“骨架”嫁接在废弃钻井液微细分散相压滤中的应用

骆胜伟 韩成福 向湘怀 刘朝峰 张红新 胡延霞

中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司 西安 710000

在石油钻井过程中，无可避免的产生大量废弃钻井液，废弃钻井液成分复杂，其中微细分散相含量高，微细分散相的主要来源：一是配制钻井液所需的固相，如膨润土、石墨、石灰石、重晶石等；二是钻进过程中，地层造浆和钻屑研磨产生的泥质，分散在钻井液中，固控设备难以清除的部分；微细分散相由于成胶因素，融合在钻井液中。目前，以压滤为主的固液分离工艺，对微细分散相的分离效率低、成本高、分离出的固相含水率高，制约了现场废弃钻井液的无害化处理。

1 压滤原理及存在问题

1.1 压滤工艺流程

目前钻井现场泥浆不落地流行的压滤工艺流程是以固控设备和压滤机为核心的固液分离工艺，具体为：由井口返出的固液混合物首先经过井队固控设备进行粗分离，分离出来的废弃物进入收集搅拌装置；废弃物全部搅拌均匀后，调入破胶罐中，加入破胶剂，使其破胶失稳；待充分破胶后，压滤机供浆泵将混合物泵入压滤机中，进行压滤作业，分离成滤饼与压滤液；滤饼进入收集罐进一步晾干，由挖掘机配合翻斗车转运至固废治理环保站。压滤液则进入液废收集罐，由泵抽入罐车转运至废液治理环保站。

图1 压滤工艺流程示意

1.2 存在问题

从工艺流程可以看出，压滤主要是针对一定粒径的粗颗粒（钻屑、泥质等）实施，压滤出的滤饼含水率低于30%，符合固废治理单位的接收标准，压滤液密度一般低于1.05g/cm3，符合液废治理单位的接收标准；压滤机处理量可以满足现场随钻处理的要求。但现场仍然存在含有较大量的微细分散相的钻井液废弃物，受压滤机滤布透气量限制，微细分散相的钻井液废弃物压滤存在诸多问题：一是要加入更多的破胶剂破胶，压滤出的滤液井队无法回用；二是滤布堵塞严重、难以清洗，压滤耗时长；三是滤饼含水量高，脱板难，需更长时间进一步晾干。因此，针对微细分散相的固液分离，技术难度大、处理时间长、成本高。

2 分析与对策

表2 破胶剂减量实验

针对微细分散相钻井液废弃物压滤存在的问题，通过查阅资料和调研设备制造商，分析压滤难问题的主要症结在于微细固相破胶后，压滤时与滤布接触，微细固相成分进入滤布透气孔，形成堵塞，造成压滤困难，因此无法有效压滤。增大滤布孔隙或增大固相粒径成为解决的两个方向。若增大滤布孔隙，则微细固相成分可通过滤布进入滤液，造成滤液不达标；因此从增大固相粒径这一方向，探索通过嫁接“骨架”粒子，在滤布上形成“骨架”层，在微细固相与滤布之间形成一层屏障，从而实现正常压滤。在钻井现场，最为有利的条件就是钻进过程中产生的钻屑，可作为嫁接用的“骨架”粒子。

3 实验部分

3.1 “骨架”粒子加量实验

选取钻井现场直径0.5～5mm钻屑作为“骨架”粒子，按体积比3%～30%加入“骨架”粒子，从压滤时间、滤饼含水率、滤布堵塞情况、压滤液是否达标四个方面评价。

表1：“骨架”粒子加量实验

从实验情况看，“骨架”粒子加量越大，对微细固相的压滤效果越好，当“骨架”粒子加量达到15%以上时，滤布基本无堵塞，压滤时间合理，滤饼含水量合格，压滤液合格，。

3.2 破胶剂减量实验

一般为确保压滤效果，破胶剂加量1%～2%（质量体积百分数），压滤液中高价离子含量高，基本无法回用，实验通过嫁接“骨架”粒子，降低破胶剂加量，达到同样压滤效果。

从实验情况看，加入“骨架”粒子后，降低破胶剂使用量可以达到同等甚至更优的压滤效果，在“骨架”粒子加量达到15%～20%时，破胶剂减可量1/2～2/3，达到合格压滤标准。

3.3 压滤液回用实验

钻井生产中，一开钻井液的要求最低，配制最为简单，压滤液回用首先考虑一开钻进，选取破胶剂加入量0.5%的压滤液进行实验，实验结果如下：

表3 压滤液回用实验

从实验情况看，直接使用压滤液配制一开钻井液，性能难以达标，而加入50%生产水稀释后，增加处理剂加入量后，性能指标能够达到标准，可以满足一开钻井需求，实现了压滤液的有条件回用。

4 现场应用及效果

4.1 现场应用

白465-07井组，布井4口，井深1800～1900米，每口井完井液200～240方，重复使用80-120方，需压滤120方含微细分散相的废弃钻井液。按照嫁接“骨架”粒子压滤方案，二开钻进时，在铁簸箕中收集储存钻屑20方作为“骨架”粒子，完井后，在破胶罐中按比例加入：0.5%破胶剂+（15%～20%）“骨架”粒子（钻屑）+（80%～85%）废液（微细分散相），压滤率后各项指标合格。

页岩油华H77井组，布井3口，井深4200～4300米，每口井完井液约300方，重复使用150方，需压滤150方含微细分散相的废弃钻井液。按照嫁接“骨架”粒子压滤方案，二开钻进时，在铁簸箕中收集储存钻屑30方作为“骨架”粒子，完井后，在破胶罐中按比例加入：0.5%破胶剂+20%“骨架”粒子（钻屑）+80%废液（微细分散相），压滤率后各项指标合格。

4.2 应用效果

4.2.1 压滤效率提高

通过现场应用情况对比，与未加骨架粒子对比，嫁接15%～20%“骨架”粒子（钻屑）后，微细分散相钻井液废液平均单板压滤时间缩短20%～25%，压滤效率显著提高。

图2 白465-07-01井单板压滤时间对比图

4.2.2 滤饼含水率降低

通过现场压滤情况对比，与未加骨架粒子对比，嫁接20%“骨架”粒子（钻屑）后，微细分散相钻井液废液压滤的滤饼含水率由45%降低至30%左右，达到了固废治理环保站回收标准。

4.2.3 破胶剂减量，滤液回用

通过现场压滤情况对比，与未加骨架粒子对比，嫁接20%“骨架”粒子（钻屑）后，破胶剂使用量降低2/3，压滤液全部回用，按1∶1混入生产水配制一开钻井液，回用率达到100%。

图3 华H77-1井破胶剂用量对比

图4 华H77-1井压滤液回用率对比

5 结论及建议

（1）通过嫁接“骨架”粒子，可以实现微细分散相钻井液废液的快速压滤，使用现场钻屑作为“骨架”粒子，不会增加总的压滤处理量。

（2）加入15%～20%“骨架”粒子，压滤滤饼含水率低，滤液合格。

（3）采用嫁接“骨架”粒子压滤工艺，可以大幅降低破胶剂的使用量，实现压滤液的有条件回用，降低废液排放和节省水资源。