厄瓜多爾ITT 區塊巖屑回注技術

嚴 忠，文建勛，王 委

（中國石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司，江蘇揚州，225261）

巖屑回注技術應用地下灌注方法處理鉆井廢棄物，起源于上世紀80 年代，最早是在美國阿拉斯加的普拉德霍灣油田首次應用并取得成功［1］，英國石油公司首次進行了套管環空回注試驗并取得技術突破。經過近40年的發展和完善，已成為一項國際公認安全環保的鉆井廢棄物處理技術，與其它鉆井廢棄物處理技術相比，最顯著的優點是實現鉆井廢棄物的零排放，符合日趨嚴格的環境保護要求，并且在許多情況下處理成本相對較低，在世界范圍內的油氣田，尤其是在環境保護區和淺海作業區得到廣泛的應用。

巖屑回注技術是將巖屑從固控設備傳輸到處理設備內，通過研磨、剪切和篩選，使巖屑的粒度滿足回注要求，通過高壓回注泵將巖屑顆粒注入到地層內，通常巖屑回注速度可達25 t/h［2］。我國2002年在蓬萊19-3 油田首次應用巖屑回注技術并取得成功［3］，國內第一套自主研發的巖屑回注成套設備于2008年誕生，隨后又研制了環空回注裝置和微米級巖屑回注研磨造漿設備，并在海上油田得到了成功應用［4-6］。

厄瓜多爾ITT 區塊位于厄瓜多爾東部邊境著名的亞蘇尼國家森林公園，該區域被譽為地球之肺，已探明石油地質儲量約8.5×108t，可采石油儲量達到22×108t，油藏埋藏深度1 500～1 600 m 之間。2018 年1 月該油田的第一口井TMBD-00XD 井（巖屑回注井）開鉆，截至同年9 月已完井并投產24 口井，其中水平井11口，日產原油6 000 t，其中TMBA-017H 井日產達806 t，打破了厄瓜多爾單井日產量記錄，預計2020年原油產量將達到日產2.7×104t［7］。該區塊石油開發的環保要求非常高，要求實現鉆井廢料的零排放，交通運輸只能通過納波河航運。巖屑往外運輸需要大量的自卸車與甲板船，單趟往返最快也需3 天，成本高昂，且有巖屑外泄、污染河流等諸多環保風險。因此PAM 石油公司要求采用巖屑回注的方式來處理鉆井產生的巖屑和泥漿污水。本項目通過回注層位優選、漿液參數及注入工藝優化等研究，形成了適合厄瓜多爾ITT 區塊的巖屑回注工藝。在ITT 區塊TPTB-20 井應用，共回注巖屑18.9×104m3，其中巖屑漿13.11×104m3，占設計最大容量的69.37%，有效保證了41 口井正常生產，取得了較好的經濟效益和社會效益。

1 回注井概況

ITT 區塊開發的是TIPUTINI 的#43 塊，目前五個平臺均已完成施工，TPTB-20 井是位于B 平臺的一口無產廢棄井（見表1），改作回注井。該井在TOPE NAPO BASAL 層位1 690.42～1 699.57 m 之間9.15 m長井段射孔，孔密16孔/m，孔深1.18 m。

表1 TPTB-020井井身結構及射孔參數表

2 回注地層選擇

目前國內外針對巖屑回注目的層篩選的問題僅有定性的分析，缺乏統一的篩選標準和方法，定性分析標準主要有以下幾點：

（1）保證巖屑回注作業的安全性，避開產層和易泄漏的地層；

（2）優選砂巖層、厚層和水平延伸較好的地層；

（3）巖屑回注目的層要有比較好的蓋層，最好的蓋層為高應力、低滲透率的泥頁巖層。阻止裂縫在垂直方向上的擴展；

（4）巖屑回注目的層要有比較小的破裂壓力，減小回注壓力，節約回注成本。

TPTB-020 井回注層位優選，主要通過測井曲線解釋結果，根據地層巖性的傾向，從1 589.5～1 711.1 m 劃分了16 個區域。通過泊松比、楊氏模量、最小水平應力、孔隙度及滲透性等性能分析地層力學參數［8-9］（見表2）。

