化产 物浸 出液 中污染 物难 以达标 ， 特别是 色度和 C O D 超标严重的情况， 创新性地提 出先加入稳 定剂进行 预处理后再进行固化的工艺。通过实验研 究确定 出了适合 于塔河油 田废钻井液的稳定剂和固化剂 的配方并进行现场 固化应用 ， 固化产 物 的强度 达到 0 ． 5 MP a以上， 固化物 浸 出液 中污染物含量达到国家污水综合排放标准 ， 降低 了处理成本 ， 具有较 强的现场应 用价 值。 关键词 废 钻井液处理 固化 环境保护 稳定剂 中图分 类号 T E 9 2 3 文献标识码 A 塔 河油 田钻井 主要 使 用 水 基 钻井 液 ， 废 钻 井 液 的污染 主要是 有 机物 引起 的污染 。针 对塔 河油 田废 弃钻井液中污染物的特性 ， 对井场废弃钻井液采用 先稳定再 固化 的 工艺 ， 在 固化 前 对废 弃 钻井 液 进 行 预处理 ， 降低了其中污染物的水溶性 ， 使 固化物中的 污染物 在有水 浸泡 时 不 会 流 失 ， 从 而 消 除 了 固化 体 对 环境 产生新 污 染 的 风险 。将 研 制 出 的稳 定剂 、 优 选 出 的固化剂 以及 确定 出 的配方 和工艺 对塔 河油 田 TK1 1 1 5井等 1 6口井废 钻井 液进 行 了固化。经 现 场抽 样检 测 ， 固化物 浸 出液 中污染 物 含 量 达 到 国 家 污水 综合排 放标 准 GB 8 9 7 8 -- 1 9 9 6 二 级标 准要 求 。 1稳 定 化 处 理 1 ． 1 稳定化处理的机理 钻 井 液具 有 胶体 体 系 的基 本 特 征 ， 污 染物 在 其 中呈稳定 状 态 ， 其 中 的有 机 物 具 有 较 好 的水 溶 性 。 若 对其 直接进 行 固化 处 理 ， 有 机 物 的 分 子形 态 未 发 生 改变 ， 固化体 经水 浸泡 后 ， 其 中的有机 物会 从 固相 向水相转移 ， 污染水体。特别是聚磺盐水钻井液采 用常规方法 固化后， 经水浸泡 5 rai n左右， 水相即呈 黄色 ， 浸泡 2 4 h后 ， 水相呈棕红色， 色度高达 2 0 0倍 以上 ， 同时 有机物 等 污染物 也严 重超标 。因此 ， 有必 要加入化学药剂降低有 机物 的水溶性， 使其固化后 不容 易从 固相转 移到 水相_ 1 ] 。 稳定 化处 理 过 程 分为 2步 ， 第 1步 是稳 定 剂 中 的破胶剂破坏废钻井液的胶体体系 ， 改变有机物的 形态 ， 破坏钻井液中有机物对钻井液的护胶作用 ， 使 其 中的黏土等和 自由水 分离开 ， 有机污染物等溶解 于自由水中。第 2步是稳定剂对分离出来 的有机污 染物等重新絮凝沉淀， 使污染物不易遇水流失 而产 生污染 ， 同时将分离 出的黏土颗粒重新 包裹起 来。 破胶稳定化处理可以降低废钻井液中的污染物水溶 性 ， 从而极大地提高固化效果 ， 减少 固化剂 如水泥 等 的用量 ， 降低固化成本。 根据 聚沉 稳定 性理 论 ， 经 过实 验研 究 ， 最 后优 选 的稳 定 剂 为 TW l和 T W一 2 。为 了 加 强稳 定 效 果 ， 将稳定剂 Tw一 1 和 T w一 2按 l 2 的比例复配成混合 物 T W 。先用该 剂 对钻 井废 液进行 稳定 处 理后 再进 行 固化 。 1 ． 2 稳定剂加量的确定 取 一小 部分 稳定 化处 理后 的废 钻井 液放到 滤纸 上 ， 观察 滤纸 被浸 湿 部 分 颜 色 的深 浅 。滤纸 上 的浸 出颜色越浅则说明稳定化程度越高。对稳定剂 T w 的加量与稳定效果 的关系进行了实验研究 ， 其结果 见 表 1 。由表 1可 以看 出 ， 在稳 定剂 的加量 达到 1 ． 4 g ／ l O 0 mL时 ， 稳 定 处理 后 的废 钻井 液 固化物浸 出液 颜色 很浅 ， 几乎 无色 ， 表 明其 中 的污染物 基本 上 已经 被稳 定化 。 第一作者简介 刘 宇程 ， 讲师， 1 9 7 7年 生， 2 0 0 1年毕业于西南石油大学获硕士学位 ， 现在 西南石油大学环境工程教 研室从 事教学和科研工作， 主要研 究方向为油气田污染 治理 ， 发表论文 1 O余篇 。地 址 四川省成都 市新都 区西南石油大 学化学化工 学院； 邮政编码 6 1 0 5 0 0 ； 电话 1 3 5 5 1 3 0 8 3 2 6 ； E ma i l l y c s wp i 1 6 3 ． c o rn。