鉆井液不落地技術(shù)在白鷺湖井工廠的應(yīng)用

徐云龍， 徐 堆， 張曉明， 夏文安， 劉天科， 孫榮華

（1.勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng)257000；2.勝利石油工程有限公司渤海鉆井二公司，山東東營(yíng)257000；3.勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司，山東東營(yíng)257000；4.勝利油田新春采油廠，山東東營(yíng)257000）

鉆井液不落地技術(shù)在白鷺湖井工廠的應(yīng)用

徐云龍1， 徐 堆2， 張曉明1， 夏文安1， 劉天科3， 孫榮華4

（1.勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng)257000；2.勝利石油工程有限公司渤海鉆井二公司，山東東營(yíng)257000；3.勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司，山東東營(yíng)257000；4.勝利油田新春采油廠，山東東營(yíng)257000）

徐云龍等.鉆井液不落地技術(shù)在白鷺湖井工廠的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2016，33（6）：63-67.

白鷺湖井工廠項(xiàng)目位于風(fēng)景區(qū)，環(huán)保要求嚴(yán)格，不允許廢鉆井液固化填埋，為了保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)鉆井液重復(fù)利用，在該項(xiàng)目施工完成的43口井應(yīng)用鉆井液不落地技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)施工難點(diǎn)有機(jī)械鉆速快、隨鉆處理量大、壓濾水重復(fù)利用難、設(shè)備多且占地面積大、長(zhǎng)裸眼段對(duì)鉆井液性能要求高，所鉆遇上部地層造漿嚴(yán)重、下部地層易塌，因此優(yōu)選了氯化鈣強(qiáng)抑制環(huán)保鉆井液體系。改進(jìn)后形成了粗顆粒巖屑不加藥離心分離固化，細(xì)顆粒脫穩(wěn)壓濾處理的鉆井液不落地處理技術(shù)；另一方面，處理劑由過去的直接加入改成以藥液方式加入，壓濾時(shí)間由原先的60 min減少至20 min，最大處理量達(dá)到了9 m3/h；再者，巖屑攪拌罐進(jìn)壓濾機(jī)管路在原有的砂泵供料基礎(chǔ)上，增加立式液壓柱塞供料泵；改進(jìn)后的巖屑槽設(shè)計(jì)了輔助沖水管線，解決了巖屑槽內(nèi)的堆積問題。鉆井實(shí)踐表明，在大型叢式井組井工廠施工中，應(yīng)用鉆井液不落地技術(shù)，及配套的環(huán)保型鉆井液體系，能夠滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求及提高鉆井液的重復(fù)利用率，并且大幅提高機(jī)械鉆速，降低了鉆井成本。

廢鉆井液；井工廠；鉆井液不落地技術(shù)；環(huán)境保護(hù)；白鷺湖

廢鉆井液是石油鉆井作業(yè)中產(chǎn)生的主要廢棄物，主要成分包括烴類、鹽類、各類聚合物、重金屬離子、重晶石中的雜質(zhì)、瀝青以及巖屑等。針對(duì)不同類型的鉆井液，國(guó)內(nèi)外處理廢鉆井液的方法有：簡(jiǎn)單處理排放、運(yùn)出井場(chǎng)集中處理、回注安全地層、土地耕作、固化填埋、微生物處理、焚燒及再循環(huán)使用等[1-3]。勝利油田陸地上通常的做法是每鉆一口井都要在井場(chǎng)挖一個(gè)鉆井液循環(huán)池，一般占地1 000 m2，對(duì)廢鉆井液和巖屑常規(guī)固化處理，然后填埋。遇到雨季，鉆井液中的有害物質(zhì)就有可能會(huì)隨水流入農(nóng)田、河流，而滲入地表，污染土壤、地下水，影響當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境[4-9]。白鷺湖井工廠位于風(fēng)景區(qū)內(nèi)，共部署了43口井，覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量7.2×106t，新增產(chǎn)能8.3×104t，該區(qū)塊環(huán)境保護(hù)要求高，不允許廢鉆井液固化填埋。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外廢鉆井液處理方法的基礎(chǔ)上，使用氯化鈣強(qiáng)抑制環(huán)保型鉆井液和鉆井液不落地技術(shù)，隨鉆處理廢鉆井液，既保證了鉆井順利施工，又滿足了保護(hù)環(huán)境要求。

