高密度钻井液加重剂再利用的几点思考

・技术应用・
收稿日期:2009205211
基金项目:四川省教育厅重点科研项目“高密度钻井液加重材料回收利用自适应控制研究”(07ZA141);省部共建“石油天
然气装备”教育部重点试验室项目(2006STS02)
作者简介:李　俊(19812),男,江西南昌人,硕士,2008年毕业于西南石油大学机械电子工程专业,主要研究方向为仪表
控制系统设计,E 2mail :lijun @ 。

文章编号:100123482(2009)1120057204
高密度钻井液加重剂再利用的几点思考
李　俊1,吴朝晖1,倪学莉1,张晓东2
(1.海洋石油工程股份有限公司,天津300451;2.西南石油大学机电工程学院,成都610500)
摘要:随着深井、超深井钻井技术的发展,高密度钻井液加重剂的回收再利用日益受到重视。

介绍了废钻井液组成、国内外对废钻井液的处理方法及存在的缺陷。

提出了处理钻井液中加重剂的新
方法及相应工作模型。

结合现场试验数据,指出合理使用好新方法需解决的关键问题:①确定出不同地层、不同岩性、不同机械钻速下回收加重剂的动态粒度点;②确定出在“实时”模式下回收加重剂和钻井液粘度的上限值。

指出解决关键问题的方法及现实意义。

关键词:废钻井液;加重剂;动态点;离心机;实时中图分类号:TE921.5 文献标识码:A
Several Thoughts about R eclaiming H eaver Loader in the Drilling Fluid of High Density
L I J un 1,WU Zhao 2hui 1,N I Xue 2li 1,ZHAN G Xiao 2dong 2
(1.O f f shore Oil Engineering Co.,L t d.,Tianj in 300451,China;2.College of Mechanical and Elect ronic
Engineering ,S outhwest Pet roleum Universit y ,Cheng du 610500,China )
Abstract :Wit h t he develop ment of deep well and ult ra deep well technology ,t he reclaiming of heavy loader of high 2density drilling fluid is gradually emp hasized.According to t he component s of t he waste drilling fluid ,t he ways of dealing wit h waste drilling fluid and t he existing flaws at home and abroad ,a new met hod of dealing wit h t he waste drilling fluid and corresponding work model was p ropo sed.In terms of t he interrelated data of scene experiment s ,it indicates t he cruci 2al p roblem which needs to be resolved for making use of t he new met hod reasonably.The crucial problem includes two aspect s :one is to determine t he dynamic point s of reclaiming heavy loader under different strat ums ,rocks and drilling rates ;t he ot her is to determine t he maximum viscosi 2ty of drilling fluid on reclaiming heavy loader under t he work model of real 2time.It is indicated t hat t he way to resolve t he crucial p roblem.Finally ,it is clearly stated t hat it will be realistic meaning after figuring out t he crucial problem.
K ey w ords :waste drilling fluid ;heavy loader ;dynamic point ;centrif uge ;real 2time
随着深井、超深井钻井技术的发展,钻井液的回收再利用日益受到重视。

治理与回收利用钻井液也
是油气田环境保护的主要研究课题之一。

钻井液的回收再利用主要体现在对钻井液中加重剂的回收再
　2009年第38卷 石油矿场机械　第11期第57页 OI L FIE LD EQUIPMENT 2009,38(11):57～60　
利用,因为在加重钻井液中,加重剂费用大约占钻井液总费用的50%[1]。

如何利用现有条件,寻找一条既适用又经济的加重剂回收方案,回收再利用加重剂,节约资源,更有效地解决环境污染问题,是深井、超深井钻井技术发展中需要解决的紧迫任务之一。

1　废钻井液的组成及国内外的处理方法和缺陷
1.1　废钻井液的组成[2]
a)　液相　可以是淡水或海水,或者是某些类型的油品。

b)　固相　通常为粘土,有时为了增加体系的密度,常使用重晶石(加重剂);为改变泥浆流变性和滤失性,常使用微晶高岭土。

c)　处理剂　用来调整泥浆性能,常用的有各种有机或无机化学处理剂,如稀释剂、增粘剂、絮凝剂、抑制剂、降滤水剂、润滑剂、加重剂、高温稳定剂、解卡剂和堵漏剂等,多达120多种。

d)　污染物　钻井岩屑及地层中的各种盐类等。

1.2　钻井液中加重剂存在的原因及回收的必要性
在深井、超深井的钻井过程中,由于井下油气层压力极高,若在钻井过程中仍然使用一般井深钻井过程所使用的钻井液密度,很难平衡井底油气层的高压力,易发生井喷等事故。