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8牟 5月 表 1 T w 加量与废钻井液稳定后固化物浸出液颜 色的关系 表 3 水泥加量对固化效果的影 响 TW 浸出液 T W 浸 出液 T W 浸出液 g ／ l O 0 mL 颜色 g ／ l O 0 mI 颜色 g ／ 1 0 0 mL 颜色 0 ． 2 深 0 ． 8 很浅 1 ． 4 无色 0 ． 4 较深 1 ． 0 很浅 1 ． 6 无色 0 ． 6 较浅 1 ． 2 几乎无色 2 固 化 处 理 2 ． 1 固化剂的选择 在进行稳 定处 理后 的废钻 井 液 中先 加入 一 定量 的粉煤 灰 粉 煤灰具 有 吸水性和 固化性 能 ， 可 以起 到 部分 固化作用 ， 再 加入 一 定 量 的水 泥 和 沙 子 在 塔 河油田施工现场就近取用 ， 利用水泥较强的固化作 用 将钻 井废液 固化 ， 固化 产物 的浸 出 液 达 到 国家 标 准。故选定水泥和粉煤灰作为钻井废液的固化剂 。 2 ． 2固化配方的确定 2 ． 2 ． 1 废钻 井液 中主要 污染物 含量 分析 了塔河 油 田 TK1 1 1 5井 和 7 2 o 5井 的废 钻 井液主要污染指标 ， 结果见表 2 。由表 2可以看出， 废液的色度、 C O D 、 油含量等严重超标 ， 综合指 标 远超过 G B 8 9 7 8 ～1 9 9 6中二级标准要求。 表 2废 钻 井 液 主 要污 染 指 标 井 号警 p H L 一 P b C r儿 2 ． 2 ． 2 固化剂 加量 的确定 通过实验优选出的固化材料为水泥、 粉煤灰和 沙子 。由于塔河 油 田对 废钻井 液 固化体 的强度 要求 不高 要求大于 0 ． 5 MP a ， 且在固化现场非常容 易 获得 沙子 ， 因此 选 择 沙子 作 为 固化 支 撑剂 。确定 的 无害 化 固化 技术 方 案 为 先对 废 钻 井 液 进 行稳 定 化 处理 ， 再加粉 煤灰 、 水泥 和沙子 进行 固化 。在这 几种 固化 材料 中 ， 水泥 加量对 固化效 果 的影 响最 大 ， 所 以 首先 确定水 泥 的适 宜加 量 。 1 水泥加量的确定。考察了在不同水泥加量条 件下 固化 7 d后 的情 况 ， 结果 见表 3 。 由表 3可 以看 出， 水 泥 的加 量达 到 8 以上就 可 以使 固化体 浸 出液 的 C 0 D 达 到 二 级 标 准 ， 因此 从 控制 固化 成 本 的角度 考 虑 ， 将 水泥 加 量 确 定 为 8 w／ v 。 2 粉煤 灰加 量 的确 定 。考察 了不 同粉 煤 灰加 量 对 固化 效果 的影 响 。在水 泥 加量 为 8 g ／ l O 0 mL时 ， 按 配 比加入 不 同量 的粉 煤 灰 ， 测 定 固化 7 d后 固化 产物 的强度 ， 结果 见表 4 。 表 4粉煤灰加量 对固化效果的影响 由表 4可 以看 出 ， 粉 煤灰 加量 为 6 g ／ l O 0 mL时 比较适 宜 。 3 支 撑 剂 加 量 的 确 定 。 稳 定 剂 加 量 为 1 ． 4 w／ v ， 粉煤灰为 6 ％， 水泥加量为 8 ， 支撑剂 沙 子 按 体 积 百 分 比加 入 ， 固化 7 d后 ， 不 同 加 量 的支 撑 剂对 固化效果 的影响见 表 5 。由表 5可 以看 出 ， 随 支撑剂加量的增加 ， 固化体 的强度有所增加 ， 但当加 量超过 3 0 mI ／ l O O mL混合液时 ， 强度开始降低 ， 且 固化体 不 紧密 ， 其 中的污 染物反 而易 被水 浸 泡 出来 ， 因此 确定 固化 剂配方 如下 。 8 水 泥 w／ v 6 粉 煤 灰 w／ v 3 0 沙 子 v ／ v 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 3期 刘 宇程等 塔 河油 田废 钻 井液 固化技 术研 究及现 场 应 用 6 5 表 5 支撑剂加量对 固化效果 的影响 1 0 2 0 30 4 0 50 0．1 4 0、 31 0、5 3 0、 36 0、 28 1 7 4 8 ．8 10 1 5 3 8 ． 8 1 0 1 26 8 、7 10 1 5 0 8 、7 1 0 1 5 8 8 ．9 10 63 56 66 67 84 3 现 场 应 用 按稳 定剂 和 固化剂 配方对 各 井场 的废 钻 井 液进 行 固化施工 。