长北气田钻井液回收重复利用实践与认识.pdf

第 3 0卷 第 1 期 2 0 1 3 年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F LUI D COMP LE TI ON F L UI D Vol _ 30 O． 1 J a n．2 0l 3 【 经验交流 】 长北气田钻井液回收重复利用实践与认识 赵向阳 ， 林海 ， 张振活 ， 孙艳 ， 郑玉辉 1 ． 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院长庆分院，西安 ； 2 ． 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，西安 赵向阳等 ． 长北气田钻井液回收重复利用实践与认识 f J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 1 8 0 8 2 ． 摘要 针对长北气田钻井液配制成本高，完井后的废钻井液处理环境压力大等问题，开展 了废钻井液的回收 重复利用实践，并获得 了良好效果。废钻井液含大量无机盐、有机盐和聚合物等处理剂，性能稳定，根据地层和 潜在复杂情况，适时调整即可直接循环利用。通过废钻井液回收重复利用，不但充分利用了废钻井液的现有性能， 降低了钻井液处理成本，缩短了配浆时间，还具有良好的经济效益和社会效益。 关键词 废钻井液 ； 重复利用 ； 节能减排 中图分类号T E 9 2 2 文献标识码A 文章编号l 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 30 1 ． 0 0 8 0 ． 0 3 目前中国处理废钻井液方式多样 ， 但鉴于成本 原因，大多以直接排放、大池子沉淀或固化方式处 理，不能有效重复利用，并且有可能造成周边环境 的污染 ，进一步增加了环境风险和成本压力 [ 1 】 。国 内对水基废钻井液直接回收重复利用甚少 ，通过近 几年的实践和探索，川庆钻探壳牌长北项 目 组已经 摸索出实现钻井液及废水重复利用的技术方案和路 线，特别是现场处理技术，同时加强井场废钻井液 管理，从监控、监督和评估人手，做好废钻井液回 收利用， 为新长北项目的开发奠定了良好基础。 1 废钻井液特点 长北气田的废钻井液主要是来 自 西3 1 1 ． 1 5 m i l l 井段的氯化钾聚合物钻井液和 西2 1 5 ．9 mm井段的 甲酸盐加重低伤害钻井液 ，经过长时间循环 ，钻井 液体系混合充分，性能较稳定，其有效成分主要是 聚合物、 盐类、加重材料和水，同时固相含量较多， 而大部分有效成分保留在固相中[2 】 。 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。 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，但离子有效 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 [3 】 。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 。 4 废钻井液黏度大、密度高。 5 长时间储存的废钻井液有可能滋生细菌， 导致钻井液变质、发臭。 2 废钻井液的回收重复利用 2 ． 1 回收重复利用方式 壳牌长北项 目开发前期，处理废钻井液的主要 第一作者简介 赵向阳，工程师，硕士，现在主要从事钻完井液技术研究。地址 陕西省西安市未央 区兴隆园小区J 庆钻探大厦 A 3 0 1 钻采工程技术研究院长庆分院钻完井液所 ； 邮政编码 7 1 0 0 2 1； 电话 0 2 9 8 6 5 9 4 7 7 8 ／ 1 3 9 0 9 2 8 6 2 5 4； E ma i l z x y 4 9 2 9 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷 第 1 期 赵 向阳等 长北气田钻井液回收重复利用实践与认识 8 l 方式是 运输至某一指定地点 ，固化 、掩埋 [ 4 - 5 ] o但 随着井位不断扩大，这种方式不能满足大量废钻井 液的处理。