钻井液不落地技术在大牛地气田的应用

邓红琳，赵文彬，袁立鹤

（中国石化华北分公司工程技术研究院，河南 郑州450006）

废弃钻井液是一种多相稳定胶态悬浮体系，主要成分包括烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、重晶石中的杂质和沥青等改性物，无论在井场堆放或掩埋，还是流入农田、河流、海洋或渗入地层，都会严重污染环境。目前，在部分油田只是进行废弃钻井液的常规固化处理，还没有普遍开展随钻废弃钻井液不落地的处理工作，对环境造成的污染不容小觑。

大牛地气田“十二五”期间计划部署水平井723口，新建天然气产能66.5×108m3，天然气产量达214×108m3。2012年，按会战要求大牛地气田实现了年产天然气30×108m3，完钻水平井119 口，平均完钻井深3 992.21 m，平均水平段长1 131.13 m，是国内第1 个实现水平井规模开发的低渗气田。在实现可观经济效益的同时，钻井液处理技术措施落后，废弃钻井液及岩屑的多种化学成分对环境的影响巨大。为解决这一难题，通过借鉴国内外钻井液处理的成功经验［1-6］，从自身实际出发，本着“降本减排”的原则，形成了适合大牛地气田特色的钻井液不落地技术。

1 钻井液对环境的危害

1.1 钻井液成分

大牛地气田主要使用钾铵基聚合物钻井液体系，其基本配方为：（3.0%～6.0%）配浆土+（0.3%～0.5%）聚丙烯酸钾+（0.5%～1.5%）聚丙烯晴铵盐+（0.5%～1.5%）有机硅醇抑制剂+（2.0%～3.0%）乳化石蜡+（0.1%～0.5%）阳离子乳液聚合物+（0.5%～1.0%）羧甲基纤维素钠。该体系固相含量低，亚微米粒子比例也低，具有良好的流变性，主要表现为较强的剪切稀释性和适宜的流型，稳定井壁能力强。采用该体系，钻井速度高，井径规则，可以防止井漏，对油气层的损害小，有利于发现和保护产层，成本较低。但其中所含的聚合物高分子较多，且含有多种微量的重金属［7-11］，对环境污染严重，同时废弃钻井液和岩屑中的石油成分可导致动植物死亡［12-14］。

1.2 钻井液排放量

大牛地气田水平井钻井液化学处理剂的平均用量为200 t/井，配制钻井液为1 000 m3/井，废弃钻井液为1 500 m3/井。“十二五”期间大牛地气田部署安排钻井产生的废弃钻井液量如表1所示。

表1 大牛地气田部署安排钻井废弃钻井液量

由表1可以看出，大牛地气田“十二五”计划消耗化学药剂14.46×104t，产生废弃钻井液108.45×104m3。因此，选用科学合理的方法回收利用钻井液，减少废弃物的排放至关重要。

2 钻井液不落地技术

2.1 原理

钻井液不落地技术采用可拆卸储液池代替传统泥浆池，按照现有钻井过程中液相及固相的落地点，分别采取相应的技术和设备，做到点对点式的收集、储存，实现液相和固相的不落地。对收集的废弃钻井液，利用高效的固液分离技术及电化学技术去除原液中的有害固相成分，并选用适当处理剂对其性能进行有效维护并形成再生钻井液，实现钻井液、岩屑等的不落地处理和废弃钻井液的重复利用，随钻收集、外运落地点的钻井液及分离出的固相。工艺流程如图1所示。

基本原理为：1）针对钻井液这一稳定复杂的胶体体系，通过专用电极和脉冲电源使废弃钻井液失稳，以利于去除其中的劣质固相；2）由于废弃钻井液中黏土矿物的表面带有电荷，利用电化学电吸附的原理，使其运移聚集到电极表面沉积并去除；3）将废弃钻井液中已包被固相颗粒的大分子聚合物电解，使之氧化断链后黏度降低，易去除；4）废弃钻井液中有效成分加重剂的颗粒表面不带电，更易于保留在体系内重复利用。

图1 钻井液不落地技术工艺流程

2.2 设备构成

不落地收集系统由钻屑冲洗、钻屑输送、废钻井液收集、钻井液输送等设备组成（见图2）。系统每天处理钻井液的能力达100～150 m3，可以收集钻井设备排出的钻屑、泥砂、废钻井液、完井液等钻井废弃物，具备自动接收、输送、液位控制等功能。

图2 钻井液不落地技术设备布置示意

设备构成主要包括：

1）可拆卸储液池，由钢架支撑和高强度塑料膜组成，辅以加热管线和雨棚等设施，具有结构简单、容积可调、防渗防污、随时拆卸、就地安装、简单易行、运输方便等特点，且不破坏耕地，易于复耕，建设周期短。

2）岩屑收集传输系统，用于收集从振动筛、除砂器、除泥器、分离机等设备中分离出的岩屑，并通过传送装置进入岩屑储存槽中，防止岩屑落地污染环境，主要包括岩屑收集装置、螺旋传输机、岩屑收集槽等。岩屑收集装置主要收集从振动筛、除砂器、除泥器、分离机等设备中分离出的各类岩屑； 岩屑储集槽收集暂存岩屑；螺旋传输机传送收集到的岩屑至外运车辆。

