可实现废弃水基钻井液再生利用的电化学吸附法

现有的固、液分离技术及设备均难以去除钻井液中粒径小于等于10μm的有害固相及超细微颗粒,钻井现场多采用无害化处理后填埋的方式处置,不仅资源化利用率偏低,还存在着二次污染的风险。为此,提出了采用电化学吸附法对废弃水基钻井液进行再生处理的技术思路:首先通过室内实验,在电吸附电极上施加电压,研究电压、吸附时间、膨润土浓度、极板间距及无机盐浓度对电吸附效果的影响;然后分别考察了4种常用无机盐(NaCl、KCl、CaCl_2、Na_2CO_3)在不同浓度下的电吸附极板对模拟钻井液中固相颗粒的吸附能力;最后在确定最佳电吸附条件的基础上,以国内某油田废弃聚磺钻井液为样品,验证其处理效果。结果表明:(1)电化学吸附法通过吸附去除水基钻井液中的劣质固相,实现了废弃水基钻井液的再生,提高了钻井废弃物的资源化利用率,同时也降低了后期钻井废弃物的处理量及成本;(2)含5%膨润土、2 g/LNaCl的模拟废弃钻井液最佳电吸附条件为吸附电压36 V、吸附时间5 min、极板间距5 cm;(3)上述样品经电化学吸附法处理后,1~10μm粒径劣质固相的去除率超过90%,表明该方法对于去除废弃聚磺钻井液中的劣质固相具有明显的效果。     

废弃高性能水基钻井液循环利用电吸附处理方法

随着页岩气勘探开发环保要求的提高,钻井过程中逐步推广应用高性能水基钻井液,但仍产生大量的废弃钻井液。为了提高水基钻井液的循环利用率,分析了废弃高性能水基钻井液的总固相含量和微小劣质固相含量,提出了去除废弃高性能水基钻井液中劣质固相的电吸附处理方法,具有不添加化学药剂、选择性去除微小劣质固相和不破坏钻井液中原有有效成分等优点。试验结果表明,废弃高性能水基钻井液经过2次电吸附工艺处理后,能够去除粒径小于10 μm的超细微劣质固相;电吸附结合离心分离预处理方法能够显著提升高性能水基钻井液的再生性能,实现钻井液循环利用。研究结果表明,利用电吸附法处理废弃高性能水基钻井液,是废弃钻井液减量化和资源化处理新模式,具有较好的推广应用前景。      

废水基钻井液中固相颗粒电吸附选择性实验

废水基钻井液是油气勘探开发主要废物之一,提高再生回用率是钻井弃物处理技术的迫切需要。为了给废钻井液电吸附再生回用工艺技术开发和实验装置升级改造提供可靠依据,利用自制的废水基钻井液动态电吸附实验装置,开展了动态模拟电吸附对废钻井液中固相颗粒选择性去除实验研究,考察了对废钻井液中钻屑颗粒的电吸附效果,并评估了装置的运行稳定性和适用性。研究表明,电化学吸附对膨润土钻井液中的钻屑颗粒具有选择性吸附作用,尤其是对低于30 μm颗粒吸附效果显著,且对膨润土钻井液的流变性、膨润土当量等指标影响不大,有效剔除钻井液中的劣质固相的同时保持了膨润土钻井液的稳定性,提高了钻井液回用性能指标,表明电化学吸附工艺是提高水基钻井废物循环利用和资源化利用率的有效途径。     

用固液分离方法处理水基废弃钻井液

以阳离子聚丙烯酰胺为絮凝剂、铝盐为凝聚剂对四种不同类型的水基废弃钻井液进行了固液分离的试验研究。结果表明,阳离子聚丙烯酰胺不仅可以有效地中和粘土颗粒表面ζ电位,使废弃钻井液的CST(毛细抽吸时间)值降低到100—200 s,达到化学脱稳,而且通过絮凝作用清除了废浆中粒径小于20μm的微细颗粒,使废弃钻井液彻底实现了固液分离。     

北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术

北部湾地区地质条件复杂,钻井难度大,结合北部湾地区钻探的实际情况,通过对影响水基钻井液重复利用因素的分析,对废弃钻井液的粒度分析和性能检测制定了一套成熟的固相控制技术。通过检测废弃钻井液中固相颗粒粒径分布,优化固控设备的搭配和参数配置(尤其是振动筛筛布选择),选择离心机分离能力、布局和台数等,从而提高固相控制效率,达到有效净化废弃钻井液的目的;制定了一套合适的废弃钻井液处理方式:先检测回收的废弃钻井液性能,然后通过固控设备来净化废弃钻井液,合理配制新浆量进行稀释处理废弃钻井液,使钻井液性能满足下一口井或井段的开钻要求,节省了材料成本、人工成本和运输成本。北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术在北部湾地区29口开发井进行了成功应用。      

