蘇里格氣田廢棄鉆井液固液分離及回用研究

黎金明， 陳在君， 陳 磊， 王勇強(qiáng)， 雷 江

(1川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室)

在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的新形勢下，如何在油氣勘探開發(fā)過程中更好地實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，是石油行業(yè)的突出問題。而實(shí)現(xiàn)鉆井清潔化生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)便是要對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行凈化處理及回收再利用，它是鉆井清潔化生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)控量減排的必要條件。為了解決蘇里格廢棄鉆井液凈化處理難題，在廣泛實(shí)地考察和調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)資料[1-7]基礎(chǔ)上，開展了廢棄鉆井液的破膠脫穩(wěn)、固液分離，以及分離后液相的回收利用研究，實(shí)現(xiàn)了廢棄鉆井液變廢為寶。

一、廢棄鉆井液破膠脫穩(wěn)機(jī)理

國內(nèi)外對(duì)廢棄鉆井液的破膠機(jī)理進(jìn)行了大量研究和論述[1-6]，一般可概括為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、卷掃絮凝四種機(jī)理，針對(duì)蘇里格氣田一開表層低固相鉆井液的破膠脫穩(wěn)，自主研發(fā)了一種G320處理劑，它是在靜電引力、范德華力和氫鍵力的作用下，有機(jī)分子上活性基團(tuán)可同時(shí)占據(jù)鉆井液膠粒表面的多個(gè)吸附位或多個(gè)膠粒，將多個(gè)膠體顆粒束縛在分子的活性鏈節(jié)及尾端的活性基團(tuán)上，從而形成網(wǎng)狀的粗大絮狀物使得鉆井液破膠脫穩(wěn)。針對(duì)蘇里格完井鉆井液，先采用處理劑G323壓縮雙電層,由于G323所帶電荷與廢棄鉆井液膠體電荷相反，膠體顆粒表面雙電層被壓縮，ξ電位降低，隨著G323的加入，維持廢棄鉆井液穩(wěn)定的膠粒間靜電斥力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o電引力，膠粒相互靠近，導(dǎo)致廢棄鉆井液發(fā)生凝聚而失穩(wěn)，再引入固液分離劑G321，通過其分子超大的比表面積，形成比較大的粘附能力，將膠粒同時(shí)粘附卷掃在懸浮物中而被迅速沉降分離。

二、表層鉆井液固液分離及回用研究

1.現(xiàn)場鉆井液樣品

為了實(shí)驗(yàn)的有效開展，實(shí)驗(yàn)過程中采用的表層鉆井液樣品取自S47-23-65 井一開表層完鉆鉆井液，為低固相鉆井液體系，現(xiàn)場基本性能：密度：1.07 g/cm3，黏度：45 s，失水：25 mL，pH：10。

2.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在開展表層鉆井液脫穩(wěn)實(shí)驗(yàn)過程中，自主研發(fā)了適合于一開表層鉆井液凈化處理的高效絮凝劑G320 ，并開展了G320加量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。從圖1可知，G320加量到0.2%就可以達(dá)到將現(xiàn)場鉆井液脫穩(wěn)、破膠，繼續(xù)加入破膠效果變差，形成新的穩(wěn)定膠液。這是因?yàn)樾跄齽┘恿窟^多，膠粒所帶電荷反轉(zhuǎn)，新的雙電層形成ξ電位升高，從而發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象。

圖1 G320的加量對(duì)表層鉆井液破膠效果的影響

現(xiàn)場鉆井液樣品經(jīng)過G320凈化處理，進(jìn)行固液分離后，對(duì)樣品性能進(jìn)行了對(duì)比，見表1。將分離出的上部清液用于配制二開聚合物鉆井液，與采用清水配制的進(jìn)行了性能對(duì)比，見表2。

表1 基漿與清液性能對(duì)比

表2 制二開清水聚合物鉆井液

注：pH值均為7。

從表1和表2可以看出，基漿經(jīng)過凈化處理后，已經(jīng)徹底破膠、分離，分離后的清液性能基本接近于清水，用于配制二開聚合物鉆井液的性能參數(shù)與清水配制的相當(dāng)，所以固液分離后的清液可直接用于配制二開鉆井液，清液可全部回用。

3.現(xiàn)場試驗(yàn)及效果

研發(fā)表層鉆井液固液分離技術(shù)在蘇里格區(qū)塊S47-8-68H2、S47-3-69H3井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)?，F(xiàn)場鉆井液徹底破膠、自然沉降分層，上部清液呈無色透明，分離出的固相易于無害化固化處理。表層鉆井液固液分離后液相性能與清水相當(dāng)，可直接用于配制二開無固相聚合物鉆井液，鉆井液性能穩(wěn)定，配伍性良好，保障了上部井段安全快速鉆進(jìn)，整個(gè)流程清液回收利用率達(dá)到了100%。試驗(yàn)成功后，該固液分離及廢液回用技術(shù)在蘇里格區(qū)塊應(yīng)用270口井，解決了蘇里格區(qū)塊使用鉆井液“不落地”后表層鉆井液無處排放的問題。

