北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术

程玉生，张立权，莫天明，向　雄，张　明

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，广东湛江524057）

北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术

程玉生，张立权，莫天明，向雄，张明

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，广东湛江524057）

程玉生等.北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术[J].钻井液与完井液，2016，33（2）：60-63.

北部湾地区地质条件复杂，钻井难度大，结合北部湾地区钻探的实际情况，通过对影响水基钻井液重复利用因素的分析，对废弃钻井液的粒度分析和性能检测制定了一套成熟的固相控制技术。通过检测废弃钻井液中固相颗粒粒径分布，优化固控设备的搭配和参数配置（尤其是振动筛筛布选择），选择离心机分离能力、布局和台数等，从而提高固相控制效率，达到有效净化废弃钻井液的目的；制定了一套合适的废弃钻井液处理方式：先检测回收的废弃钻井液性能，然后通过固控设备来净化废弃钻井液，合理配制新浆量进行稀释处理废弃钻井液，使钻井液性能满足下一口井或井段的开钻要求，节省了材料成本、人工成本和运输成本。北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术在北部湾地区29口开发井进行了成功应用。

废弃钻井液；重复利用；固相控制；水基钻井液；北部湾

涠西南地区地质条件复杂，尤其是涠洲组和流沙港组极易坍塌，严重影响了油田的钻探速度，造成巨大的经济损失。通过多年的研究与实践，在开发井中用油基钻井液较好地解决了涠洲组和流砂港组的井壁稳定问题。但近几年来，随着环境保护的要求越来越高，在油基钻井液的使用方面，所有含油钻屑都需要进行回收处理，钻井成本相应增加[1]。随着环保型水基钻井液技术的进一步提高，在北部湾地区易垮地层用水基钻井液替代油基钻井液变为可能。但由于防塌和井壁稳定的需要，水基钻井液成本仍较高，因此，对水基钻井液的重复利用及成本控制技术方面的研究将变得重要[2]。在北部湾涠洲12-8W、涠洲6-12、涠洲11-2、涠洲12-2等批量钻井项目中，将φ311.15 mm井段使用过的废弃钻井液经过处理后重复应用于下口井或φ215.9 mm井段，能节约钻井液材料成本、运输成本和人工成本[3]。因此，针对北部湾地区作业的实际情况，通过对废弃钻井液的各项性能指标和固相控制技术的研究，建立了北部湾环保型水基钻井液重复利用标准，并形成了一套废弃钻井液的处理方式和固相控制技术，以满足水基钻井液能够回收使用的需求。

1　废弃钻井液处理方式研究

废弃钻井液是一种含黏土、加重材料、添加剂、污水、污油及钻屑的多相稳定胶悬浮体，成分复杂[4]。要实现水基钻井液的重复利用，必须严格控制其各项性能指标，如流变性、固相含量、防腐及滤失量等，这就需要构建一套完整的废弃钻井液控制程序标准，来严格控制其性能能够满足下口井或下开井段的开钻要求，如图1所示，以保证重复利用后的钻井液有足够的稳定性。因此，对水基钻井液的重复利用标准的建立显得尤为重要。

图1　北部湾环保型水基钻井液重复利用标准的建立

1.1影响水基钻井液重复利用的因素

1）高分子量聚合物类材料经过搅拌、循环、充分水化后，和钻井液中的固相颗粒吸附结合，形成胶体。由于长时间在较高温度下循环和剪切，长链高分子有可能断裂，加之使用、储存时间过长，可能导致部分降解，有效作用效能大大降低。采用化学滴定法可以分析废弃钻井液的化学组成[5]。

2）无机盐、有机盐随水和固相存在，尽管部分离子吸附于固相，但有效离子浓度足以满足再次利用的条件，特别是成本较高的盐类，其盐类离子是不均衡存在的，例如在废氯化钾聚合物钻井液中，氯离子较钾离子多，原因是钾离子较氯离子更易吸附于黏土上，部分消耗，导致氯离子较多。

