“骨架”嫁接在廢棄鉆井液微細分散相壓濾中的應用

駱勝偉 韓成福 向湘懷 劉朝峰 張紅新 胡延霞

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司 西安 710000

在石油鉆井過程中，無可避免的產生大量廢棄鉆井液，廢棄鉆井液成分復雜，其中微細分散相含量高，微細分散相的主要來源：一是配制鉆井液所需的固相，如膨潤土、石墨、石灰石、重晶石等；二是鉆進過程中，地層造漿和鉆屑研磨產生的泥質，分散在鉆井液中，固控設備難以清除的部分；微細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，對微細分散相的分離效率低、成本高、分離出的固相含水率高，制約了現場廢棄鉆井液的無害化處理。

1 壓濾原理及存在問題

1.1 壓濾工藝流程

目前鉆井現場泥漿不落地流行的壓濾工藝流程是以固控設備和壓濾機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過井隊固控設備進行粗分離，分離出來的廢棄物進入收集攪拌裝置；廢棄物全部攪拌均勻后，調入破膠罐中，加入破膠劑，使其破膠失穩；待充分破膠后，壓濾機供漿泵將混合物泵入壓濾機中，進行壓濾作業，分離成濾餅與壓濾液；濾餅進入收集罐進一步晾干，由挖掘機配合翻斗車轉運至固廢治理環保站。壓濾液則進入液廢收集罐，由泵抽入罐車轉運至廢液治理環保站。

圖1 壓濾工藝流程示意

1.2 存在問題

從工藝流程可以看出，壓濾主要是針對一定粒徑的粗顆粒（鉆屑、泥質等）實施，壓濾出的濾餅含水率低于30%，符合固廢治理單位的接收標準，壓濾液密度一般低于1.05g/cm3，符合液廢治理單位的接收標準；壓濾機處理量可以滿足現場隨鉆處理的要求。但現場仍然存在含有較大量的微細分散相的鉆井液廢棄物，受壓濾機濾布透氣量限制，微細分散相的鉆井液廢棄物壓濾存在諸多問題：一是要加入更多的破膠劑破膠，壓濾出的濾液井隊無法回用；二是濾布堵塞嚴重、難以清洗，壓濾耗時長；三是濾餅含水量高，脫板難，需更長時間進一步晾干。因此，針對微細分散相的固液分離，技術難度大、處理時間長、成本高。

2 分析與對策

表2 破膠劑減量實驗

針對微細分散相鉆井液廢棄物壓濾存在的問題，通過查閱資料和調研設備制造商，分析壓濾難問題的主要癥結在于微細固相破膠后，壓濾時與濾布接觸，微細固相成分進入濾布透氣孔，形成堵塞，造成壓濾困難，因此無法有效壓濾。增大濾布孔隙或增大固相粒徑成為解決的兩個方向。若增大濾布孔隙，則微細固相成分可通過濾布進入濾液，造成濾液不達標；因此從增大固相粒徑這一方向，探索通過嫁接“骨架”粒子，在濾布上形成“骨架”層，在微細固相與濾布之間形成一層屏障，從而實現正常壓濾。在鉆井現場，最為有利的條件就是鉆進過程中產生的鉆屑，可作為嫁接用的“骨架”粒子。

3 實驗部分

3.1 “骨架”粒子加量實驗

選取鉆井現場直徑0.5～5mm鉆屑作為“骨架”粒子，按體積比3%～30%加入“骨架”粒子，從壓濾時間、濾餅含水率、濾布堵塞情況、壓濾液是否達標四個方面評價。

表1：“骨架”粒子加量實驗

從實驗情況看，“骨架”粒子加量越大，對微細固相的壓濾效果越好，當“骨架”粒子加量達到15%以上時，濾布基本無堵塞，壓濾時間合理，濾餅含水量合格，壓濾液合格，。

3.2 破膠劑減量實驗

一般為確保壓濾效果，破膠劑加量1%～2%（質量體積百分數），壓濾液中高價離子含量高，基本無法回用，實驗通過嫁接“骨架”粒子，降低破膠劑加量，達到同樣壓濾效果。

從實驗情況看，加入“骨架”粒子后，降低破膠劑使用量可以達到同等甚至更優的壓濾效果，在“骨架”粒子加量達到15%～20%時，破膠劑減可量1/2～2/3，達到合格壓濾標準。

3.3 壓濾液回用實驗

鉆井生產中，一開鉆井液的要求最低，配制最為簡單，壓濾液回用首先考慮一開鉆進，選取破膠劑加入量0.5%的壓濾液進行實驗，實驗結果如下：

表3 壓濾液回用實驗

從實驗情況看，直接使用壓濾液配制一開鉆井液，性能難以達標，而加入50%生產水稀釋后，增加處理劑加入量后，性能指標能夠達到標準，可以滿足一開鉆井需求，實現了壓濾液的有條件回用。

4 現場應用及效果

4.1 現場應用

白465-07井組，布井4口，井深1800～1900米，每口井完井液200～240方，重復使用80-120方，需壓濾120方含微細分散相的廢棄鉆井液。按照嫁接“骨架”粒子壓濾方案，二開鉆進時，在鐵簸箕中收集儲存鉆屑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（微細分散相），壓濾率后各項指標合格。

頁巖油華H77井組，布井3口，井深4200～4300米，每口井完井液約300方，重復使用150方，需壓濾150方含微細分散相的廢棄鉆井液。按照嫁接“骨架”粒子壓濾方案，二開鉆進時，在鐵簸箕中收集儲存鉆屑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（微細分散相），壓濾率后各項指標合格。

4.2 應用效果

4.2.1 壓濾效率提高

通過現場應用情況對比，與未加骨架粒子對比，嫁接15%～20%“骨架”粒子（鉆屑）后，微細分散相鉆井液廢液平均單板壓濾時間縮短20%～25%，壓濾效率顯著提高。

圖2 白465-07-01井單板壓濾時間對比圖

4.2.2 濾餅含水率降低

通過現場壓濾情況對比，與未加骨架粒子對比，嫁接20%“骨架”粒子（鉆屑）后，微細分散相鉆井液廢液壓濾的濾餅含水率由45%降低至30%左右，達到了固廢治理環保站回收標準。

4.2.3 破膠劑減量，濾液回用

通過現場壓濾情況對比，與未加骨架粒子對比，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混入生產水配制一開鉆井液，回用率達到100%。

圖3 華H77-1井破膠劑用量對比

圖4 華H77-1井壓濾液回用率對比

5 結論及建議

（1）通過嫁接“骨架”粒子，可以實現微細分散相鉆井液廢液的快速壓濾，使用現場鉆屑作為“骨架”粒子，不會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，實現壓濾液的有條件回用，降低廢液排放和節省水資源。