直接储存重复利用是目前最简单、成本 最低的方式 完钻后 ，将钻井液储存在储备罐，定 期搅拌或循环， 加入防腐剂， 保持p H值为9 ．0 ～1 0 ．0 ， 在需要时应用于下一 口井或直接运输至邻井 ，适时 调整即可应用 。主要应用方式一是调节性能 ，如加 入清水或其他处理剂 ，补充进钻井液体系 ； 二是在 性能相近的情况下，直接补充，或可作为重浆直接 使用。在使用废钻井液过程中，固控设备 良好运行 能最大限度地消除多余固相带来的不利影响。结合 实际，无需投人过多设备 ，井队的储备罐和废浆池 作为存储设备，用槽罐车运输即可。 2 ． 2 直接利用 2 ． 2 ． 1 氯化钾聚合物钻井液 长北气田 3 1 1 ． 1 lll II 1 井段完成后，氯化钾聚 合物钻井液性能如表 1 所示。 1 在 3 1 1 ． 1 ir lli l 井眼上部井段，将废氯化钾 钻井液与清水按照一定比例稀释，配成设计参数的 新浆，但密度大于用清水直接配制的新浆。所以在 控制好密度的前提下，开启所有固控设备，降低钻 井液中固相是使用废钻井液的基础，一方面利于泥 饼质量的改善，另一方面利于钻速的提高。废氯化 钾钻井液中氯化钾和聚合物的含量较高，即使用清 水按 1 1 比例稀释后，仍能满足 西3 1 1 ． 1 5 m m井 段开始钻进的需要，再按照设计要求局部调整钻井 液性能即可，大大减少了钻井液材料的使用，特别 是价格昂贵的聚合物和氯化钾。 延长组地层不稳定 ，在利用废钻井液时可加大 使用量，提高钻井液密度，有利于井壁稳定，同时 加大降滤失剂 P A C L V和稀释剂 S MK的使用，改 善泥饼质量。进入纸坊组后钻屑造浆 比较严重 ，要 控制废钻井液的使用 ，防止固相过多引起泥包 、卡 钻等情况发生。和尚沟组地层稳定，钻头切削岩屑 较规整，在保持钻井液性能稳定条件下，废钻井液 对地层影响不大。刘家沟组存在诱导性漏失部位， 以前要求保持所用钻井液密度尽量低，相比壳牌长 北一期、二期和三期刘家沟组较稳定，密度在 1 ． 1 6 g ／ c m 未见漏失。在发生漏失的情况下可用废钻井 液及时补充体系漏失的钻井液体积，防止其他井下 复杂情况 出现 。 2 3 l 1 ． 1 mi n井眼下部井段斜度增大，携带 岩屑难度加大，存在泥包、垮塌等风险。石千峰组 泥岩易造浆，固相含量增大， 特别是细微颗粒增多， 黏度逐渐增大，这时如果直接使用废钻井液，会导 致钻井液固相负荷增大，钻头泥包可能性增大。石 盒子组也存在 同样风险。直接利用废钻井液时，需 利用固控设备清除固相，加大稀释剂和絮凝剂使用 量，同时保持较高的p H值 ，定期加入防腐剂。经 过几 口井实践，直接使用废氯化钾钻井液完全满足 下部井段要求。 由此可见 ，回收 的氯化钾钻井液性能 比较好 ， 在整个二开井段都可以使用，特别适合下部井段直 接使用。 2 ． 2 ． 2 甲酸盐加重钻井液 长北气 田双分支水平井 2 1 5 ． 9 m l i l 水平段使 用的是甲酸盐加重低伤害钻井液，完井后该钻井液 性能如表 l 所示。 表 1 3 1 1 ． 1 mI n 、 2 1 5 ． 9 mm井段完井钻井液基本性能 由表 l 可见，钻完 2 条分支的甲酸盐加重钻井 液具有黏度高、密度大、滤失量小、甲酸盐含量高 等特点，结合二期、三期区块水平段山西组钻进的 需要，充分利用废钻井液的特点，直接补充循环体 系或稀释后再使用 ，特别适合用于泥岩、碳质泥岩 和煤层。长北区块二期 、三期水平段 山西组夹杂泥 岩 、碳质 泥岩 和煤 ，通过力学平衡地层坍塌应力 ， 来保证水平段安全钻进。废甲酸盐钻井液能快速提 高钻井液密度，同时具有一定的抑制性，可直接补 充进钻井液循环体系。 2 ． 3 存在的问题 尽管废钻井液的回收利用效果较好，但由于废 钻井液本身的局限，在重复利用过程中还存在一些 影响其使用的问题。 一～ 一 一一 ％一～ ～ 一 “ 一 l 一一一 一 一一 ％一。 ～ 加 加 一 一 一 一 ～ 一一～ ～ 一 ‰ ～一 朋 一一 ～ 一 一～ ～ ，～ 一Ⅳ 一 一～ 一 一一 一 ～ ～ 一一～ ～ 一＼H札一一 ～ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 1月 1 废钻井液在存储过程中易变质，发臭，需 要不断处理。