北部灣水基鉆井液固相控制與重復利用技術

程玉生，張立權，莫天明，向　雄，張　明

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業部，廣東湛江524057）

北部灣水基鉆井液固相控制與重復利用技術

程玉生，張立權，莫天明，向雄，張明

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業部，廣東湛江524057）

程玉生等.北部灣水基鉆井液固相控制與重復利用技術[J].鉆井液與完井液，2016，33（2）：60-63.

北部灣地區地質條件復雜，鉆井難度大，結合北部灣地區鉆探的實際情況，通過對影響水基鉆井液重復利用因素的分析，對廢棄鉆井液的粒度分析和性能檢測制定了一套成熟的固相控制技術。通過檢測廢棄鉆井液中固相顆粒粒徑分布，優化固控設備的搭配和參數配置（尤其是振動篩篩布選擇），選擇離心機分離能力、布局和臺數等，從而提高固相控制效率，達到有效凈化廢棄鉆井液的目的；制定了一套合適的廢棄鉆井液處理方式：先檢測回收的廢棄鉆井液性能，然后通過固控設備來凈化廢棄鉆井液，合理配制新漿量進行稀釋處理廢棄鉆井液，使鉆井液性能滿足下一口井或井段的開鉆要求，節省了材料成本、人工成本和運輸成本。北部灣水基鉆井液固相控制與重復利用技術在北部灣地區29口開發井進行了成功應用。

廢棄鉆井液；重復利用；固相控制；水基鉆井液；北部灣

潿西南地區地質條件復雜，尤其是潿洲組和流沙港組極易坍塌，嚴重影響了油田的鉆探速度，造成巨大的經濟損失。通過多年的研究與實踐，在開發井中用油基鉆井液較好地解決了潿洲組和流砂港組的井壁穩定問題。但近幾年來，隨著環境保護的要求越來越高，在油基鉆井液的使用方面，所有含油鉆屑都需要進行回收處理，鉆井成本相應增加[1]。隨著環保型水基鉆井液技術的進一步提高，在北部灣地區易垮地層用水基鉆井液替代油基鉆井液變為可能。但由于防塌和井壁穩定的需要，水基鉆井液成本仍較高，因此，對水基鉆井液的重復利用及成本控制技術方面的研究將變得重要[2]。在北部灣潿洲12-8W、潿洲6-12、潿洲11-2、潿洲12-2等批量鉆井項目中，將φ311.15 mm井段使用過的廢棄鉆井液經過處理后重復應用于下口井或φ215.9 mm井段，能節約鉆井液材料成本、運輸成本和人工成本[3]。因此，針對北部灣地區作業的實際情況，通過對廢棄鉆井液的各項性能指標和固相控制技術的研究，建立了北部灣環保型水基鉆井液重復利用標準，并形成了一套廢棄鉆井液的處理方式和固相控制技術，以滿足水基鉆井液能夠回收使用的需求。

1　廢棄鉆井液處理方式研究

廢棄鉆井液是一種含黏土、加重材料、添加劑、污水、污油及鉆屑的多相穩定膠懸浮體，成分復雜[4]。要實現水基鉆井液的重復利用，必須嚴格控制其各項性能指標，如流變性、固相含量、防腐及濾失量等，這就需要構建一套完整的廢棄鉆井液控制程序標準，來嚴格控制其性能能夠滿足下口井或下開井段的開鉆要求，如圖1所示，以保證重復利用后的鉆井液有足夠的穩定性。因此，對水基鉆井液的重復利用標準的建立顯得尤為重要。

圖1　北部灣環保型水基鉆井液重復利用標準的建立

1.1影響水基鉆井液重復利用的因素

1）高分子量聚合物類材料經過攪拌、循環、充分水化后，和鉆井液中的固相顆粒吸附結合，形成膠體。由于長時間在較高溫度下循環和剪切，長鏈高分子有可能斷裂，加之使用、儲存時間過長，可能導致部分降解，有效作用效能大大降低。采用化學滴定法可以分析廢棄鉆井液的化學組成[5]。