表2 TPTB-020井測井解釋成果及回注層位優選

續表2 TPTB-020井測井解釋成果及回注層位優選

根據孔隙度高、滲透性好、漏失系數高的優選原則，同時結合回注層厚度，優選出1 605.4～1 650.5 m及1 660.2～1 697.7 m 兩個層位，最終選擇1 660.2～1 697.7 m 井段做為回注層，1 605.4～1 650.5 m 井段作為應急回注層。通過進一步模擬分析，估算了該回注井可回注容量大約為19.13×104m3。

3 巖屑回注工藝

3.1 設備與工藝流程

巖屑回注系統的主要功能是收集鉆井巖屑、廢棄鉆井液、污水等廢棄物，經過一系列的設備單元，進行分類、研磨降解、混合等處理，調整成狀態穩定的可回注的漿液，再通過高壓回注泵注入到相應的地層。設備主要由傳輸、研磨分選、漿化存儲、高壓回注、遠程參數監控等系統組成。具體配套設備見表3。

表3 回注系統設備

根據TIPUTINI 區塊地層取樣的研究結果，再結合回注井的井身結構，對回注漿參數提出了要求：

（1）回注漿巖屑粒徑：≤300 μm

（2）回注漿密度：≤1.4 g/cm3

（3）固相含量：≤20%

（4）初終切力10 s/10 min/30 min：≥9/12.5/13.5 Pa

（5）泥漿馬氏黏度：60～90 s

3.2 巖屑研磨試驗

巖屑為灰褐色油斑砂巖，淺灰色灰質砂巖，淺灰色油跡細砂，深灰色泥巖，紫色泥巖。

鉆井巖屑多數粒徑為500～1 200 μm，經過研磨機研磨后粒徑分散在50～850 μm 之間。粒徑不合格的巖屑將經過振動篩篩選后再次經過研磨機進行研磨。

實驗采用巖屑研磨后過60目標準實驗篩過篩，將通過60目的巖屑裝入廣口玻璃瓶，沒有通過過篩的巖屑重新研磨再過篩，經過多次研磨、過篩分選，完成巖屑處理實驗。

采集3 份平行樣品，并采用激光粒度分析儀進行粒徑測試，獲取實驗數據。

根據3 個平行樣品的測試數據，對所測試的巖屑樣品粒徑主要參數進行了統計，從測試的數據看，3 個樣品的粒徑測試的實驗結果重復性好，粒徑分布基本一致。粒徑小于300 μm 的巖屑顆粒占99.22%～99.52%，符合巖屑粒徑控制要求。

3.3 巖屑漿體配方優化

巖屑回注地層首選的是孔隙喉道好、地層容量大的砂巖地層。若巖屑的運移得不到保證，會導致巖屑在近井孔隙地帶沉降堆積造成孔隙堵塞，回注通道截面積減少，回注壓力升高，進而導致回注井總容量銳減，提前終止回注井壽命。因此，巖屑在孔隙喉道中的運移至關重要，這對巖屑漿的懸浮穩定性和流變參數提出了嚴格的要求。

分別選擇三種不同漿化劑，配合增黏劑通過調整加量，在漏斗黏度經過測試符合要求的前提下，檢測漿體在常溫和加熱條件下的流變性能，優選出了不同巖屑含量下的巖屑漿化配方。鑒于本區塊回注井深度在1 600～1 700 m 之間，實驗模擬回注層溫度，加熱溫度設定為65℃。分別對黃原膠、復合金屬離子聚合物和瓜膠為主的三種漿體配方進行對比優選，最終選出瓜膠與黃原膠復配的方案。

從降低巖屑回注成本角度出發，選擇價格低于黃原膠的瓜膠作為主要漿化劑，配合少量黃原膠，分別調配出了20%、25%巖屑體積分數的漿體配方。

1#：1 500 mL 清水+0.4%瓜膠+0.1%XC+20%巖屑+0.1%NaOH；

2#：1 500 mL 清水+0.4%瓜膠+0.1%XC+25%巖屑+0.1%NaOH。

實驗顯示：1#、2#漿體在常溫、以及靜置120 h后，黏度在60～63 s，均符合回注要求，流變性能比較穩定，初切、終切參數表明漿體的懸浮巖屑能力較強，而加熱后漿體黏度明顯降低，漿體變稀，結構減弱，但仍保持較好的懸浮性。