长链烷烃季铵盐DODMAC对钻井液中劣质固相的絮凝作用

钻井液中亚微米颗粒含量对钻井液的性能影响很大,有必要研发有针对性的高效絮凝剂以清除钻井液中的亚微米劣质土,而尽量减少对膨润土等有用固相的絮凝。为实现上述目标,本文以高岭土和膨润土作为絮凝对象,通过Zeta电位、浊度分析、粒度分析和势能分析等方法,研究分析了长链烷烃季铵盐双十八烷基二甲基氯化铵(DODMAC)对钻井液中固相颗粒的絮凝效果及其絮凝机理。结果表明,质量分数0.2%高岭土分散液在pH=5附近达到等电位点,其表面电性及电量易受pH影响,而膨润土的电位相对更加稳定;DODMAC加量为42.86 mg/L时对高岭土颗粒的浊度去除率达到90%以上,继续增大加量后絮凝效果逐渐变差;而对膨润土的浊度去除率则随DODMAC加量的增加而增大,且在低加量下浊度去除率很低。通过调整DODMAC加量,可实现对劣质固相高岭土的选择性絮凝。DODMAC主要通过电性中和以及疏水絮凝作用降低高岭土颗粒势能,从而促进高岭土颗粒聚结絮凝,DODMAC加量过大后会使得高岭土颗粒表面电性发生反转且电位增大,导致高岭土颗粒间的静电斥力增大而易于分散;而在膨润土分散液中,DODMAC则通过吸附架桥方式作用于膨润土颗粒而促使其絮凝。     

响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺

针对大庆油田深层致密气废弃水基钻井液固液分离难、泥饼含水率高（>80%）、存在二次污染的问题,开展了废弃水基钻井液无害化处理技术研究,在分析废弃水基钻井液特性与处理难点基础上,应用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析法,通过考察破胶剂、助凝剂与絮凝剂的最佳配比对废弃钻井液固液分离效果的影响,创新建立了固液分离泥饼含水率与处理配方参数间的数学模型,研发出了以脱稳絮凝为核心的废弃水基钻井液无害化处理技术,形成了脱稳-絮凝-固液分离处理工艺。现场实验结果表明,废弃水基钻井液经该项技术处理后,泥饼含水率为47%,泥饼浸出液悬浮物含量为63 mg/L,泥饼浸出液中石油类、COD等9项主要污染指标符合GB 8978—1998《污水综合排放标准》、DB23/T693—2000《黑龙江省废弃钻井液处理规范》相关要求,该技术成果解决了大庆油田深层水基钻井液破胶脱稳效果差等难题,具有较好的推广应用价值。     

现场油基钻井液固相粒度评价新方法

固相颗粒分布对油基钻井液的性能影响较大,因此确定现场钻井液固相颗粒尺寸,对于调控钻井液性能具有重要意义。根据现场油基钻井液经固控设备分离前后的粒度分布数据,建立了固控设备清除效率与固相颗粒粒径分布关系。现场通过钻井液固相含量测定,可知现场固控设备的固控效率,进一步可确定现场钻井液固相颗粒粒径的分布范围。现场井浆固相含量测定表明,固控设备清除效率与固相颗粒粒径分布具有强相关性,相关系数R²可达0.97;经固控设备分离后,现场油基钻井液的固相含量由45.0%降至16.2%,清除效率达0.64。采用上述测试方法测得的固相粒径为12.50μm,在使用激光粒度分布仪得的粒径峰(7.11～12.73μm)范围内,表明该测试方法具有良好的准确性,可用于现场测量钻井液内的固相粒度。     

威202H3平台废弃油基钻井液处理技术

目前处理废弃油基钻井液一般采用集中填埋或回注地层,依然存在潜在的环境污染问题,同时也浪费了大量矿物油资源。笔者对威202H3平台废弃油基钻井液进行回收利用研究,首先测定了废弃钻井液本身的性质,测得其表观黏度为100~120 mPa·s、塑性黏度为80~100 mPa·s、动切力为20 Pa、初终切为20/35 Pa/Pa,粒度主要集中在5.59~13.74μm。在现场及实验室进行复配再利用研究,发现在威202H3-3井龙马溪地层加入2 m3废弃油基钻井液后,油基钻井液终切不断升高、动塑比难以控制;利用废弃油基钻井液中劣质固相,在长宁H12-3井用于配制堵漏浆,施工顺利,效果较好。因此得出,废弃油基钻井液回收再利用的困难在于其中含有大量粒径小于20 μm的固体颗粒,现有固控设备难以除去,并且现有处理技术均存在安全、占地面积、能耗、交通运输、环保及成本问题,建议这种废弃油基钻井液体系用于配制页岩地层发生漏失时的堵漏浆,在一定程度上减小经济损失。而在今后废弃油基钻井液处理技术的研究过程中,如果超临界CO₂流体萃取技术能够降低成本,将成为废弃油基钻井液重要的处理技术。      