三、完井鉆井液固液分離及回用研究

1.現(xiàn)場鉆井液樣品

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中使用的鉆井液樣品取自S47-8-68H2井，為完井聚磺鉆井液體系，現(xiàn)場基本性能：密度：1.22 g/cm3，黏度：54 s，失水：3.0 mL，pH：8。

2.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過自主研發(fā)的G323作為破膠劑,G321作為卷掃劑，再通過正交實(shí)驗(yàn)得出了具有破膠能力的配方[7]，完井鉆井液經(jīng)過1.5%G323破膠劑預(yù)處理后，再加入0.25%固液分離劑G321，鉆井液經(jīng)破膠后，絮體呈明顯的顆粒或塊狀，絮凝體多且較大，自然沉降明顯分層,現(xiàn)場鉆井液樣品經(jīng)過處理后，對(duì)破膠前后性能參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，見表3。

表3 破膠前后性能參數(shù)

從表3可知，完井鉆井液破膠后，黏度、流變性、失水幾乎接近于清水，上部液相呈黃褐色。將分離出的上部清液用于配制現(xiàn)場鉆井液，與采用清水配制的進(jìn)行了性能對(duì)比，見表4。

表4 不同流體配制的鉆井液流變性能對(duì)比

注：pH值均為7。

從表4中可知，回用分離液配制的鉆井液各項(xiàng)性能參數(shù)與采用清水配制的基本相同，可以直接用于配制現(xiàn)場鉆井液。

3.現(xiàn)場試驗(yàn)及效果

3.1 完井聚磺鉆井液固液分離及效果

現(xiàn)場完井聚磺鉆井液加入固液分離劑G321和G323，徹底破膠、脫穩(wěn)，明顯分層，借助離心機(jī)或者壓濾機(jī)就可以達(dá)到固液徹底分離。完井聚磺鉆井液固液分離效果如表5所示。

表5 完井聚磺鉆井液固液分離前后性能對(duì)比

從表5可以看出，完井聚磺鉆井液經(jīng)破膠、固液分離后，黏度、流變性、失水幾乎接近于清水。固液分離后BOD、COD相比處理前大幅度降低，且無生物毒性利于環(huán)保。壓濾機(jī)分離出的液相體積達(dá)到70%以上，分離出的固相含水率低，采用壓濾機(jī)更適合于完井聚磺鉆井液的固液分離。固液分離出的液相回用于配制新鉆井液，各項(xiàng)性能參數(shù)與采用清水配制的基本一致。分離出的固相部分經(jīng)過加入固化劑也一并無害化處理后達(dá)到蘇里格鉆井液“不落地”要求。試驗(yàn)成功后，該技術(shù)在蘇里格氣田推廣應(yīng)用240口井，效果良好。

3.2 現(xiàn)場飽和復(fù)合鹽完井鉆井液固液分離及效果

在完井聚磺鉆井液固液分離實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展了飽和復(fù)合鹽完井鉆井液固液分離研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過稀釋添加自由水、引入部分膨潤土漿，再加入固液分離劑G321和G323，現(xiàn)場完井復(fù)合鹽鉆井液破膠、脫穩(wěn)，自然沉降分層，借助井隊(duì)現(xiàn)有離心系統(tǒng)，達(dá)到固液徹底分離，對(duì)凈化處理前后的樣品進(jìn)行常規(guī)性能、生物毒性及生物降解性測試，結(jié)果見表6。

表6 完井復(fù)合鹽鉆井液固液分離前后性能對(duì)比

從表6可以看出，完井復(fù)合鹽鉆井液徹底破膠，固液分離后，黏度、流變性、失水與清水相近。分離后的液相一是逐步加入到上部井段無固固聚合物鉆井液中，用于提高抑制性，增強(qiáng)防塌能力；二是直接轉(zhuǎn)運(yùn)到其它井用于配置復(fù)合鹽鉆井液；三是在常規(guī)井聚磺鉆井液中混入部分液相，可增強(qiáng)防塌能力；固相部分經(jīng)過加入固化劑也一并無害化處理。處理前BOD、COD值很高，且生物毒性顯示為微毒，分離后的液相BOD、COD值降低，生物毒性為無毒，利于環(huán)保。試驗(yàn)成功后，飽和復(fù)合鹽完井鉆井液固液分離及回用技術(shù)推廣應(yīng)用50口井，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)場施工要求。

四、認(rèn)識(shí)及建議

(1)研發(fā)的表層鉆井液凈化技術(shù)，分離后的清液可用于配制二開清水聚合物鉆井液，清液回用率達(dá)到100%，解決了蘇里格鉆井液“不落地”實(shí)施后表層鉆井液無處排放的問題。

(2)研發(fā)的完井鉆井液固液分離技術(shù)，能快速將現(xiàn)場完井鉆井液徹底破膠、脫穩(wěn)，分離出的液相用于配制現(xiàn)場鉆井液，各項(xiàng)性能參數(shù)與采用清水配制的基本相同，液相實(shí)現(xiàn)全部回用，分離出的固相與現(xiàn)場鉆屑一并無害化處理后，達(dá)到蘇里格氣田鉆井液“不落地”要求。

(3)該研究對(duì)長慶蘇里格地區(qū)廢棄鉆井液的凈化處理進(jìn)行了有益摸索，為長慶油氣田清潔化生產(chǎn)拋磚引玉。