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， 雷 江

(1川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 2低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室)

在環保要求日益嚴格的新形勢下，如何在油氣勘探開發過程中更好地實現清潔化生產，是石油行業的突出問題。而實現鉆井清潔化生產的一個重要環節便是要對廢棄鉆井液進行凈化處理及回收再利用，它是鉆井清潔化生產中實現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，在廣泛實地考察和調研相關文獻資料[1-7]基礎上，開展了廢棄鉆井液的破膠脫穩、固液分離，以及分離后液相的回收利用研究，實現了廢棄鉆井液變廢為寶。

一、廢棄鉆井液破膠脫穩機理

國內外對廢棄鉆井液的破膠機理進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、卷掃絮凝四種機理，針對蘇里格氣田一開表層低固相鉆井液的破膠脫穩，自主研發了一種G320處理劑，它是在靜電引力、范德華力和氫鍵力的作用下，有機分子上活性基團可同時占據鉆井液膠粒表面的多個吸附位或多個膠粒，將多個膠體顆粒束縛在分子的活性鏈節及尾端的活性基團上，從而形成網狀的粗大絮狀物使得鉆井液破膠脫穩。針對蘇里格完井鉆井液，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，維持廢棄鉆井液穩定的膠粒間靜電斥力轉變為靜電引力，膠粒相互靠近，導致廢棄鉆井液發生凝聚而失穩，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.現場鉆井液樣品

為了實驗的有效開展，實驗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，現場基本性能：密度：1.07 g/cm3，黏度：45 s，失水：25 mL，pH：10。

2.室內實驗結果分析

在開展表層鉆井液脫穩實驗過程中，自主研發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加量實驗，結果如圖1所示。從圖1可知，G320加量到0.2%就可以達到將現場鉆井液脫穩、破膠，繼續加入破膠效果變差，形成新的穩定膠液。這是因為絮凝劑加量過多，膠粒所帶電荷反轉，新的雙電層形成ξ電位升高，從而發生再穩現象。

圖1 G320的加量對表層鉆井液破膠效果的影響

現場鉆井液樣品經過G320凈化處理，進行固液分離后，對樣品性能進行了對比，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行了性能對比，見表2。

表1 基漿與清液性能對比

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，基漿經過凈化處理后，已經徹底破膠、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與清水配制的相當，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.現場試驗及效果

研發表層鉆井液固液分離技術在蘇里格區塊S47-8-68H2、S47-3-69H3井進行了現場試驗。現場鉆井液徹底破膠、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，可直接用于配制二開無固相聚合物鉆井液，鉆井液性能穩定，配伍性良好，保障了上部井段安全快速鉆進，整個流程清液回收利用率達到了100%。試驗成功后，該固液分離及廢液回用技術在蘇里格區塊應用270口井，解決了蘇里格區塊使用鉆井液“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.現場鉆井液樣品

室內實驗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.室內實驗結果分析

通過自主研發的G323作為破膠劑,G321作為卷掃劑，再通過正交實驗得出了具有破膠能力的配方[7]，完井鉆井液經過1.5%G323破膠劑預處理后，再加入0.25%固液分離劑G321，鉆井液經破膠后，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,現場鉆井液樣品經過處理后，對破膠前后性能參數進行了對比，見表3。

表3 破膠前后性能參數

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場鉆井液，與采用清水配制的進行了性能對比，見表4。

表4 不同流體配制的鉆井液流變性能對比

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性能參數與采用清水配制的基本相同，可以直接用于配制現場鉆井液。

3.現場試驗及效果

3.1 完井聚磺鉆井液固液分離及效果

現場完井聚磺鉆井液加入固液分離劑G321和G323，徹底破膠、脫穩，明顯分層，借助離心機或者壓濾機就可以達到固液徹底分離。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比

從表5可以看出，完井聚磺鉆井液經破膠、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保。壓濾機分離出的液相體積達到70%以上，分離出的固相含水率低，采用壓濾機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，各項性能參數與采用清水配制的基本一致。分離出的固相部分經過加入固化劑也一并無害化處理后達到蘇里格鉆井液“不落地”要求。試驗成功后，該技術在蘇里格氣田推廣應用240口井，效果良好。

3.2 現場飽和復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驗基礎上，開展了飽和復合鹽完井鉆井液固液分離研究。實驗結果表明，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，現場完井復合鹽鉆井液破膠、脫穩，自然沉降分層，借助井隊現有離心系統，達到固液徹底分離，對凈化處理前后的樣品進行常規性能、生物毒性及生物降解性測試，結果見表6。

表6 完井復合鹽鉆井液固液分離前后性能對比

從表6可以看出，完井復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，增強防塌能力；二是直接轉運到其它井用于配置復合鹽鉆井液；三是在常規井聚磺鉆井液中混入部分液相，可增強防塌能力；固相部分經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，利于環保。試驗成功后，飽和復合鹽完井鉆井液固液分離及回用技術推廣應用50口井，各項性能指標達到現場施工要求。

四、認識及建議

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

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

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