如果存储时间较长，每周一次加入 0 ．0 2 ％烧碱和0 ． 1 ％防腐剂， 能保持较好的原始状态。 特别注意的是，烧碱直接加入储备罐后会导致钻井 液中固相结块， 必须配成水溶液在搅拌情况下加入。 2钻井 液不断重 复利用后 ，亚微 米 固相颗粒 不断增多 ， 引起钻井液性能变化 。钻井液黏度增大 ， 特别是塑性黏度 ； 一些无用离子增多，干扰性能， 例如氯离子，甲酸根离子等干扰。同时固控设备处 理量增大，效率下降 ； 潜在的问题是可能会导致钻 速较慢，钻具冲蚀较严重。 3 将甲酸盐完井液和甲酸盐加重钻井液混合 作为开钻钻井液时 ，易产生大量气泡 ，造成泵压不 稳，影响有效水动力的传递等问题。 害钻井液 9 9 5 m 3 ， 甲酸盐加重钻井液 1 4 6 8 m 3 ， 废水 大于 3 0 0 0 m 。 ，提高了循环利用率，大幅度减少废 钻井液的排放 ，不但降低固化处理工作量，减少对 环境的污染 ， 还创造了良好 的经济效益和社会效益。 表 3 废钻井液回收成本分析 项 目 二开 三开 新配钻井液费用 ／ 元 ／ m 回收钻井液费用 ／ 元 ／ m 价格差 ／ 元 ／ m 回收使用量 ／ m 直接经济效益 ／ 元 单井经济效益 ／ 万元 1 5 0 0 1 7 0 0 l 5 0 1 5 0 1 3 5 0 1 5 5 0 5 0 0 5 0 0 6 7 5 0 0 0 7 7 5 0 0 0 1 45 3 经济成本分析 4 认识及 结论 废钻井液 回收重复利用的最大优点就是降低钻 井液材料、水的使用量，节省人工及处理废钻井液 的费用 ，减少对环境的污染 。长北气 田按现行钻 井液材料费用进行分析，根据井身结构，钻井液平 均费用如表 2所示 。 表 2 长北气田钻井液平均费用分析 长北 区块钻井 液运输平均 费用 1 0 0元 ／ m ，井 队存储管理费和钻井液处理人工费免费 ，处理材料 费为 5 0元 ／ m。 ，合计废钻井液成本 1 5 0元 ／ m。 。若 是井丛井位较多，不需要运输，只需要存储处理材 料费 。 以 l 口普通双分支水平井二开和三开钻井液费 用为例进行回收成本分析，如表 3 所示。 长北气田每年钻井 2 ．5口， 按照每口1 4 5 万元的 经济效益计算，每年可直接节省 3 6 2 万元。2 0 0 8 年 以来，川庆钻探钻采工程技术研究院协助壳牌先后 回收重复利用氯化钾钻井液 4 2 2 6 m ，无固相低伤 1 ． 长北气 田废钻井液有效成分含量高 ，性能稳 定， 与循环体系使用钻井液差别小， 通过简单处理， 可直接回收重复利用，缩短了配浆时间，特别是高 成本钻井液的有效循环利用。 2 ． 废钻井液回收重复利用 ，应针对不同层位 和 可能出现 的井下复杂情况 ，适时调整应用 ，以达到 最好的使用效果。针对某一层位的钻井液尽量不要 用于其他层位 ，且不要混合使用 。 3 ． 加强井场钻井液管理，实现废钻井液低成本 回收重复利用，经济效益好，并且能获得 良好的社 会效益和环境效益 ，达到节能减排的 目的。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨斌 ，陈在君，杨呈德，等 ． 长北 气 田分支水平井 C B1 ． 1 井钻 完 井液技术 [ J ] ． 2 0 0 6钻井液学术研讨会 论文集 ，2 0 0 6 ． [ 2 ] 邓皓，罗跃 ，王荣莎 ． 废钻井液有效成分的再利用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，1 9 9 5 ，1 2 2 4 2 44 ． 【 3 】 鄢捷年 ． 钻井液工艺学 [ M】 ． 山东东营 石油大学出版社 ， 2 0 01 ． [ 4 ] 田德新，李长兴 ． 油田钻井泥浆的回收利用 [ J ] ． 石油化 工环境保护，1 9 9 1 3 4 1 ． 4 4 ． [ 5 】 刘宇程，杜国勇，王光润，等 ． 塔河油田废钻井液固化 技术研究及现场应用 f J ] ． 2 0 0 8 3 6 3 6 5 ． 收稿日期2 0 1 2 ． 6 ． 2 5 ；HG F 1 2 0 6 F 2 ；编辑付明颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m