3）废弃钻井液的固相含量一般比新配制钻井液多，主要是加重材料、劣质固相，特别是经过长时间循环，亚微米颗粒多。同时，大部分聚合物和盐类都吸附于固相颗粒，如何处理好钻井液中多余的固相是回收重复利用的主要难题。废弃钻井液黏度大、密度高。长时间储存的废弃钻井液有可能滋生细菌，导致钻井液变质、发臭。如表1所示，固井期间回收的涠洲11-2N-B4H1井废弃钻井液中的无用固相含量高。

表1　涠洲11-2N-B4H1井废弃钻井液性能（室温）

1.2粒度分析

Manohar LaI提出了一种简单模型。LaI研究认为，传送到固控系统的颗粒尺寸很大程度上取决于所钻地层类型，而其他因素的影响较小。颗粒粒径分布的情况与可用固控设备清除的颗粒尺寸相关（见表2）。通过对所钻地层的岩性描述，我们可以初步判断钻屑颗粒的粒径分布。可以利用不同固控设备与清除颗粒大小的关系（见表2）和固控效率（SCE）模型（见表3）[6]对固控设备进行选择和配置，以达到最大的固相清除效率，并初步掌握无法清除的固相占比，以制定后期的重复利用方案。

表2　不同固控设备与清除颗粒大小的关系

从现场取涠洲11-2N-B4H1井废弃钻井液，送回陆地实验室，用激光粒度仪检测废弃钻井液中固相颗粒的粒径分布，结果见图2。检测结果为d（0.1）=1.560 μm、d（0.5）=20.576 μm、d（0.9）=62.505 μm，从粒径分布情况可以看出，较大粒径的固相颗粒已被振动筛清除，废弃钻井液中固相基本都是粒径在110 μm以下的颗粒，需要合理选择搭配固控设备，同时要求合理地设置固控设备参数，使固控效率最大化，还剩余约10%粒径为1.56 μm的固相无法清除。

表3　固控效率（SCE）模型

图2　废弃钻井液固相颗粒粒径分布图

1.3防腐处理

废弃钻井液中存在大量厌氧型微生物，其中的功能性添加剂容易为微生物降解（尤其是功能性官能团），使添加剂失去原有的功能或者效能大大降低，鉴于微生物生长的酸碱性环境多偏酸性，因此向废弃钻井液中加入适量的烧碱，调节废弃钻井液的pH值至8.5～9.5，同时向废弃钻井液中添加适量的杀菌剂，降低废弃钻井液中微生物的量或者抑制微生物的活动，以防止添加剂的生物降解作用。

1.4固相的控制及处理

1.4.1应用固控设备处理废弃钻井液

1）振动筛作为一级固控，能筛除粒径在250 μm以上的固相颗粒。振动筛筛布的选择直接关系到进入钻井液中固相颗粒的粒径范围。因此现场在φ311.15 mm井段选用筛孔为0.105 mm（140目）的筛布，φ215.9 mm井段选用筛孔为0.094 mm（170目）的筛布，尽可能多地筛除固相，起到充分净化钻井液的作用。

2）水力旋流器，如除砂器、除泥器，作为二级固控设备，能筛除粒径在64 μm以上的固相颗粒。旋流器的个数和旋流器的有效性都直接关系到二级固控的效果，因此在现场需充分利用好现有的除砂器、除泥器设备，并做好设备的保养工作，起到处理量和处理效果效能最大化，尽可能净化钻井液。

3）提高固控效率的最有效手段是提高离心机分离能力，并优化离心机布局和数量。

固井期间，回收涠洲11-2N-B4H1井废弃钻井液，在地面建立小循环，开启全部固控设备如振动筛、水力旋流器、离心机，并根据实际情况选择合适的设备参数。通过实验检测得到，经固控设备处理后的废弃钻井液性能见表4。实验结果说明，经固控设备处理后的废弃钻井液得到了较好地净化，黏度、切力、密度和固相含量都明显降低，高温高压滤失量略涨，说明部分降滤失剂损耗，但钻井液的整体性能明显变好[7]。

