苏里格气田废弃钻井液固液分离及回用研究

黎金明， 陈在君， 陈 磊， 王勇强， 雷 江

(1川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 2低渗透油气田勘探开发国家工程实验室)

在环保要求日益严格的新形势下，如何在油气勘探开发过程中更好地实现清洁化生产，是石油行业的突出问题。而实现钻井清洁化生产的一个重要环节便是要对废弃钻井液进行净化处理及回收再利用，它是钻井清洁化生产中实现控量减排的必要条件。为了解决苏里格废弃钻井液净化处理难题，在广泛实地考察和调研相关文献资料[1-7]基础上，开展了废弃钻井液的破胶脱稳、固液分离，以及分离后液相的回收利用研究，实现了废弃钻井液变废为宝。

一、废弃钻井液破胶脱稳机理

国内外对废弃钻井液的破胶机理进行了大量研究和论述[1-6]，一般可概括为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、卷扫絮凝四种机理，针对苏里格气田一开表层低固相钻井液的破胶脱稳，自主研发了一种G320处理剂，它是在静电引力、范德华力和氢键力的作用下，有机分子上活性基团可同时占据钻井液胶粒表面的多个吸附位或多个胶粒，将多个胶体颗粒束缚在分子的活性链节及尾端的活性基团上，从而形成网状的粗大絮状物使得钻井液破胶脱稳。针对苏里格完井钻井液，先采用处理剂G323压缩双电层,由于G323所带电荷与废弃钻井液胶体电荷相反，胶体颗粒表面双电层被压缩，ξ电位降低，随着G323的加入，维持废弃钻井液稳定的胶粒间静电斥力转变为静电引力，胶粒相互靠近，导致废弃钻井液发生凝聚而失稳，再引入固液分离剂G321，通过其分子超大的比表面积，形成比较大的粘附能力，将胶粒同时粘附卷扫在悬浮物中而被迅速沉降分离。

二、表层钻井液固液分离及回用研究

1.现场钻井液样品

为了实验的有效开展，实验过程中采用的表层钻井液样品取自S47-23-65 井一开表层完钻钻井液，为低固相钻井液体系，现场基本性能：密度：1.07 g/cm3，黏度：45 s，失水：25 mL，pH：10。

2.室内实验结果分析

在开展表层钻井液脱稳实验过程中，自主研发了适合于一开表层钻井液净化处理的高效絮凝剂G320 ，并开展了G320加量实验，结果如图1所示。从图1可知，G320加量到0.2%就可以达到将现场钻井液脱稳、破胶，继续加入破胶效果变差，形成新的稳定胶液。这是因为絮凝剂加量过多，胶粒所带电荷反转，新的双电层形成ξ电位升高，从而发生再稳现象。

图1 G320的加量对表层钻井液破胶效果的影响

现场钻井液样品经过G320净化处理，进行固液分离后，对样品性能进行了对比，见表1。将分离出的上部清液用于配制二开聚合物钻井液，与采用清水配制的进行了性能对比，见表2。

表1 基浆与清液性能对比

表2 制二开清水聚合物钻井液

注：pH值均为7。

从表1和表2可以看出，基浆经过净化处理后，已经彻底破胶、分离，分离后的清液性能基本接近于清水，用于配制二开聚合物钻井液的性能参数与清水配制的相当，所以固液分离后的清液可直接用于配制二开钻井液，清液可全部回用。

3.现场试验及效果

研发表层钻井液固液分离技术在苏里格区块S47-8-68H2、S47-3-69H3井进行了现场试验。现场钻井液彻底破胶、自然沉降分层，上部清液呈无色透明，分离出的固相易于无害化固化处理。表层钻井液固液分离后液相性能与清水相当，可直接用于配制二开无固相聚合物钻井液，钻井液性能稳定，配伍性良好，保障了上部井段安全快速钻进，整个流程清液回收利用率达到了100%。试验成功后，该固液分离及废液回用技术在苏里格区块应用270口井，解决了苏里格区块使用钻井液“不落地”后表层钻井液无处排放的问题。