2）無機鹽、有機鹽隨水和固相存在，盡管部分離子吸附于固相，但有效離子濃度足以滿足再次利用的條件，特別是成本較高的鹽類，其鹽類離子是不均衡存在的，例如在廢氯化鉀聚合物鉆井液中，氯離子較鉀離子多，原因是鉀離子較氯離子更易吸附于黏土上，部分消耗，導致氯離子較多。

3）廢棄鉆井液的固相含量一般比新配制鉆井液多，主要是加重材料、劣質固相，特別是經過長時間循環，亞微米顆粒多。同時，大部分聚合物和鹽類都吸附于固相顆粒，如何處理好鉆井液中多余的固相是回收重復利用的主要難題。廢棄鉆井液黏度大、密度高。長時間儲存的廢棄鉆井液有可能滋生細菌，導致鉆井液變質、發臭。如表1所示，固井期間回收的潿洲11-2N-B4H1井廢棄鉆井液中的無用固相含量高。

表1　潿洲11-2N-B4H1井廢棄鉆井液性能（室溫）

1.2粒度分析

Manohar LaI提出了一種簡單模型。LaI研究認為，傳送到固控系統的顆粒尺寸很大程度上取決于所鉆地層類型，而其他因素的影響較小。顆粒粒徑分布的情況與可用固控設備清除的顆粒尺寸相關（見表2）。通過對所鉆地層的巖性描述，我們可以初步判斷鉆屑顆粒的粒徑分布。可以利用不同固控設備與清除顆粒大小的關系（見表2）和固控效率（SCE）模型（見表3）[6]對固控設備進行選擇和配置，以達到最大的固相清除效率，并初步掌握無法清除的固相占比，以制定后期的重復利用方案。

表2　不同固控設備與清除顆粒大小的關系

從現場取潿洲11-2N-B4H1井廢棄鉆井液，送回陸地實驗室，用激光粒度儀檢測廢棄鉆井液中固相顆粒的粒徑分布，結果見圖2。檢測結果為d（0.1）=1.560 μm、d（0.5）=20.576 μm、d（0.9）=62.505 μm，從粒徑分布情況可以看出，較大粒徑的固相顆粒已被振動篩清除，廢棄鉆井液中固相基本都是粒徑在110 μm以下的顆粒，需要合理選擇搭配固控設備，同時要求合理地設置固控設備參數，使固控效率最大化，還剩余約10%粒徑為1.56 μm的固相無法清除。

表3　固控效率（SCE）模型

圖2　廢棄鉆井液固相顆粒粒徑分布圖

1.3防腐處理

廢棄鉆井液中存在大量厭氧型微生物，其中的功能性添加劑容易為微生物降解（尤其是功能性官能團），使添加劑失去原有的功能或者效能大大降低，鑒于微生物生長的酸堿性環境多偏酸性，因此向廢棄鉆井液中加入適量的燒堿，調節廢棄鉆井液的pH值至8.5～9.5，同時向廢棄鉆井液中添加適量的殺菌劑，降低廢棄鉆井液中微生物的量或者抑制微生物的活動，以防止添加劑的生物降解作用。

1.4固相的控制及處理

1.4.1應用固控設備處理廢棄鉆井液

1）振動篩作為一級固控，能篩除粒徑在250 μm以上的固相顆粒。振動篩篩布的選擇直接關系到進入鉆井液中固相顆粒的粒徑范圍。因此現場在φ311.15 mm井段選用篩孔為0.105 mm（140目）的篩布，φ215.9 mm井段選用篩孔為0.094 mm（170目）的篩布，盡可能多地篩除固相，起到充分凈化鉆井液的作用。

2）水力旋流器，如除砂器、除泥器，作為二級固控設備，能篩除粒徑在64 μm以上的固相顆粒。旋流器的個數和旋流器的有效性都直接關系到二級固控的效果，因此在現場需充分利用好現有的除砂器、除泥器設備，并做好設備的保養工作，起到處理量和處理效果效能最大化，盡可能凈化鉆井液。

