鉆井液不落地技術(shù)在大牛地氣田的應(yīng)用

鄧紅琳，趙文彬，袁立鶴

（中國石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南 鄭州450006）

廢棄鉆井液是一種多相穩(wěn)定膠態(tài)懸浮體系，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)和瀝青等改性物，無論在井場堆放或掩埋，還是流入農(nóng)田、河流、海洋或滲入地層，都會嚴(yán)重污染環(huán)境。目前，在部分油田只是進行廢棄鉆井液的常規(guī)固化處理，還沒有普遍開展隨鉆廢棄鉆井液不落地的處理工作，對環(huán)境造成的污染不容小覷。

大牛地氣田“十二五”期間計劃部署水平井723口，新建天然氣產(chǎn)能66.5×108m3，天然氣產(chǎn)量達214×108m3。2012年，按會戰(zhàn)要求大牛地氣田實現(xiàn)了年產(chǎn)天然氣30×108m3，完鉆水平井119 口，平均完鉆井深3 992.21 m，平均水平段長1 131.13 m，是國內(nèi)第1 個實現(xiàn)水平井規(guī)模開發(fā)的低滲氣田。在實現(xiàn)可觀經(jīng)濟效益的同時，鉆井液處理技術(shù)措施落后，廢棄鉆井液及巖屑的多種化學(xué)成分對環(huán)境的影響巨大。為解決這一難題，通過借鑒國內(nèi)外鉆井液處理的成功經(jīng)驗［1-6］，從自身實際出發(fā)，本著“降本減排”的原則，形成了適合大牛地氣田特色的鉆井液不落地技術(shù)。

1 鉆井液對環(huán)境的危害

1.1 鉆井液成分

大牛地氣田主要使用鉀銨基聚合物鉆井液體系，其基本配方為：（3.0%～6.0%）配漿土+（0.3%～0.5%）聚丙烯酸鉀+（0.5%～1.5%）聚丙烯晴銨鹽+（0.5%～1.5%）有機硅醇抑制劑+（2.0%～3.0%）乳化石蠟+（0.1%～0.5%）陽離子乳液聚合物+（0.5%～1.0%）羧甲基纖維素鈉。該體系固相含量低，亞微米粒子比例也低，具有良好的流變性，主要表現(xiàn)為較強的剪切稀釋性和適宜的流型，穩(wěn)定井壁能力強。采用該體系，鉆井速度高，井徑規(guī)則，可以防止井漏，對油氣層的損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護產(chǎn)層，成本較低。但其中所含的聚合物高分子較多，且含有多種微量的重金屬［7-11］，對環(huán)境污染嚴(yán)重，同時廢棄鉆井液和巖屑中的石油成分可導(dǎo)致動植物死亡［12-14］。

1.2 鉆井液排放量

大牛地氣田水平井鉆井液化學(xué)處理劑的平均用量為200 t/井，配制鉆井液為1 000 m3/井，廢棄鉆井液為1 500 m3/井?！笆濉逼陂g大牛地氣田部署安排鉆井產(chǎn)生的廢棄鉆井液量如表1所示。

表1 大牛地氣田部署安排鉆井廢棄鉆井液量

由表1可以看出，大牛地氣田“十二五”計劃消耗化學(xué)藥劑14.46×104t，產(chǎn)生廢棄鉆井液108.45×104m3。因此，選用科學(xué)合理的方法回收利用鉆井液，減少廢棄物的排放至關(guān)重要。

2 鉆井液不落地技術(shù)

2.1 原理

鉆井液不落地技術(shù)采用可拆卸儲液池代替?zhèn)鹘y(tǒng)泥漿池，按照現(xiàn)有鉆井過程中液相及固相的落地點，分別采取相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備，做到點對點式的收集、儲存，實現(xiàn)液相和固相的不落地。對收集的廢棄鉆井液，利用高效的固液分離技術(shù)及電化學(xué)技術(shù)去除原液中的有害固相成分，并選用適當(dāng)處理劑對其性能進行有效維護并形成再生鉆井液，實現(xiàn)鉆井液、巖屑等的不落地處理和廢棄鉆井液的重復(fù)利用，隨鉆收集、外運落地點的鉆井液及分離出的固相。工藝流程如圖1所示。

基本原理為：1）針對鉆井液這一穩(wěn)定復(fù)雜的膠體體系，通過專用電極和脈沖電源使廢棄鉆井液失穩(wěn)，以利于去除其中的劣質(zhì)固相；2）由于廢棄鉆井液中黏土礦物的表面帶有電荷，利用電化學(xué)電吸附的原理，使其運移聚集到電極表面沉積并去除；3）將廢棄鉆井液中已包被固相顆粒的大分子聚合物電解，使之氧化斷鏈后黏度降低，易去除；4）廢棄鉆井液中有效成分加重劑的顆粒表面不帶電，更易于保留在體系內(nèi)重復(fù)利用。