1 技術(shù)難點(diǎn)

白鷺湖井工廠位置屬于濟(jì)陽坳陷東營(yíng)凹陷濱南—利津斷裂構(gòu)造帶B37斷塊、B644斷塊以及B647斷塊，從上到下鉆遇地層為平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組、沙一段、沙二段、沙三段、沙四段。實(shí)施鉆井液不落地技術(shù)存在以下技術(shù)難點(diǎn)。①機(jī)械鉆速快，隨鉆處理量大。該區(qū)塊屬于東營(yíng)凹陷緩坡帶湖相沉積環(huán)境，地層可鉆性好，每日最大鉆井進(jìn)尺可達(dá)1 000 m，按平均井徑擴(kuò)大率30%計(jì)算，考慮到巖屑返至地面釋壓水化膨脹后體積增大至原來的4倍左右，計(jì)算最大返屑量為7.9 m3/h。②壓濾水重復(fù)利用難。固液分離處理工藝需要在廢鉆井液中加入化學(xué)助劑攪拌，進(jìn)行脫穩(wěn)絮凝處理后再進(jìn)行壓濾，產(chǎn)生的壓濾液中鈣鐵等離子含量高，直接加入常規(guī)鉆井液體系中會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生很大的污染。③設(shè)備多，占地面積大。鉆井液不落地主要設(shè)備由巖屑收集罐、攪拌罐、板框式壓濾機(jī)以及連接管線、藥品罐等組成，占地面積大。④裸眼段長(zhǎng)，鉆井液性能要求高。井組中裸眼段長(zhǎng)超過2 000 m的有32口井，裸眼井段長(zhǎng)，巖屑的運(yùn)移距離長(zhǎng)，攜巖困難。

2 氯化鈣強(qiáng)抑制環(huán)保型鉆井液體系

該項(xiàng)目位于白鷺湖風(fēng)景區(qū)，安全、環(huán)境保護(hù)要求高，對(duì)鉆井液體系提出了較高的要求，需要達(dá)到“無害化”和“減量化”。同時(shí)所鉆遇上部地層造漿嚴(yán)重，下部地層易塌，因此鉆井液的關(guān)鍵性能是具有較強(qiáng)的抑制性、優(yōu)良的潤(rùn)滑性、良好的井壁穩(wěn)定性和良好的油氣層保護(hù)性能，在保證鉆井施工順利的同時(shí)，也要有利于廢鉆井液的隨鉆處理，因此優(yōu)選了氯化鈣強(qiáng)抑制環(huán)保型鉆井液體系。①一開平原組、明化鎮(zhèn)組井段鉆井液主要為6%膨潤(rùn)土漿。②二開館陶組及以上井段鉆井液配方：（4%～6%）膨潤(rùn)土+0.5%聚丙烯酰胺干粉+0.5%胺基聚醇+0.5%CaCl2；東營(yíng)組井段：（4%～6%）膨潤(rùn)土+0.5%聚丙烯酰胺干粉+0.5%氨基聚醇+ 0.5%CaO+（3%～5%）液體潤(rùn)滑劑；沙河街組井段：（4%～6%）膨潤(rùn)土+0.5%聚丙烯酰胺干粉+0.5%氨基聚醇+0.5%CaO+（1%～2%）天然高分子降濾失劑+（3%～5%）液體潤(rùn)滑劑+（2%～3%）抗高溫抗鹽防塌降濾失劑+（2%～3%）低熒光磺化瀝青+（2%～3%）超細(xì)碳酸鈣+0.5%硅氟穩(wěn)定劑。

鈣處理強(qiáng)抑制鉆井液具有很強(qiáng)的抑制地層造漿能力，東營(yíng)組及以上地層基本上靠CaCl2鹽水進(jìn)行處理，巖屑水化程度低，固相易清除，固液分離前期Ca（OH）2為主處理劑就可滿足分離要求。同時(shí)，該鉆井液還具有較高的抗污染能力，壓出的濾液不需做特殊處理直接在上部井段施工中被消耗掉，濾液對(duì)鉆井液性能的影響相對(duì)較小。全井采用小循環(huán)鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了“減量化”，老井鉆井液重復(fù)利用率100%，固液分離后的廢水重復(fù)利用率為100%。