3）撬装钻井液净化处理系统，主要由电化学处理装置、真空固液分离装置、高频振动筛等组成一个撬，对除去岩屑的钻井液进行电化学处理并分离各类劣质固相物，深度净化和再生废弃钻井液。电化学处理装置主要对钻井液电化学处理； 高频振动筛分离钻井液中的劣质固相； 真空固液分离装置分离更细小的固相颗粒；螺旋传输机传送分离出的残渣至车载储存槽。

4）钻井液集中维护系统，主要由搅拌储存罐群、加药装置、搅拌装置、泵送装置等组成，以储存可重复使用的钻井液，并持续维护，保持其性能稳定。

5）100 kW 柴油发电机，为废弃钻井液的处理提供动力。

2.3 技术优势

1）钻前减少了挖泥浆池的工作量，钻后省略了处理废弃钻井液及回填泥浆池的工作量；不需挖泥浆池，不需再在泥浆池中铺设防渗布，不会因为渗漏造成污染，解决了泥浆池占地后造成二次污染和难以复耕的问题。

2）设备采用模块化、撬装式设计，拆装移动方便，可随井队移动，适应了钻井作业的分散性与流动性。

3）实现了井场钻井液及分离固相的不落地处理和废弃钻井液的循环利用。

4）回收液体可按要求实现钻井液回收利用，转至下一口井，如不需要可达到国家二级水排放标准，对环境无污染。岩屑洗掉表面活化成分，可满足建筑要求，用于建桥铺路。

3 现场应用情况

DP90S 井于2013年6月26日16：00 一开钻进。在钻进过程中，本着物理处理为主的原则，不添加化学药剂，不改变钻井液的化学成分，充分利用井队设备，简化处理流程，减少处理设备，实施现场如图3所示。

图3 DP90S 井实施现场

钻进过程中，振动筛筛出的岩屑由传送带送至岩屑回收罐，传送带有孔洞，高频振动可使岩屑的液相成分漏出，流至液相回收沟回收到液相回收池，共回收岩屑400 m3左右。废弃钻井液通过储存池沉淀，上部的水经过电化学处理，进入1#配浆池，用于配浆。

该井完钻后集中处理废弃钻井液超过800 m3，运至下一口井重复利用。夏天为防止钻井液变质，储备钻井液加入0.05%的防腐剂和稳定剂，没有影响钻井液的化学成分及性能。

4 结束语

该技术实现了工艺技术与设备的有机结合，真正做到废钻井液不落地随钻处理，可以使钻井队不必挖泥浆池，节约了资源，降低了成本，解决了废钻井液不能进行环保处理的行业性难题，为处理废弃钻井液提供了新思路。

［1］Gilbert Y，Nordone A，Downs J，et al.REACH and the HSE case for formate brines［R］.SPE 11222，2007.

［2］Alotaibi M B，Nasr-El-Din H A，Hill A D.Use of ester as a precursor to clean formate drill-in fluid damage in horizontal wells［J］.SPE Drilling&Completion，2009，24（3）：404-412.

［3］Patel A，Stamatakis S，Young S，et al.Advances in inhibitive waterbased drilling fluids：Can they replace oil-based muds? ［R］.SPE 106476，2007.

［4］汤超，邓皓，王蓉沙，等.废弃钻井液处理技术［J］.石油化工腐蚀与防护，2010，27（2）：21-24.

［5］王眉山，郑毅.中国废弃钻井液处理技术发展趋势［J］.钻井液与完井液，2009，26（6）：77-79.

［6］乔东宇，张兴国，王云，等.新疆油田废弃钻井液固化处理技术［J］.新疆石油天然气，2011，7（4）：82-85.

［7］蒋官澄，张志行，张弘.KCl 聚合物钻井液防水锁性能优化研究［J］.石油钻探技术，2013，41（4）：59-63.

［8］罗远儒，陈勉，金衍，等.强抑制性硅磺聚合物钻井液体系研究［J］.断块油气田，2012，19（4）：537-540.

［9］王立锋，王杰东，冯纪成，等.塔河油田超深定向井KCl 阳离子乳液聚磺钻井液技术［J］.石油钻探技术，2012，40（3）：73-77.

［10］张瑜，张国，徐江，等.新型聚胺钻井液在都护4 井泥岩段的应用［J］.石油钻探技术，2012，40（6）：33-37.

［11］王怡迪，丁磊，张艳军，等.改性聚糖类钻井液防塌润滑剂的合成与评价［J］.断块油气田，2013，20（1）：108-110.

［12］马文英，刘彬，卢国林，等.抗温180 ℃水包油钻井液研究及应用［J］.断块油气田，2013，20（2）：228-231.

［13］王中华.国内外油基钻井液研究与应用进展［J］.断块油气田，2011，18（4）：533-537.

［14］王学川，胡艳鑫，郑书杰，等.国内外废弃钻井液处理技术研究现状［J］.陕西科技大学学报：自然科学版，2010，28（6）：169-174.