为了解决以上问题,就必须提高钻井液密度以提高钻井液柱的压力,从而平衡井底油气层压力,防止井喷,主要方法是在钻井液中加入加重剂。

加重剂作为废钻井液的重要组成部分,分离、回收、再利用显得尤为重要。

1.3　国内外对废钻井液的处理方法及缺陷
根据回收再利用和排放情况的不同,国内外对废钻井液的处理有许多方法,例如,机械脱水法、焚烧法、喷雾干燥法、回收循环利用、M TC技术、安全土地掩埋法、土地耕作法、脱稳干化场处理法、注入安全地层或环形空间法、微生物法、化学强化固液分离技术以及固化法等[3～4]。

这些处理方法存在一些缺陷。

a)　回填处理法主要适用于废淡水钻井液及其钻屑的处理,对毒性较大的废钻井液不宜采用。

b)　挤压处理法主要适用于毒性较大而难于处理的废钻井液的处理,其缺点是处理成本较高。

c)　垦植处理法主要适用于淡水钻井液和部分易被生物降解的油基钻井液的处理。

d)　固化处理法主要采用固化剂,而固化剂分为有机固化剂和无机固化剂,其中,有机固化剂缺点是处理费用较高,废物中的某些成分可能会导致固化剂降解。

无机固化剂缺点是需在特定条件下使用,适用范围较窄,固化剂用量很大,使处理后物料的体积增加很多。

这些典型方法均受到使用范围的限制,而且共同特点都是“事后”处理,加重剂包含在废钻井液中,并未在钻井过程中对加重剂进行分离、回收再用,这就造成了效率不高、成本增加、环境污染等问题。

2　高密度钻井液中加重剂回收的新方法及工作流程
2.1　加重剂回收新方法的提出及系统配置[5～9]
针对以前“事后”处理方法的缺陷,加重剂包含在废钻井液中,而且占据着钻井液费用的很大一部分,因此,提出“实时”分离高密度加重剂、回收再利用,即“实时”处理方法,系统配置如图1。

该工艺可减少加重剂用量,节约加重剂的费用。

同时,更有效地解决了环境污染问题,具有显著的经济效益和社会效益。

图1　离心机用于回收加重剂的系统配置
该系统配置以“加重剂回收模式”运转时,通过加重剂的粒度分布与有害固相的粒度分布研究,建立数学模型,得出合理的加重剂回收率。

采取细目振动筛+可调速离心机+高速离心机的组合方式,在细目振动筛后,通过控制阀门与流量计相互配合确定流入第1台离心机的流量,然后通过变频器调整第1台离心机主、辅电动机的转速,第1台离心机底流首先把加重剂分离出来,回收到中储罐内,第1台离心机的溢流进入高速离心机,有害固相从底流清除,溢流进入中储罐,在中储罐内搅拌后流入钻井液中。

2.2　加重剂回收系统的工艺流程
针对上面的系统配置设计出加重剂的回收工艺流程。

当经过振动筛、水力旋流器分离后的钻井液流入1号罐,通过泵将钻井液泵入第1台离心机,途中经流量计检测,将检测值送入控制系统,然后接收
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・石油矿场机械 2009年11月　
信号后发出反馈信号,由阀门控制进入回收系统的钻井液流量。

通过2台防爆变频器控制主辅电机的转速,根据已经建立的数学模型确定出回收加重剂的量。

第1台离心机分离出的液体分为底流与溢流,其中底流进入中储罐,溢流泵入高速离心机处理。

中储罐用来:①接收第1台离心机的底流口的液体,用来回收加重剂;②接收高速离心机的溢流口的液体(含有胶体);③接收部分低密度原浆。

三者通过搅拌器搅拌均匀流入钻井液中。

其中,第1台离心机的溢流口的液体(包含有害固相与胶体等)进入2号罐,通过泵打入高速离心机中,回收溢流与清除有害固相。

加重剂的密度很高(重晶石密度为412～415 g/cm3),大多为粘稠状,因此将高速离心机的溢流口用来冲刷加重剂的流出口,方便其进入中储罐。

3　“实时”回收加重剂时需解决的关键问题
a)　确定出钻井液中分离、回收加重剂的动态粒度点。

针对不同地层、不同岩性、不同机械钻速,有害固相的粒度分布是不一样的,结合加重剂的粒度分布,进入离心机运转时确定的分离、回收加重剂的粒度点是一个动态的点。

要确定这个动态的粒度点,必须在4个方面做出突破性研究:①不同地层、不同岩性、不同机械钻速下有害固相的粒度分布规律研究;②经过振动筛、除砂器、除泥器或清洁器等固控设备处理后,钻井液固相含量及其粒度分布规律研究;③高密度加重剂的粒度分布规律研究;④有害固相与加重剂粒度分布数学模型研究,求出动态分离粒度点。

b)　“实时”模式正常实施应用,是有条件限制的,高密度钻井液密度、粘度达到某一极限值时,离心机的分离运行模式必然达不到分离回收加重剂的效果。

通过现场试验,发现随钻井液粘度增大,处理量减小,如表1。

因此,要让此工作模式具有现实意义,必须确定出“实时”回收加重剂时钻井液的密度、粘度的上限值,即当粘度处于上限之下,可在“实时”工作模式下工作分离加重剂,超限时应该采取降粘等措施,处理过后将加重剂分离、回收再利用。