3 鉆井液不落地技術(shù)

實(shí)現(xiàn)鉆井液不落地的關(guān)鍵是將固液分離后現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)隨鉆處理，利用聚合物和黏土顆粒的絮凝沉淀效應(yīng)，用鉆井液固相快速沉降裝置將井中循環(huán)出來的固相沉降，再輸送至壓濾機(jī)中進(jìn)行離心干燥，然后固化、運(yùn)輸，分離后的濾液回收利用。

3.1 工藝流程

鉆井液不落地技術(shù)工藝流程為：全井采用小循環(huán)，鉆井液經(jīng)振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)四級(jí)分離后，廢鉆井液及巖屑進(jìn)入巖屑收集池，然后泵送到攪拌罐，加入藥品攪拌沉降，最后輸送到板框壓濾機(jī)進(jìn)行固化，濾液進(jìn)行重復(fù)利用，廢棄巖屑固化物用卡車?yán)哌M(jìn)行其他工業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉆井液的不落地循環(huán)處理，消除了廢鉆井液對(duì)環(huán)境的污染隱患。同時(shí)，完井后鉆井液全部回收，儲(chǔ)存到4個(gè)儲(chǔ)備罐中，再添加處理劑后補(bǔ)充到下一口井的循環(huán)鉆井液中，這樣很大程度地減少了下一口井的鉆井液配制量，也減少了鉆井液廢液的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了鉆井液的重復(fù)利用[10-11]。

1）初始方案。鉆井過程中來自鉆井液振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等鉆井液凈化設(shè)備產(chǎn)生的巖屑由巖屑槽排至巖屑池中，使用大功率污泥泵抽調(diào)至攪拌罐中進(jìn)行加藥處理，而后用砂泵泵送至板礦壓力機(jī)中進(jìn)行壓濾處理，產(chǎn)生的濾液抽調(diào)至儲(chǔ)水罐中重復(fù)利用。

該方案在前期幾口井施工過程中暴露出處理量不足，造成鉆機(jī)等待的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①?gòu)膸r屑收集罐使用污泥泵抽送巖屑至攪拌罐，調(diào)運(yùn)速度慢，清運(yùn)難度大，既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)；②注水井固井水泥漿返排至地面后巖屑罐固結(jié)成塊，一方面增加了處理難度，另一方面水泥硬塊極易損壞壓濾機(jī)濾布，造成停工；③巖屑在巖屑罐中處理不及時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間浸泡膨脹后，處理加藥量和壓濾時(shí)間大大增加；④直接在攪拌罐上加入干劑進(jìn)行處理，罐面空間小，人員操作不安全，同時(shí)也浪費(fèi)了藥品。

2）改進(jìn)方案。在白鷺湖井工廠施工2口井后，考慮到初始方案的不足，優(yōu)化配置巖屑不落地設(shè)備，改進(jìn)了工藝流程。一方面，來自振動(dòng)篩的粗顆粒巖屑直接通過液壓柱塞推送機(jī)輸送至巖屑混拌罐及離心處理機(jī)，大顆粒巖屑直接固化處理；而除砂器、除泥器、離心機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的細(xì)顆粒巖屑流質(zhì)通過污泥泵輸送至巖屑攪拌罐進(jìn)行處理，解決了巖屑調(diào)運(yùn)和巖屑罐存放的難題；另一方面，通過井口返砂情況合理調(diào)整處理劑加量和處理時(shí)間，處理劑由過去的直接加入改成藥液加入，壓濾時(shí)間由原先的60 min減少至20 min，最大處理量達(dá)到了9 m3/h，加上地面罐近100 m3的緩沖容量，完全滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工的隨鉆處理需求。再者，巖屑攪拌罐進(jìn)壓濾機(jī)管路在原有的砂泵供料的基礎(chǔ)上，增加立式液壓柱塞供料泵，為壓濾機(jī)上料管路增加了雙路供料保障；改進(jìn)后的巖屑槽設(shè)計(jì)了輔助沖水管線，增加了巖屑的流動(dòng)性，解決了巖屑槽內(nèi)的堆積問題，詳細(xì)流程見圖1。改進(jìn)后形成的粗顆粒巖屑不加藥離心分離固化，細(xì)顆粒脫穩(wěn)壓濾處理的鉆井液不落地處理技術(shù)，很好地保證了后期41口井的順利施工。