圖1 鉆井液不落地技術(shù)工藝流程

2.2 設(shè)備構(gòu)成

不落地收集系統(tǒng)由鉆屑沖洗、鉆屑輸送、廢鉆井液收集、鉆井液輸送等設(shè)備組成（見圖2）。系統(tǒng)每天處理鉆井液的能力達100～150 m3，可以收集鉆井設(shè)備排出的鉆屑、泥砂、廢鉆井液、完井液等鉆井廢棄物，具備自動接收、輸送、液位控制等功能。

圖2 鉆井液不落地技術(shù)設(shè)備布置示意

設(shè)備構(gòu)成主要包括：

1）可拆卸儲液池，由鋼架支撐和高強度塑料膜組成，輔以加熱管線和雨棚等設(shè)施，具有結(jié)構(gòu)簡單、容積可調(diào)、防滲防污、隨時拆卸、就地安裝、簡單易行、運輸方便等特點，且不破壞耕地，易于復(fù)耕，建設(shè)周期短。

2）巖屑收集傳輸系統(tǒng)，用于收集從振動篩、除砂器、除泥器、分離機等設(shè)備中分離出的巖屑，并通過傳送裝置進入巖屑儲存槽中，防止巖屑落地污染環(huán)境，主要包括巖屑收集裝置、螺旋傳輸機、巖屑收集槽等。巖屑收集裝置主要收集從振動篩、除砂器、除泥器、分離機等設(shè)備中分離出的各類巖屑； 巖屑儲集槽收集暫存巖屑；螺旋傳輸機傳送收集到的巖屑至外運車輛。

3）撬裝鉆井液凈化處理系統(tǒng)，主要由電化學(xué)處理裝置、真空固液分離裝置、高頻振動篩等組成一個撬，對除去巖屑的鉆井液進行電化學(xué)處理并分離各類劣質(zhì)固相物，深度凈化和再生廢棄鉆井液。電化學(xué)處理裝置主要對鉆井液電化學(xué)處理； 高頻振動篩分離鉆井液中的劣質(zhì)固相； 真空固液分離裝置分離更細(xì)小的固相顆粒；螺旋傳輸機傳送分離出的殘渣至車載儲存槽。

4）鉆井液集中維護系統(tǒng)，主要由攪拌儲存罐群、加藥裝置、攪拌裝置、泵送裝置等組成，以儲存可重復(fù)使用的鉆井液，并持續(xù)維護，保持其性能穩(wěn)定。

5）100 kW 柴油發(fā)電機，為廢棄鉆井液的處理提供動力。

2.3 技術(shù)優(yōu)勢

1）鉆前減少了挖泥漿池的工作量，鉆后省略了處理廢棄鉆井液及回填泥漿池的工作量；不需挖泥漿池，不需再在泥漿池中鋪設(shè)防滲布，不會因為滲漏造成污染，解決了泥漿池占地后造成二次污染和難以復(fù)耕的問題。

2）設(shè)備采用模塊化、撬裝式設(shè)計，拆裝移動方便，可隨井隊移動，適應(yīng)了鉆井作業(yè)的分散性與流動性。

3）實現(xiàn)了井場鉆井液及分離固相的不落地處理和廢棄鉆井液的循環(huán)利用。

4）回收液體可按要求實現(xiàn)鉆井液回收利用，轉(zhuǎn)至下一口井，如不需要可達到國家二級水排放標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境無污染。巖屑洗掉表面活化成分，可滿足建筑要求，用于建橋鋪路。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

DP90S 井于2013年6月26日16：00 一開鉆進。在鉆進過程中，本著物理處理為主的原則，不添加化學(xué)藥劑，不改變鉆井液的化學(xué)成分，充分利用井隊設(shè)備，簡化處理流程，減少處理設(shè)備，實施現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 DP90S 井實施現(xiàn)場

鉆進過程中，振動篩篩出的巖屑由傳送帶送至巖屑回收罐，傳送帶有孔洞，高頻振動可使巖屑的液相成分漏出，流至液相回收溝回收到液相回收池，共回收巖屑400 m3左右。廢棄鉆井液通過儲存池沉淀，上部的水經(jīng)過電化學(xué)處理，進入1#配漿池，用于配漿。

該井完鉆后集中處理廢棄鉆井液超過800 m3，運至下一口井重復(fù)利用。夏天為防止鉆井液變質(zhì)，儲備鉆井液加入0.05%的防腐劑和穩(wěn)定劑，沒有影響鉆井液的化學(xué)成分及性能。

4 結(jié)束語

該技術(shù)實現(xiàn)了工藝技術(shù)與設(shè)備的有機結(jié)合，真正做到廢鉆井液不落地隨鉆處理，可以使鉆井隊不必挖泥漿池，節(jié)約了資源，降低了成本，解決了廢鉆井液不能進行環(huán)保處理的行業(yè)性難題，為處理廢棄鉆井液提供了新思路。

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