其 中 TK1 1 1 5和 7 2 0 5井废 钻 井 液 固 化 7 d后 的固化物 浸 出液分 析 结果 见表 6 。 表 6现 场 固化 效 果 分 析 由表 6可 以看 出 ， 固化 物 浸 出 液 中主要 污 染 指 标均能达到 GB 8 9 7 8 --1 9 9 6标准要求和抗压强度大 于 0 ． 5 MP a的要求。 4 结论 1 ．提 出 了固化前 先 加 入 稳定 剂 的 处 理 方 案 ， 并 研 制 出 了适 用 于塔 河 油 田废 钻井 液 的稳 定 剂 TW ， 并 确定 出 了最佳用 量 为 1 ． 4 w／ v 。 2 ．确定出了固化体强度为 0 。 5 MP a时的固化 剂 配方 为 8 水泥 w／ v 6 粉 煤灰 w／ v 3 0 沙 子 v ／ v 。采用 该 固化 剂配 方 ， 固化剂 成 本大 约 为 5 5元 ／ m。 。 3 ．对塔 河 油 田废 钻 井 液现 场 固 化 处 理 的 固 化 物浸 出液 主要 污 染 物 进 行 了 分析 测 定 ， 主 要 污染 指 标 均可 达到 GB 8 9 7 8 1 9 9 6中的二级 标准 。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄汉 仁 ， 杨 坤鹏 ， 罗平 亚、 泥浆工 艺原理 ， 北京 石油工 业 出 版 社 ， 1 9 8 1 [ 2 ] 李健鹰． 泥浆胶体化学 ， 北京 石油大学 出版社 ， 1 9 8 8 收稿 日期 2 0 0 7 1 卜1 3 ； HGF 一0 8 3 A1 ； 编辑 张炳芹 上 接 第 6 2页 2 0 0 6年 在该 区块 完 钻 的 8口井 ， 钻 井 液 密度 均 达 到 1 ． 5 O ～1 ． 5 8 g ／ c m 。 ， 其 中京 2 5 7 1 X井 发生 压差 卡钻 。 在京 1 1 平 1 井 二 开 施 工 过 程 中钻 井 液 密 度 最 高达 到 1 ． 6 3 g ／ c m。 ， 在 防卡 和 防 渗漏 方 面 主要 采 取 以下 措施 ① 在钻 井 液 中足 量加 入 3 以上 C DF 一 1 ， 同时 配合适 量 防塌 降 滤 失 剂 ， 减 小 低 压 地 层 的 渗 透 性 压差 ； ② 在 钻 井 液 中混 入 6 ～8 的原 油 ， 适 量 加入乳化剂、 液体润滑剂 ， 保证钻井液 的润滑性 ； ③ 简化钻具结构 ， 将无磁钻铤改为无磁抗压钻杆 ， 同时 钻 具 中接 随钻 震击 器 ， 以利 于防 卡和 解卡 ； ④ 钻进 过 程中适当降低钻井液密度 ， 以降低压差 ， 起钻时再提 高 钻井液 密度 ， 防止 井 喷 ； ⑤ 使 用 好 固控 设 施 ， 尽 可 能 降低 固相 含量 ， 每 天测量 一 次钻 井液 摩 阻 系数 ， 大 幅度调整 钻井液 性能 ， 如 提高 钻井 液 密度 、 黏 度 和切 力等时加密测量摩阻系数 ； ⑥详细记 录活动钻具拉 力与滑动钻进托压情况 ， 认真分析井下摩阻、 扭矩大 小 ， 及 时补 充润 滑剂 ； ⑦进 入斜 井段 、 水 平 段后 ， 保 持 不 问断活 动钻具 ， 因故不 能活 动 时 ， 作 业前 做 好一 切 准备工作 ， 尽可能减少钻具在井 内的静止时间。通 过采取 上述 措施 ， 京 1 1 平 1 井施 工 过 程没 有 出现 卡 钻 事故 ， C DF 一 1显示 出 良好 的钻 井 液 配 伍 性 和 封堵 效果 。 3 结论 1 ．利用 超 低 渗 透 处 理 剂 在 井 壁 岩 石 表 面 形 成 致密超低渗透封堵膜的机理 ， 可有效解决孔 隙性地 层 和微裂 缝地 层 的渗透性 漏 失 问题 。 2 ．超低渗透钻井液技术 形成 的封堵 隔层 壳 承压 能力 强 ， 能提高 地层 的漏 失压 力 和承压 能力 。 3 ．超 低 渗 透 处 理 剂 DL S - 0 6 粒 度 为 0 ．1 8 o mm 和 C DF 一 1 粒 度 为 0 ． 1 2 5 mm 很 好 地解 决 了 目 前净化系统条件下的随钻循环堵漏需求 。 收稿 日期 2 0 0 7 1 1 0 8 ； HGF0 8 0 3 N1 ； 编 辑 王 小 娜 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m