圖1 改進(jìn)方案處理流程

3.2 關(guān)鍵設(shè)備

1）四級(jí)固控設(shè)備。目前常用的鉆井液四級(jí)固控設(shè)備包括振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)。該區(qū)塊地層巖性可鉆性好，機(jī)械鉆速快，因此鉆井液處理量大，要求振動(dòng)篩處理能力大、同時(shí)工作可靠，篩布?jí)勖L(zhǎng)，防止發(fā)生鉆井液的跑冒。工作時(shí)，振動(dòng)篩同時(shí)開啟2臺(tái)，留一臺(tái)備用，篩布孔徑在0.125～0.18 mm。鉆進(jìn)過程中，除砂器、除泥器及離心機(jī)都要全程開啟，盡量降低鉆井液中的有害固相含量，為鉆井液的重復(fù)利用打好基礎(chǔ)。每鉆完一口井，都要對(duì)四級(jí)固控設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，保證下口井的順利施工。

2）板框式壓濾機(jī)。該壓濾機(jī)是一種具有高精度和高性能的固液分離裝置，主要由濾板主機(jī)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成，設(shè)備中包含濾餅自動(dòng)脫落裝置、濾餅排出裝置、濾布自動(dòng)洗凈裝置和濾餅排出裝置，采用了高性能的耐腐蝕輕型聚丙烯樹脂作為濾板材料，見圖2。固液分離的基本原理是：液壓系統(tǒng)將濾板壓合后，泵送的混合液流經(jīng)過濾介質(zhì)（濾布），固體停留在濾布上并逐漸堆積形成過濾泥餅，而濾液部分則滲透過濾布，成為不含固體的清液。與其他固液分離設(shè)備相比，壓濾機(jī)過濾后的泥餅含水率更低，分離效果更好。

圖2 板框式壓濾機(jī)

3）臥式液壓柱塞推送機(jī)。臥式液壓推送機(jī)主要由液壓系統(tǒng)，推送缸和回轉(zhuǎn)頭、入料攪拌罐、電控系統(tǒng)和輸送管線組成，能夠完成高固相流質(zhì)的水平輸送，可以滿足巖屑不落地處理現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離巖屑砂漿的輸送。

4）巖屑攪拌罐?，F(xiàn)場(chǎng)使用3個(gè)35 m3的巖屑攪拌罐，罐底的螺旋攪拌器和罐面的大功率攪拌機(jī)能夠防止泥砂沉淀，通過小膠液罐配成的液體藥劑進(jìn)罐與巖屑攪拌處理，很好地滿足了工藝需求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 應(yīng)用過程

白鷺湖井工廠43口井全部采用鉆井液不落地技術(shù)，在保證鉆井順利施工的同時(shí)，滿足了風(fēng)景區(qū)嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求。在前幾口井的施工過程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足及設(shè)備配套不合理，導(dǎo)致出現(xiàn)鉆機(jī)停待的問題，經(jīng)過不斷優(yōu)化改進(jìn)，后期施工順利。鉆井液不落地技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題。①鉆井液體系與地層配伍。在保證安全鉆進(jìn)的前提下，達(dá)到鉆井液的“無害化”及“減量化”。②提高振動(dòng)篩的性能及使用壽命。由于地層的造漿特性，篩布易堵塞，易造成鉆井液的跑冒，污染環(huán)境。③提高鉆井液不落地設(shè)備的處理能力。由于機(jī)械鉆速快，鉆井液處理量大，提高鉆井液不落地設(shè)備的處理能力，避免造成鉆機(jī)停待。④加強(qiáng)關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。條件許可的情況下，關(guān)鍵設(shè)備配套2臺(tái)，避免因設(shè)備問題造成停工。

4.2 應(yīng)用效果

1）滿足環(huán)境保護(hù)要求，減少環(huán)境污染。通過鉆井液不落地技術(shù)，固體廢棄物被壓制成泥餅輸出，分離出的廢水經(jīng)過沉淀、過濾等程序，全部再次進(jìn)入鉆井液循環(huán)系統(tǒng)利用，整個(gè)過程不再使用鉆井液循環(huán)池，實(shí)現(xiàn)了廢鉆井液零排放。