3）提高固控效率的最有效手段是提高離心機分離能力，并優化離心機布局和數量。

固井期間，回收潿洲11-2N-B4H1井廢棄鉆井液，在地面建立小循環，開啟全部固控設備如振動篩、水力旋流器、離心機，并根據實際情況選擇合適的設備參數。通過實驗檢測得到，經固控設備處理后的廢棄鉆井液性能見表4。實驗結果說明，經固控設備處理后的廢棄鉆井液得到了較好地凈化，黏度、切力、密度和固相含量都明顯降低，高溫高壓濾失量略漲，說明部分降濾失劑損耗，但鉆井液的整體性能明顯變好[7]。

表4　固控設備處理后潿洲11-2N-B4H1井廢棄鉆井液性能

1.4.2應用新漿稀釋處理廢棄鉆井液

由于通過固控設備無法清除廢棄鉆井液中約10%粒徑為1.56 μm的固相，需要通過配制新漿進行稀釋處理，同時結合經固控設備處理后的廢棄鉆井液性能，綜合考慮新漿配制量，根據現場經驗新漿與廢棄鉆井液比例為（2∶1）～（1∶2），按比例混勻后，檢測鉆井液性能，結果見表4。由表4看出，按比例兌好混勻后的鉆井液性能滿足開鉆要求。

2　北部灣鉆井液重復利用技術應用

固井期間，回收廢棄鉆井液，在地面建立小循環，開啟全部固控設備，如振動篩、水力旋流器、離心機，并根據實際情況選擇合適的設備參數，檢測固控設備處理后的廢棄鉆井液性能，結合開鉆鉆井液性能要求，合理計算新漿配制量并用新漿對廢棄鉆井液進行稀釋處理，將經過合理處理后的廢棄鉆井液進行重復利用。如表5所示，北部灣水基鉆井液固相控制與重復利用技術已在29口開發井中得到成功應用，鉆井液重復使用效果良好，性能穩定，經濟效益優勢明顯，減少對環境的污染[8]。

表5　部分北部灣鉆井液重復利用應用情況統計

3　結論與認識

1.構建了一套廢棄鉆井液重復利用的標準，節省了材料成本、人工成本和運輸成本。

2.制定了一套成熟的固相控制技術，通過檢測廢棄鉆井液中固相顆粒粒徑分布，優化固控設備的搭配和參數配置（尤其是振動篩篩布選擇），選擇離心機分離能力、布局和臺數等，從而提高固相控制效率，達到凈化廢棄鉆井液的目的。

3.制定了一套合適的廢棄鉆井液處理方式：檢測回收的廢棄鉆井液性能，然后通過固控設備凈化廢棄鉆井液，并合理配制新漿量對其進行稀釋處理，使鉆井液性能滿足下一口井或井段的開鉆要求。

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Solids Control and Re-use of Water Base Drilling Fluid in Beibu Gulf

CHENG Yusheng, ZHANG Liquan, MO Tianming, XIANG Xiong, ZHANG Ming
（Shenzhen Base of Division of Oilfield Chemistry, COSL, Zhanjiang, Guangdong 524057, China）

Formation geology in the Beibu Gulf area is complex， making drilling operation very difficult. Solids control plays an important role in the success of drilling in this area. A complete set of solids control technology has been developed through laboratory analyses and experiments. The configuration and parameter specifications of solids control equipment （especially the selection of the screen cloth for shale shakers） are optimized through inspection of particle size distribution of the water drilling fluids. The treatment capacity， configuration and number of centrifuges are carefully determined to enhance the efficiency of solids control. In the treatment of the waste drilling fluids， the properties of the waste drilling fluids are firstly measured， then the waste drilling fluids are cleaned through the solids control equipment， and some new drilling fluids are prepared for use with the cleaned waste drilling fluids. In this way the properties of the drilling fluid satisfy the needs for the next hole section or the next well， and the mud cost， labor cost and transportation cost are all reduced. This technology has been successfully used on 29 wells in the Beibu Gulf area.

Waste drilling fluid； Re-use； Solids control； Water base drilling fluid； Beibu Gulf

TE92

A

1001-5620（2016）02-0060-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.02.013

程玉生，工程師，碩士，1980年生，畢業于中國石油大學（華東）石油與天然氣工程專業，現在從事鉆井液與完井液的技術管理與應用工作。電話 （0759）3911585；E-mail：chengysh@cosl.com.cn。

（2015-11-17；HGF=1601N8；編輯王小娜）