瓜膠與黃原膠均為無毒無害的化學品，可作為食品添加劑使用。在井溫作用下可降解，不污染地層，且利于下一批次的回注。

最終采用0.4%瓜膠+0.1%黃原膠復配的方式作為增稠懸浮劑，能滿足20%巖屑體積分數條件下漿體穩定性的需要。

3.4 酸化解堵

巖屑在地層中的運移會有一定量沉降堆積，或封堵裂縫孔隙，或減少回注通道截面積，造成回注壓力不穩定，壓力異常偏高，回注結束長期高壓，地層消化速度緩慢等不良反應。

檸檬酸是一種有機強酸，用檸檬酸配制的酸液pH 值很快到達2～3，對巖屑具有良好的酸蝕作用，對設備腐蝕性較低，用來配制水溶液置入地層中，酸蝕堵塞的巖屑，確保井筒射孔段和回注層裂縫孔隙的通透性。

3.5 輔助藥劑

提黏劑在泥漿中兼有穩泡劑的作用，當泥漿結構強、黏度較高時，氣泡會比較穩定，對成品漿的存放和高壓回注都是不利因素。根據實際情況有選擇性的加入適量的消泡劑EMULPOX，確保巖屑漿性能穩定。

適當加入0.05%～0.1%的殺菌劑STRYN-TN，防止泥漿在長時間地面存放和在地層中發酵，影響漿體穩定性。

4 現場應用

4.1 巖屑研磨

將經過研磨機研磨前后的巖屑漿進行對比分析（見表4），結果顯示研磨對堵漏材料木屑沒有太大影響，有8%粗粒徑巖屑磨成了中粒徑巖屑，有8%的中粒徑巖屑磨成了細粒徑巖屑。而從砂樣對比中，大部分粗顆粒巖屑的粒徑明顯減小。

實際生產中，最大負荷生產時期，日均接收量610 m3，日均回注量625 m3，巖屑處理效率與回注速率未出現脫節延產現象，8%的細粒徑巖屑產生效率已經滿足了現場需求。

4.2 巖屑漿性能控制

針對黏度和切力要求，現場選擇了瓜膠與黃原膠復配作為提黏藥劑，提黏效果明顯（見圖1）。

表4 巖屑漿經研磨前后固體成分體積分數 %

圖1 瓜膠與黃原膠復配后流變曲線

施 工 時pH 值4～10，0.3%～0.5% 瓜 膠+0.1%～0.2%黃原膠，可使巖屑漿黏度達到良好的懸浮效果，配合剪切泵使用，不易結出聚合物大團，黏度保持在60 s 以上，固相體積分數保持在12%～20%，減少化學藥劑的浪費，保證巖屑注入效率。

4.3 回注

首先注污水打開地層，沖洗地層裂縫；后打稠塞分割污水與巖屑漿，避免巖屑漿與水混合后黏度降低引起巖屑快速沉積；巖屑漿回注，過程保持排量穩定，注完繼續注10 m3稠漿，清掃管線和地層中的滯留巖屑漿；適時注入檸檬酸液，酸化巖屑；最后注入清水，替空管線和井筒中的泥漿，并將酸液推進地層（見表5）。

正常回注中選擇13.25 L/s 排量，回注漿在114 mm 回注管中雷諾數大于2 300(雷諾數大于4 000為紊流，雷諾數小于2 300 為層流），保證回注中存在部分紊流帶，有利于巖屑的運移。

一次回注過程里包括四種回注流體，按順序回注保證回注順利，回注井清潔。

表5 回注次序

5 認識

（1）經過研磨后，粒徑小于300 μm 的巖屑顆粒占99%以上，滿足現場實際回注要求，巖屑處理量可達到20～25 t/h，日最大回注量778 m3。

（2）采用“瓜膠+黃原膠”復配作為增黏懸浮劑，滿足了漿體的穩定性要求，注入地層后化學原料可快速降解，保證回注作業的連續性，也具有較好的經濟性。

（3）TPTB-20 井共注入41 口井巖屑，巖屑漿平均密度1.22 g/cm3，最大密度1.4 g/cm3，平均黏度61 s，平均固相體積分數13.33%；巖屑漿及污水共計已回注18.9×104m3，其中巖屑漿13.11×104m3，占設計最大容量的69.37%，回注壓力穩定，無異常上升現象，滿足了ITT區塊生產需要。

（4）鉆井產生的巖屑通過巖屑回注的方式重新送回地層中，在溫度壓力的作用下重新成為地層巖石，不再成為地表污染，環保效益顯著。