2）鉆井液重復(fù)利用，節(jié)本增效。每口井重復(fù)利用水約800 m3，重復(fù)利用老漿約150 m3，節(jié)省鉆井液藥品費(fèi)用15%以上。同時(shí)老漿能把基漿的中壓濾失量從100降至50 mL，減輕了降低中壓濾失量的難度，減少了降濾失劑和防塌劑的用量。

3）大幅提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期。白鷺湖井工廠共完成了43口井的施工，平均機(jī)械鉆速為43.78 m/h，平均鉆井周期為6.26 d，比設(shè)計(jì)平均縮短15.49 d，縮短比例為71.22%，累計(jì)縮短鉆井周期665.08 d。其中，B37-12-斜4井，井深為2 666 m，鉆井周期4.04 d，創(chuàng)中石化2 500～3 000 m井鉆井周期最短紀(jì)錄。

5 結(jié)論

1.鉆井液不落地技術(shù)有效解決了廢鉆井液污染環(huán)境問題，可以實(shí)現(xiàn)廢鉆井液零排放。

2.通過優(yōu)化鉆井液不落地工藝流程以及配套關(guān)鍵處理設(shè)備，可以滿足勝利油田上部地層快速鉆進(jìn)隨鉆處理廢鉆井液的要求。

3.白鷺湖井工廠應(yīng)用氯化鈣強(qiáng)抑制環(huán)保型鉆井液，提高機(jī)械鉆速的同時(shí)，滿足了環(huán)境保護(hù)要求。

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Application of Drilling Fluid Zero-discharge Technology in Bailu Lake Multi-well Pad

XU Yunlong1, XU Dui2, ZHANG Xiaoming1, XIA Wenan1, LIU Tianke3, SUN Ronghua4
(1.Research Institute of Drilling Technology, Shengli Petroleum Engineering Ltd., Dongying, Shandong257064; 2.No. 2 Bohai Drilling Branch of Shengli Petroleum Engineering Ltd., Dongying, Shandong257064; 3.Huanghe Drilling Branch of Shengli Petroleum Engineering Ltd., Dongying, Shandong257064; 4.Xinchun Production Plant of Shengli Oilfield, Dongying, Shandong257064)

The Bailu Lake multi-well pad is located in a scenic area where environmental protection requirements are tough and solidification of waste drilling fluid for burial is prohibited. Multi-well pad technology was adopted in the drilling of 43 wells in this area to conform to the environmental protection requirements. Difficulties encountered during drilling included fast drilling, large amount of drilling fluid to be treated, reuse of filtered water, too much equipment which occupied large area, tough requirements on drilling fluid for drilling long open section, hydration and swelling of the shallow shales, and instability of the deep borehole wall. A calcium chloride drilling fluid was chosen to drill these wells. The coarse drill cuttings, without treatment by additives, were separated out from liquid phase and solidified. The fine drill cuttings, on the other hand, were filtered under pressure to remove the liquid phase. Since the additives were added in solution form instead of being added directly into the drilling fluid, time required for the separation of the fine cuttings and liquid phase was shortened from 60 min to 20 min, and the maximum treatment rate reached 9 m3/h. Furthermore, the pipeline between the cuttings agitator and the filter was modified, adding a vertical hydraulic piston charging pump to enhance treatment efficiency. An auxiliary water flushing pipeline was installed on cutting trough to avoid the piling of cuttings therein. Drilling practice has shown that in multi-well pad drilling, using drilling fluid zero-discharge technology and environmentally friendly drilling fluid formulation can satisfy the needs of tough environmental protection and reuse of drilling fluid. The rate of penetration can also begreatly improved, effectively reducing drilling cost.

Waste drilling fluid; Multi-well pad; Drilling fluid zero-discharge technology; Environmental protection; Bailu Lake

TE92 TE254.3

A

1001-5620（2016）06-0063-05

2016-9-9；HGF=1605F6；編輯 付玥穎）

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.06.011

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜斷塊油田提高采收率技術(shù)”（2016ZX05011002）部分研究成果。

徐云龍，1975年生，高級(jí)工程師，碩士研究生，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)在主要從事鉆井工藝研究和技術(shù)推廣工作。電話（0546）6383561；E-mail：xuyunlong.slyt@sinopec.com。