表4　固控设备处理后涠洲11-2N-B4H1井废弃钻井液性能

1.4.2应用新浆稀释处理废弃钻井液

由于通过固控设备无法清除废弃钻井液中约10%粒径为1.56 μm的固相，需要通过配制新浆进行稀释处理，同时结合经固控设备处理后的废弃钻井液性能，综合考虑新浆配制量，根据现场经验新浆与废弃钻井液比例为（2∶1）～（1∶2），按比例混匀后，检测钻井液性能，结果见表4。由表4看出，按比例兑好混匀后的钻井液性能满足开钻要求。

2　北部湾钻井液重复利用技术应用

固井期间，回收废弃钻井液，在地面建立小循环，开启全部固控设备，如振动筛、水力旋流器、离心机，并根据实际情况选择合适的设备参数，检测固控设备处理后的废弃钻井液性能，结合开钻钻井液性能要求，合理计算新浆配制量并用新浆对废弃钻井液进行稀释处理，将经过合理处理后的废弃钻井液进行重复利用。如表5所示，北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术已在29口开发井中得到成功应用，钻井液重复使用效果良好，性能稳定，经济效益优势明显，减少对环境的污染[8]。

表5　部分北部湾钻井液重复利用应用情况统计

3　结论与认识

1.构建了一套废弃钻井液重复利用的标准，节省了材料成本、人工成本和运输成本。

2.制定了一套成熟的固相控制技术，通过检测废弃钻井液中固相颗粒粒径分布，优化固控设备的搭配和参数配置（尤其是振动筛筛布选择），选择离心机分离能力、布局和台数等，从而提高固相控制效率，达到净化废弃钻井液的目的。

3.制定了一套合适的废弃钻井液处理方式：检测回收的废弃钻井液性能，然后通过固控设备净化废弃钻井液，并合理配制新浆量对其进行稀释处理，使钻井液性能满足下一口井或井段的开钻要求。

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Solids Control and Re-use of Water Base Drilling Fluid in Beibu Gulf

CHENG Yusheng, ZHANG Liquan, MO Tianming, XIANG Xiong, ZHANG Ming
（Shenzhen Base of Division of Oilfield Chemistry, COSL, Zhanjiang, Guangdong 524057, China）

Formation geology in the Beibu Gulf area is complex， making drilling operation very difficult. Solids control plays an important role in the success of drilling in this area. A complete set of solids control technology has been developed through laboratory analyses and experiments. The configuration and parameter specifications of solids control equipment （especially the selection of the screen cloth for shale shakers） are optimized through inspection of particle size distribution of the water drilling fluids. The treatment capacity， configuration and number of centrifuges are carefully determined to enhance the efficiency of solids control. In the treatment of the waste drilling fluids， the properties of the waste drilling fluids are firstly measured， then the waste drilling fluids are cleaned through the solids control equipment， and some new drilling fluids are prepared for use with the cleaned waste drilling fluids. In this way the properties of the drilling fluid satisfy the needs for the next hole section or the next well， and the mud cost， labor cost and transportation cost are all reduced. This technology has been successfully used on 29 wells in the Beibu Gulf area.

Waste drilling fluid； Re-use； Solids control； Water base drilling fluid； Beibu Gulf

TE92

A

1001-5620（2016）02-0060-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.02.013

程玉生，工程师，硕士，1980年生，毕业于中国石油大学（华东）石油与天然气工程专业，现在从事钻井液与完井液的技术管理与应用工作。电话 （0759）3911585；E-mail：chengysh@cosl.com.cn。

（2015-11-17；HGF=1601N8；编辑王小娜）