鉆屑回注漿體性能調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究＊

趙雄虎何 濤項(xiàng)先忠朱戰(zhàn)兵

(1.中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 2.中海油田服務(wù)股份有限公司)

鉆屑回注漿體性能調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究＊

趙雄虎1何 濤1項(xiàng)先忠2朱戰(zhàn)兵2

(1.中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 2.中海油田服務(wù)股份有限公司)

在對(duì)國外現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上,確定了鉆屑回注漿體性能參數(shù)調(diào)控范圍;通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn),分析了鉆屑加量對(duì)回注漿體性能的影響,并優(yōu)選出了回注漿體合理配方。

鉆屑回注 回注漿體 性能調(diào)控 實(shí)驗(yàn)研究

海上石油勘探、開發(fā)等生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的廢棄物(如鉆屑、污水、廢棄鉆井液等)如果直接排放會(huì)污染海洋環(huán)境。海上鉆井廢棄物主要是運(yùn)回岸上處理,或回注到地下。以鉆屑回注方式處理海洋鉆井廢棄物是安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的處理方法,可以實(shí)現(xiàn)廢棄物零排放[1]。鉆屑回注技術(shù)是將鉆井廢棄物從固控設(shè)備傳輸?shù)教幚碓O(shè)備內(nèi),通過研磨、篩選和加處理劑造漿,使鉆屑的粒度和漿體流變性能滿足回注要求,然后通過套管環(huán)空或者專用回注井注入到有一定容納漿體能力的深部地層內(nèi)?；刈{體性能調(diào)控是鉆屑回注技術(shù)的重要部分,回注漿體性能必須進(jìn)行合理的調(diào)控,才能使之與回注地層配伍。本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn),分析了鉆屑加量對(duì)回注漿體性能的影響,并優(yōu)選出了回注漿體合理配方。

1 回注漿體性能參數(shù)調(diào)控范圍

為了確保漿體滿足回注要求,必須合理地設(shè)計(jì)回注漿體性能參數(shù)。例如,設(shè)計(jì)合理的粘度、靜切力等流變參數(shù),可以確保把鉆屑攜帶到回注地層;調(diào)整回注漿體懸浮鉆屑能力、巖屑顆粒度以及漿體的固相含量,可以減少巖屑在回注井中沉積,避免造成回注通道的堵塞;控制回注漿體濾失量以減少鉆屑固相在回注井周圍堆積,可以避免回注地層容漿能力減小。

根據(jù)國外回注漿體性能參數(shù)調(diào)控經(jīng)驗(yàn)[2-8],筆者對(duì)回注漿體性能參數(shù)調(diào)控范圍進(jìn)行了歸納總結(jié)(表1)。

表1 回注漿體性能參數(shù)調(diào)控范圍

2 鉆屑回注漿體性能調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料及步驟

實(shí)驗(yàn)儀器:包括電動(dòng)小型研磨機(jī)、50目篩網(wǎng)、ZNN-D6S型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、漏斗粘度計(jì)、API濾失儀、高速攪拌機(jī)、ZNG型鉆井液固相含量測(cè)定儀、電子天平、鉆井液密度計(jì)、秒表、燒杯、試管等。

實(shí)驗(yàn)材料:包括鉆屑、海水、碳酸鈉、石灰、膨潤(rùn)土、HV-PAC、HPAM、瓜兒膠、NaOH等。

實(shí)驗(yàn)步驟:①把鉆屑研磨至小于 300μm(50目),過篩分離;②利用膨潤(rùn)土、自來水或者海水、增粘劑、降濾失劑等配制基漿,使基漿性能達(dá)到能懸浮鉆屑的目標(biāo),找出合理的處理劑配方;③取基漿500 mL,加入研磨好的鉆屑,調(diào)整加量,把密度控制在1.1～1.3g/cm3之內(nèi),固相含量控制在20～40g/100mL之內(nèi),攪拌后測(cè)量鉆屑漿體粘度、濾失量等參數(shù);④對(duì)回注漿體的配方進(jìn)行評(píng)價(jià),得出最優(yōu)配方。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 基漿的選用

海洋平臺(tái)鉆井時(shí)缺少淡水資源,為了節(jié)約回注成本,一般加入海水造漿。由于海水中含有大量的Ca2+、Mg2+離子,會(huì)降低增粘劑的增粘效果,使?jié){體的粘度下降,濾失量增加,加之膨潤(rùn)土在海水中不容易水化分散,因此通常先把膨潤(rùn)土加入到淡水中攪拌,水化分散24h,然后再兌入海水造漿(一般按照海水與淡水漿比例為1∶1來配制漿體)。世界各地海水成分有差異,但差別不是太大。以渤海海域海水為例,海水主要成分為 NaCl、MgCl2、MgSO4、CaSO4、KCl等,通過加入NaOH來除去海水中的Mg2+、Ca2+離子。根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算,去除海水中Mg2+、Ca2+離子需加入NaOH的含量為0.4%。

針對(duì)海上平臺(tái)作業(yè)特點(diǎn)和回注漿體的性能要求選用了如下4種基漿。

(1)基漿1:4%膨潤(rùn)土 +淡水 +0.3%HVPAC。

(2)基漿2:4%膨潤(rùn)土+淡水+0.3%HPAM。

(3)基漿3:4%膨潤(rùn)土+淡水+0.4%瓜兒膠。

(4)基漿4:4%膨潤(rùn)土+淡水和海水(1∶1)+ 0.4%NaOH+0.3%HV-PAC。

2.2.2 鉆屑加量對(duì)基漿性能的影響

鉆屑加量對(duì)基漿性能有明顯的影響,應(yīng)在保持鉆屑懸浮性和可注入性前提下使?jié){體盡可能多的容納鉆屑,鉆屑加量對(duì)基漿性能的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2～5。

