“骨架”嫁接在廢棄鉆井液微細(xì)分散相壓濾中的應(yīng)用

駱勝偉 韓成福 向湘懷 劉朝峰 張紅新 胡延霞

中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司 西安 710000

在石油鉆井過(guò)程中，無(wú)可避免的產(chǎn)生大量廢棄鉆井液，廢棄鉆井液成分復(fù)雜，其中微細(xì)分散相含量高，微細(xì)分散相的主要來(lái)源：一是配制鉆井液所需的固相，如膨潤(rùn)土、石墨、石灰石、重晶石等；二是鉆進(jìn)過(guò)程中，地層造漿和鉆屑研磨產(chǎn)生的泥質(zhì)，分散在鉆井液中，固控設(shè)備難以清除的部分；微細(xì)分散相由于成膠因素，融合在鉆井液中。目前，以壓濾為主的固液分離工藝，對(duì)微細(xì)分散相的分離效率低、成本高、分離出的固相含水率高，制約了現(xiàn)場(chǎng)廢棄鉆井液的無(wú)害化處理。

1 壓濾原理及存在問(wèn)題

1.1 壓濾工藝流程

目前鉆井現(xiàn)場(chǎng)泥漿不落地流行的壓濾工藝流程是以固控設(shè)備和壓濾機(jī)為核心的固液分離工藝，具體為：由井口返出的固液混合物首先經(jīng)過(guò)井隊(duì)固控設(shè)備進(jìn)行粗分離，分離出來(lái)的廢棄物進(jìn)入收集攪拌裝置；廢棄物全部攪拌均勻后，調(diào)入破膠罐中，加入破膠劑，使其破膠失穩(wěn)；待充分破膠后，壓濾機(jī)供漿泵將混合物泵入壓濾機(jī)中，進(jìn)行壓濾作業(yè)，分離成濾餅與壓濾液；濾餅進(jìn)入收集罐進(jìn)一步晾干，由挖掘機(jī)配合翻斗車轉(zhuǎn)運(yùn)至固廢治理環(huán)保站。壓濾液則進(jìn)入液廢收集罐，由泵抽入罐車轉(zhuǎn)運(yùn)至廢液治理環(huán)保站。

圖1 壓濾工藝流程示意

1.2 存在問(wèn)題

從工藝流程可以看出，壓濾主要是針對(duì)一定粒徑的粗顆粒（鉆屑、泥質(zhì)等）實(shí)施，壓濾出的濾餅含水率低于30%，符合固廢治理單位的接收標(biāo)準(zhǔn)，壓濾液密度一般低于1.05g/cm3，符合液廢治理單位的接收標(biāo)準(zhǔn)；壓濾機(jī)處理量可以滿足現(xiàn)場(chǎng)隨鉆處理的要求。但現(xiàn)場(chǎng)仍然存在含有較大量的微細(xì)分散相的鉆井液廢棄物，受壓濾機(jī)濾布透氣量限制，微細(xì)分散相的鉆井液廢棄物壓濾存在諸多問(wèn)題：一是要加入更多的破膠劑破膠，壓濾出的濾液井隊(duì)無(wú)法回用；二是濾布堵塞嚴(yán)重、難以清洗，壓濾耗時(shí)長(zhǎng)；三是濾餅含水量高，脫板難，需更長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)一步晾干。因此，針對(duì)微細(xì)分散相的固液分離，技術(shù)難度大、處理時(shí)間長(zhǎng)、成本高。

2 分析與對(duì)策

表2 破膠劑減量實(shí)驗(yàn)

針對(duì)微細(xì)分散相鉆井液廢棄物壓濾存在的問(wèn)題，通過(guò)查閱資料和調(diào)研設(shè)備制造商，分析壓濾難問(wèn)題的主要癥結(jié)在于微細(xì)固相破膠后，壓濾時(shí)與濾布接觸，微細(xì)固相成分進(jìn)入濾布透氣孔，形成堵塞，造成壓濾困難，因此無(wú)法有效壓濾。增大濾布孔隙或增大固相粒徑成為解決的兩個(gè)方向。若增大濾布孔隙，則微細(xì)固相成分可通過(guò)濾布進(jìn)入濾液，造成濾液不達(dá)標(biāo)；因此從增大固相粒徑這一方向，探索通過(guò)嫁接“骨架”粒子，在濾布上形成“骨架”層，在微細(xì)固相與濾布之間形成一層屏障，從而實(shí)現(xiàn)正常壓濾。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)，最為有利的條件就是鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑，可作為嫁接用的“骨架”粒子。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 “骨架”粒子加量實(shí)驗(yàn)

選取鉆井現(xiàn)場(chǎng)直徑0.5～5mm鉆屑作為“骨架”粒子，按體積比3%～30%加入“骨架”粒子，從壓濾時(shí)間、濾餅含水率、濾布堵塞情況、壓濾液是否達(dá)標(biāo)四個(gè)方面評(píng)價(jià)。