四氧化三锰水基钻井液润滑性能评价与研究

采用Zeta电位分析仪、激光粒度仪、扫描电镜测定了四氧化三锰、重晶石、铁矿粉的表面电荷、粒度分布和微观形状,对比考察了3种加重剂加重的水基钻井液的极压润滑系数和泥饼黏滞系数。实验结果表明,3种加重剂中,四氧化三锰颗粒的表面电荷最高,在钻井液中的表面亲水性最强,其颗粒呈球形,粒度分布窄、粒径小、比表面积大,颗粒的稳定性最强;因此四氧化三锰加重钻井液的极压润滑系数和泥饼黏滞系数最小;四氧化三锰、重晶石、铁矿粉加重钻井液泥饼润滑性改善的临界密度分别为1.3、1.5和1.5 g/cm3;重晶石、铁矿粉与四氧化三锰复配能改善他们加重钻井液的极压润滑性能及泥饼的润滑性能。分析其机理为四氧化三锰高的表面电荷使得颗粒分散均匀,降低了钻井液流动的内摩擦力,合理的粒度分布能增加起轴承效应的粒子数量,球形颗粒能显著降低钻井液固相颗粒之间的摩擦力。     

CTAB诱导膨润土乳液转相机理及其在可逆乳化油基钻井液中的应用

针对目前油基钻井液对油井完井损害问题,结合Pickering乳液高稳定性的特点,通过改变表面活性剂CTAB的浓度,采用原位活化工艺制备了具有不同表面润湿性的膨润土固体颗粒,研究了CTAB诱导膨润土乳液转相机理。Zeta电位及接触角的变化表征膨润土颗粒亲水、亲油性及表面润湿性的变化;膨润土乳液体系电导率及微观形貌的变化表征乳液转相行为。实验结果表明,通过改变CTAB浓度可实现对膨润土颗粒表面润湿性的改变,进而诱导膨润土乳液发生两次相转变行为。应用性能研究表明,该可逆乳化油基钻井液体系热稳定性良好,滤失量小,解决了传统油基钻井液对油井完井的损害问题。     

基于Pickering乳液的油基钻井液

Pickering乳液通过颗粒在油水界面吸附,形成稳定界面膜防止水滴聚并,能够提高油基钻井液的稳定性。然而,关于Pickering乳液油基钻井液的研究,忽略了油相中水滴和无机亲水颗粒间相互作用,均未考虑配浆时加入的氢氧化钙、加重剂以及地层中进入的劣质固相等无机颗粒对乳液中水滴存在形式的影响。因此,向W/O型Pickering乳液中加入氢氧化钙、重晶石和不同水化程度高岭土颗粒,通过宏观沉降实验和显微镜图像证明水滴与颗粒结合,以结合水形式存在,导致颗粒聚集;通过激光共聚焦显微镜和低温差示扫描量热对结合水进行表征。通过添加分散剂可以促进结合水颗粒的分散,提高钻井液体系的稳定性。基于W/O型Pickering乳液的油基钻井液不是油包水乳液,而是结合水颗粒在油相中适度分散的体系。此外,配制低密度油基钻井液模型体系,并调控体系的流变性能,实现低温恒流变。     

钻井液固体润滑剂的试验研究

普通的钻井液润滑剂一般为液体．现场运输和使用不便．同时抗温性能较差。根据钻井液润滑剂的润滑机理，利用膨润土的膨胀性、吸附性、阳离子可交换性、分散性和悬浮性等特殊性能，以河北膨润土作为载体，采用物理和化学方法使膨润土与表面活性剂作用．合成了一种新型的钻井液固体润滑剂。室内试验结果表明．合成的钻井液固体润滑剂与市售类似产品相比具有润滑性能好、抗高温和使用方便等优点。采用X射线衍射、激光粒径、热重和差热试验对合成的润滑剂进行了结构和性能特征分析。激光粒径结果表明，该固体润滑剂粒径较小，活性剂含量较高．有很强的表面活性；X射线衍射证明．该固体润滑剂与膨润土(或有机膨润土)表现出不同的特征，X-射线衍射谱首峰宽而平．表现出弥散峰的特点．说明形成了非晶态物质．这种非晶物质具有很高的表面活性；热重和差热曲线证明．该固体润滑剂与膨润土(或有机膨润土)相比，有不同的吸附机理．因而吸附能力得到提高。     