表2 鉆屑加量對(duì)基漿1性能的影響

表3 鉆屑加量對(duì)基漿2性能的影響

表4 鉆屑加量對(duì)基漿3性能的影響

表5 鉆屑加量對(duì)基漿4性能的影響

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上回注漿體性能調(diào)控實(shí)驗(yàn)結(jié)果,鉆屑加量對(duì)基漿表觀粘度、API濾失量、動(dòng)切力、動(dòng)塑比及密度的影響如圖1～5所示。

圖1 鉆屑加量對(duì)基漿表觀粘度的影響(100 r/min)

根據(jù)表1回注漿體性能參數(shù)調(diào)控范圍,回注漿體的表觀粘度控制在70～160mPa·s(170s-1)之間才有利于漿體的回注。由圖1可以看出,隨著鉆屑加量增大,漿體的粘度不斷增加?；鶟{3中鉆屑加量大于10%和基漿4中鉆屑加量大于22%時(shí),粘度超過回注范圍。

由圖2可以看出,隨著鉆屑加量增大,基漿的濾失量不斷減小;基漿3中加入瓜兒膠配制漿體時(shí),濾失量偏大,因此不滿足回注要求。

由圖3可以看出,隨著鉆屑加量增大,基漿的動(dòng)切力不斷增大,有助于懸浮鉆屑但動(dòng)切力太大會(huì)影響到注入,也會(huì)對(duì)壓裂開泵造成困難;基漿3在鉆屑加量超過15%和基漿4在鉆屑含量超過25%時(shí),動(dòng)切力偏大,因此不滿足回注要求。

由圖4可以看出,鉆屑加量增大到20%之前,基漿的動(dòng)塑比有變化,但不是很劇烈;而當(dāng)鉆屑加量超過20%時(shí),基漿1和基漿4的動(dòng)塑比明顯增大。鉆井液的動(dòng)塑比值越高,其剪切稀釋特性越好,所以為了實(shí)現(xiàn)在高剪率下有效破巖和在低剪率下有效攜帶巖屑,通常要求鉆井液具有較高的動(dòng)塑比。對(duì)于回注漿體,控制合適的動(dòng)塑比有助于懸浮鉆屑和回注。

根據(jù)表1回注漿體性能參數(shù)調(diào)控范圍,漿體的密度應(yīng)該控制在1.1～1.3g/cm3范圍內(nèi)。從基漿1隨鉆屑加量變化曲線(圖5)可以看出,鉆屑加量大于32%時(shí)基漿密度超過回注要求的范圍。

通過以上分析,可以得出鉆屑回注漿體配方為:①4%膨潤(rùn)土+0.4%NaOH+0.3%HV-PAC+淡水和海水(1∶1)+20%～25%鉆屑;②4%膨潤(rùn)土+ 0.3%HV-PAC+淡水+26%鉆屑。在陸地回注時(shí)可以利用淡水配漿,在海上平臺(tái)回注時(shí)可以利用海水配漿。

3 結(jié)論

(1)回注漿體的性能要求為:表觀粘度在70～160mPa·s(170s-1)之間,鉆屑顆粒度不大于300 μm(50目),密度為1.1～1.3g/cm3,固相含量控制在15%～30%之間,濾失量應(yīng)低于API濾失量且盡可能小,濾失系數(shù)小于0.000 7m/min1/2,與地層配伍性好。

(2)在海上鉆井平臺(tái)利用海水配制回注鉆屑漿體時(shí),需利用氧化鈣或者氫氧化鈉處理海水。

(3)實(shí)驗(yàn)得出回注漿體處理配方為:①4%膨潤(rùn)土+0.4%NaOH+0.3%HV-PAC+淡水和海水(1∶1)+20%～25%鉆屑;②4%膨潤(rùn)土+0.3%HVPAC+淡水+26%鉆屑。

[1] 趙雄虎,王風(fēng)春.廢棄鉆井液處理研究進(jìn)展[J].鉆井液與完井液,2004,21(2):45-48.

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(編輯:葉秋敏)

Abstract:This paper confirms the performance standard of cuttings re-injection slurry based on the information of the cuttings re-injection operation abroad.The influence of the added cuttings dosage on the performance of re-injection slurry is analyzed by experiments.The reasonable treating formula of re-injection slurry is provided.

Key words:cuttings re-injection;re-injection slurry; performance control;experimental study

Experimental study on control of performance of the cuttings re-injection slurry

Zhao Xionghu1He Tao1
Xiang Xianzhong2Zhu Zhanbing2
(1.CMOE Key L aboratory ofPetroleum Engineering, China University ofPetroleum,Beijing,102249;
2.China Of f shore Oilf ield Service Ltd., CNOOC,Beijing,101149)

2009-06-18 改回日期:2009-10-14

＊中海油田服務(wù)股份有限公司項(xiàng)目(編號(hào):JSKF2007YJ0023)部分研究成果。

趙雄虎,男,教授,現(xiàn)主要從事鉆井液以及油田化學(xué)方面的教學(xué)與研究工作。地址:北京昌平中國石油大學(xué)(北京)石油天然氣工程學(xué)院(郵編:102249)。E-mail:cpbzxh@cup.edu.cn。