确定出使用此工作模式回收加重剂的使用范围,具有实际操作价值。

必须对下面几点做出深入的研究:①钻井液固相颗粒在钻井液中的自由沉降分析;②钻井液固相颗粒在离心力场中的干涉沉降分析;③实现钻井液中固相分离的最小分离因数分析;④分离因数与离心机分离中点的关系分析;⑤离心力场钻井液流动速度分析;⑥钻井液固相颗粒在离心力场中运动速度的分析;⑦当钻井液密度、粘度过高时采取什么方式处理后,使其能够在“实时”工作模式下找到合适动态粒度点,通过控制系统将加重剂分离、回收再利用。

表1　LW450离心机工作转速与钻井液粘度的关系
处理量
/(m3・h-1)
粘度
/s
转速
/(r・min-1)
401359.13
Q=3451422.31
501497.54
571303.89
Q=2591337.16
601348.06
641390.84
Q=2701452.64
751502.21
781326.04 Q=1.5801342.50
851382.80
901429.67 Q=1.5951460.07
1001509.06
注:转鼓直径 450mm;转鼓长度842mm;重晶石密度412 kg/cm3;分离粒度20μm
4　结语
1)　为更好地摆脱“事后”处理废弃的加重剂,提出了“实时”回收加重剂的方法及工艺流程。

2)　提出了合理使用“实时”回收加重剂时需确定动态粒度点及高密度钻井液的密度、粘度极限值。

同时,针对关键技术指出了相关的解决方法。

3)　突破动态粒度点和粘度极限值两大关键问题,“实时”模式将发挥出巨大优势,资源得到最大化的回收利用,减少加重剂的消耗量,节约加重剂的费用,减少矿产资源损耗,同时更有效地解决了环境污染问题,具有显著的经济效益。

参考文献:
[1]　Richards M,Monkman B,Comeau P,et al,Brandt
NOV(Natl.Oilwell Varco)Solids Control and Waste
Management for SA G D[R].SPE97670,2005.
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　第38卷　第11期 李　俊,等:高密度钻井液加重剂再利用的几点思考
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收稿日期:2009205219
基金项目:中油集团公司项目“特殊结构井部分修井技术研究”,(06B5010303)
作者简介:郭振山(19732),男,辽宁大连人,工程师,1997年毕业于江汉石油学院石油工程专业,现从事侧钻井和侧钻水
平井的技术研究和服务工作,E 2mail :guozs_gwdc @ 。

文章编号:100123482(2009)1120060205
水平井磨铣打捞技术研究与应用
郭振山
(长城钻探钻井一公司五分公司,辽宁盘锦124010)
摘要:随着水平井、侧钻水平井数量的增加,与之配套的修井问题越来越突出。

从水平井磨铣打捞
难点、磨铣打捞管柱的优化,磨铣打捞工具的设计与试验3个方面进行了系统分析,研究了水平井磨铣打捞工艺技术及配套工具,从而解决了水平井磨铣打捞中存在的摩阻大、打捞成功率低、易卡钻等问题,现场应用取得了明显的效果。

关键词:水平井;磨铣;打捞
中图分类号:TE921.903 文献标识码:A
Study and Application of Milling &Fishing T ech for H orizontal Well
GUO Zhen 2shan
(5B ranch of N o.1D rilling Com pany ,Great W all D rilling &Ex ploration Com pany ,Panj in 124010,China )
Abstract :Wit h t he increasing of horizo ntal well ,t he workover operation stands out.So ,t he downhole operation technology st udy of Engineering &Technology Research Instit ute of Great WALL spent two years in analyzing t he difficulty of horizontal well milling &fishing ,selecting t he operation stem ,designing t he milling &fishing tools ,developed a series of milling &fishing tools for horizontal well.It helps to operate horizontal well.The field application effect is obvious.K ey w ords :horizontal well ;milling ;fishing
水平井起源于20世纪30年代初,80年代开始进行大规模工业化推广。

到2004年底,全世界的水平井井数为45000口左右,主要分布在美国、加拿大、前苏联等69个国家。

辽河油田自1990年开始
进行水平井、侧钻水平井的技术攻关。

截至20092
04,辽河油区已完成各类水平井、侧钻水平井500多口。

水平井的开发和应用降低了油气井综合开采成本,大幅度提高油气采收率,在老油区挖潜增效和新
　2009年第38卷 石油矿场机械　第11期第60页 OI L FIE LD EQUIPMENT 2009,38(11):60～64　。