准噶尔南缘水基钻井液多元协同抑制机理

准噶尔南缘地区泥岩井段地层易水化膨胀、分散或剥落掉块,钻井液抑制剂采用无机-有机的多元组合方案。室内实验评价了常用抑制剂单剂及多元复配后对安集海组泥页岩水化分散、膨胀的抑制能力,形成了多元协同抑制性钻井液体系,并对其性能进行评价。通过开展多元抑制剂作用下的黏土矿物晶层间距、Zeta电位、粒度分布、水活度及抑制剂吸附量等测试实验,揭示了该地区水基钻井液多元抑制剂的作用机理。结果表明,无机盐KCl具有明显的晶格固定、压缩双电层及促进聚合物吸附的作用;复合有机盐具有一定的晶格固定作用、明显的压缩双电层及调节活度的作用;改性聚合醇具有吸附包被且可与KCl协同增效吸附的作用。多元抑制剂同时具有晶格固定-压缩双电层-活度调节-吸附包被及协同促进吸附的多元一体的协同作用机理。     

旋带式负压振动筛上固相颗粒运移规律研究

负压振动筛作为一种新型的固控振动筛,应用越来越广泛。MUDCUBE旋带式负压振动筛作为负压振动筛的一种重要形式,其结构、运行原理及运移规律有别于其他负压振动筛。介绍了MUDCUBE旋带式负压振动筛工作原理; 建立了固相颗粒物在筛面上的力学模型; 描述了固相颗粒物在筛面的运移规律,其主要运动形式有抛掷运动、相对滑动、相对静止3种。抛掷运动有利于钻井液与岩屑的分离,是振动筛筛上物的主要运动形式。分析了不同工艺参数对固相颗粒物运移的影响规律。现场实际运行情况表明,旋带式负压振动筛处理后固相的含液率比传统振动筛减少了89%左右。     

聚磺混油钻井液对深层裂缝性致密储层的保护能力评价

为了评价和优化塔里木盆地北部深层裂缝性致密砂岩油藏开发中使用的聚磺混油钻井液对储层的保护效果,进行了钻井液动/静态伤害、滤饼承压、流体敏感性、水相圈闭伤害和流体配伍性实验。分析了钻井液伤害的主要机理,探讨了钻井液保护效果评价方法,提出了聚磺混油钻井液优化策略。实验表明:储层钻井液动态伤害中—强,滤液静态伤害中—强,100μm及以下缝宽裂缝承压达10 MPa,流体敏感性伤害较弱,水相圈闭伤害强,滤液与地层流体配伍性差;水相圈闭、流体不配伍和固相侵入是钻井液伤害储层的主要方式;聚磺混油钻井液对储层大缝宽裂缝封堵较差、对小缝宽裂缝控滤失较差是造成储层伤害的主要原因。钻井液储层保护效果评价需综合分析钻井液伤害的主要因素,充分挖潜钻井液动态伤害实验数据,评价钻井液的固相磨蚀粒度降级率。提高钻井液屏蔽暂堵性能、改善钻井液与储层流体配伍性、加入表面活性剂将提升聚磺混油钻井液对深层裂缝性致密砂岩油藏的保护能力。     

CO2对高密度水基钻井液性能影响规律及机理分析

准确判断污染物浓度以及其对钻井液影响规律和内在机制是制定有效的CO₂污染防治措施的重要前提,基于酸碱指示变色原理,改进了钻井液中碱度现场定量检测方法,提高测量的准确性和可操作性;采用现场取样跟踪分析以及室内模拟评价相结合的方法,研究了CO₂对高密度水基钻井液流变性和滤失造壁性的影响规律,并从胶体化学的角度出发,开展了CO₂对钻井液黏土胶体颗粒界面Zeta电位、粒度分布以及处理剂吸附影响的实验研究,分析了其作用机理。研究表明,高密度水基钻井液中碳酸根和碳酸氢根存在临界污染浓度,超过此浓度后,钻井液结构黏度和滤失量随其浓度增加而增加;碳酸根和碳酸氢根离子改变了黏土颗粒溶剂化程度和颗粒尺寸,主要表现为黏土胶体颗粒界面电动电势降低、亚微米级粒子减少,粗颗粒增多,黏土颗粒对护胶剂的吸附量减少,导致高密度钻井液黏土颗粒向聚结方向转化并缔合形成三维网络结构的胶凝状态,揭示了宏观性能变化内在机制。