三、完井钻井液固液分离及回用研究

1.现场钻井液样品

室内实验中使用的钻井液样品取自S47-8-68H2井，为完井聚磺钻井液体系，现场基本性能：密度：1.22 g/cm3，黏度：54 s，失水：3.0 mL，pH：8。

2.室内实验结果分析

通过自主研发的G323作为破胶剂,G321作为卷扫剂，再通过正交实验得出了具有破胶能力的配方[7]，完井钻井液经过1.5%G323破胶剂预处理后，再加入0.25%固液分离剂G321，钻井液经破胶后，絮体呈明显的颗粒或块状，絮凝体多且较大，自然沉降明显分层,现场钻井液样品经过处理后，对破胶前后性能参数进行了对比，见表3。

表3 破胶前后性能参数

从表3可知，完井钻井液破胶后，黏度、流变性、失水几乎接近于清水，上部液相呈黄褐色。将分离出的上部清液用于配制现场钻井液，与采用清水配制的进行了性能对比，见表4。

表4 不同流体配制的钻井液流变性能对比

注：pH值均为7。

从表4中可知，回用分离液配制的钻井液各项性能参数与采用清水配制的基本相同，可以直接用于配制现场钻井液。

3.现场试验及效果

3.1 完井聚磺钻井液固液分离及效果

现场完井聚磺钻井液加入固液分离剂G321和G323，彻底破胶、脱稳，明显分层，借助离心机或者压滤机就可以达到固液彻底分离。完井聚磺钻井液固液分离效果如表5所示。

表5 完井聚磺钻井液固液分离前后性能对比

从表5可以看出，完井聚磺钻井液经破胶、固液分离后，黏度、流变性、失水几乎接近于清水。固液分离后BOD、COD相比处理前大幅度降低，且无生物毒性利于环保。压滤机分离出的液相体积达到70%以上，分离出的固相含水率低，采用压滤机更适合于完井聚磺钻井液的固液分离。固液分离出的液相回用于配制新钻井液，各项性能参数与采用清水配制的基本一致。分离出的固相部分经过加入固化剂也一并无害化处理后达到苏里格钻井液“不落地”要求。试验成功后，该技术在苏里格气田推广应用240口井，效果良好。

3.2 现场饱和复合盐完井钻井液固液分离及效果

在完井聚磺钻井液固液分离实验基础上，开展了饱和复合盐完井钻井液固液分离研究。实验结果表明，通过稀释添加自由水、引入部分膨润土浆，再加入固液分离剂G321和G323，现场完井复合盐钻井液破胶、脱稳，自然沉降分层，借助井队现有离心系统，达到固液彻底分离，对净化处理前后的样品进行常规性能、生物毒性及生物降解性测试，结果见表6。

表6 完井复合盐钻井液固液分离前后性能对比

从表6可以看出，完井复合盐钻井液彻底破胶，固液分离后，黏度、流变性、失水与清水相近。分离后的液相一是逐步加入到上部井段无固固聚合物钻井液中，用于提高抑制性，增强防塌能力；二是直接转运到其它井用于配置复合盐钻井液；三是在常规井聚磺钻井液中混入部分液相，可增强防塌能力；固相部分经过加入固化剂也一并无害化处理。处理前BOD、COD值很高，且生物毒性显示为微毒，分离后的液相BOD、COD值降低，生物毒性为无毒，利于环保。试验成功后，饱和复合盐完井钻井液固液分离及回用技术推广应用50口井，各项性能指标达到现场施工要求。

四、认识及建议

(1)研发的表层钻井液净化技术，分离后的清液可用于配制二开清水聚合物钻井液，清液回用率达到100%，解决了苏里格钻井液“不落地”实施后表层钻井液无处排放的问题。

(2)研发的完井钻井液固液分离技术，能快速将现场完井钻井液彻底破胶、脱稳，分离出的液相用于配制现场钻井液，各项性能参数与采用清水配制的基本相同，液相实现全部回用，分离出的固相与现场钻屑一并无害化处理后，达到苏里格气田钻井液“不落地”要求。

(3)该研究对长庆苏里格地区废弃钻井液的净化处理进行了有益摸索，为长庆油气田清洁化生产抛砖引玉。