表1：“骨架”粒子加量實(shí)驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)情況看，“骨架”粒子加量越大，對(duì)微細(xì)固相的壓濾效果越好，當(dāng)“骨架”粒子加量達(dá)到15%以上時(shí)，濾布基本無(wú)堵塞，壓濾時(shí)間合理，濾餅含水量合格，壓濾液合格，。

3.2 破膠劑減量實(shí)驗(yàn)

一般為確保壓濾效果，破膠劑加量1%～2%（質(zhì)量體積百分?jǐn)?shù)），壓濾液中高價(jià)離子含量高，基本無(wú)法回用，實(shí)驗(yàn)通過(guò)嫁接“骨架”粒子，降低破膠劑加量，達(dá)到同樣壓濾效果。

從實(shí)驗(yàn)情況看，加入“骨架”粒子后，降低破膠劑使用量可以達(dá)到同等甚至更優(yōu)的壓濾效果，在“骨架”粒子加量達(dá)到15%～20%時(shí)，破膠劑減可量1/2～2/3，達(dá)到合格壓濾標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 壓濾液回用實(shí)驗(yàn)

鉆井生產(chǎn)中，一開(kāi)鉆井液的要求最低，配制最為簡(jiǎn)單，壓濾液回用首先考慮一開(kāi)鉆進(jìn)，選取破膠劑加入量0.5%的壓濾液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

表3 壓濾液回用實(shí)驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)情況看，直接使用壓濾液配制一開(kāi)鉆井液，性能難以達(dá)標(biāo)，而加入50%生產(chǎn)水稀釋后，增加處理劑加入量后，性能指標(biāo)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足一開(kāi)鉆井需求，實(shí)現(xiàn)了壓濾液的有條件回用。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

白465-07井組，布井4口，井深1800～1900米，每口井完井液200～240方，重復(fù)使用80-120方，需壓濾120方含微細(xì)分散相的廢棄鉆井液。按照嫁接“骨架”粒子壓濾方案，二開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)，在鐵簸箕中收集儲(chǔ)存鉆屑20方作為“骨架”粒子，完井后，在破膠罐中按比例加入：0.5%破膠劑+（15%～20%）“骨架”粒子（鉆屑）+（80%～85%）廢液（微細(xì)分散相），壓濾率后各項(xiàng)指標(biāo)合格。

頁(yè)巖油華H77井組，布井3口，井深4200～4300米，每口井完井液約300方，重復(fù)使用150方，需壓濾150方含微細(xì)分散相的廢棄鉆井液。按照嫁接“骨架”粒子壓濾方案，二開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)，在鐵簸箕中收集儲(chǔ)存鉆屑30方作為“骨架”粒子，完井后，在破膠罐中按比例加入：0.5%破膠劑+20%“骨架”粒子（鉆屑）+80%廢液（微細(xì)分散相），壓濾率后各項(xiàng)指標(biāo)合格。

4.2 應(yīng)用效果

4.2.1 壓濾效率提高

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況對(duì)比，與未加骨架粒子對(duì)比，嫁接15%～20%“骨架”粒子（鉆屑）后，微細(xì)分散相鉆井液廢液平均單板壓濾時(shí)間縮短20%～25%，壓濾效率顯著提高。

圖2 白465-07-01井單板壓濾時(shí)間對(duì)比圖

4.2.2 濾餅含水率降低

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓濾情況對(duì)比，與未加骨架粒子對(duì)比，嫁接20%“骨架”粒子（鉆屑）后，微細(xì)分散相鉆井液廢液壓濾的濾餅含水率由45%降低至30%左右，達(dá)到了固廢治理環(huán)保站回收標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.3 破膠劑減量，濾液回用

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓濾情況對(duì)比，與未加骨架粒子對(duì)比，嫁接20%“骨架”粒子（鉆屑）后，破膠劑使用量降低2/3，壓濾液全部回用，按1∶1混入生產(chǎn)水配制一開(kāi)鉆井液，回用率達(dá)到100%。

圖3 華H77-1井破膠劑用量對(duì)比

圖4 華H77-1井壓濾液回用率對(duì)比

5 結(jié)論及建議

（1）通過(guò)嫁接“骨架”粒子，可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)分散相鉆井液廢液的快速壓濾，使用現(xiàn)場(chǎng)鉆屑作為“骨架”粒子，不會(huì)增加總的壓濾處理量。

（2）加入15%～20%“骨架”粒子，壓濾濾餅含水率低，濾液合格。

（3）采用嫁接“骨架”粒子壓濾工藝，可以大幅降低破膠劑的使用量，實(shí)現(xiàn)壓濾液的有條件回用，降低廢液排放和節(jié)省水資源。