国外钻井岩屑处理技术与国内应用研制分析

介绍了国外石油钻井岩屑处理技术与装备的现状,分析了岩屑处理技术的发展趋势,结合我国石油钻井岩屑处理技术的应用情况,建议我国应抓住机遇,集中力量、突出重点,充分发挥我国石油装备制造业的优势,加快岩屑处理技术及装备的发展速度,缩小与发达国家之间的技术差距,加强关键技术研究,开发出国产高效的钻井岩屑处理设备。     

国外油气田钻井废料处理技术

随着环境保护法规的日益严格,油气固钻井废料的处理技术愈来愈受到重视。本文介绍了几种国外比较常用的钻井废料处理技术,包括简单处理后直接排放法,注入安全地层或环形空间法,脱水后回填法,储水池固化法,土地耕作法,移动式废水处理装置技术以及其他处理方法;讨论了这些方法的基本技术,适用范围及处理费用等内容,文末简单地提及了钻井废料处理方法的选用原则及研究方向。在钻井过程中,钻井泥浆的使用是不可缺少的,泥浆从钻杆注入井底,清洗井底,携带岩屑,并沿套管上行,最后排入井眼附近的储水池,排入储水池中的废弃钻井泥浆,岩屑,钻井设备冲洗液,润滑油及其他污染物统称为钻井废料,粗略估计,每钻一口井所排泄的钻井废料平均可达数百立方米之多。     

涪陵页岩气田平桥南区块钻井岩屑综合利用技术

涪陵页岩气田平桥南区块页岩气产能建设过程中产生的钻井岩屑,采用常规方法处理时存在处理费用高、占地面积大和危害环境等问题,为此探索研究了页岩气井钻井岩屑综合利用技术。分析了钻井岩屑的主要危害和目前常用岩屑处理技术的不足,结合现场实际情况提出了水基岩屑随钻固化制砖和水泥窑协同处置油基岩屑等关键技术,形成了涪陵页岩气田平桥南区块钻井岩屑综合利用技术。该技术在JY205-1HF井、JY199-4HF井和JY199-5HF井进行了现场试验,结果表明,采用该技术处理页岩气井钻井岩屑成本低,且清洁、环保,经济效益好。研究认为,该技术可有效解决常规钻井岩屑处理技术经济投入高、环保压力大等问题,为资源化利用钻井岩屑、绿色开发页岩气田开辟了新途径,具有良好的应用前景。      

基于激光诱导击穿光谱的岩屑岩性在线识别试验研究

钻井新技术的发展及其推广应用，在提高钻井时效的同时，钻井产生岩屑的粒径变小，给常规岩屑录井带来了困难。近年来，基于激光诱导击穿光谱（LIBS）的岩屑岩性识别技术取得了较好的效果，但该技术仍需要人工采集、清洗岩屑样品，并存在钻遇地层岩屑样品代表性难以准确控制、岩屑岩性识别结果与钻遇地层真实岩性之间具有一定差异等问题。为了解决上述问题，提出了利用LIBS在线识别岩屑岩性的技术构想，在实验室构建了试验平台，探索了激光器光源功率对岩屑样品LIBS信息的影响，通过优选光源功率，提高了岩屑样品LIBS信息的采集精度，进行了干样与湿样、疏松与压实状态下岩屑样品的LIBS检测，发现不同状态下岩屑样品的LIBS特征较为稳定，岩屑样品的LIBS特征与其状态无关。试验结果表明，录井过程中岩屑样品无需处理，可以直接检测，即利用LIBS技术在线识别岩屑岩性可行。      

重晶石粉钻井液添加剂对岩屑录井的影响及应对举措

为了提高钻井液密度,钻井液中常加入重晶石粉等加重材料添加剂,这虽然可以有效改善钻井液性能,起到抑制地层压力减少钻井事故、确保钻井顺利安全施工的作用,但对岩屑录井的岩屑捞取与清洗、选样与描述会增加一定的困难。在阐述钻井液加重材料主要类型以及其基本特佂的基础上,分析了重晶石粉钻井液添加剂对岩屑录井的影响,从岩屑捞取与清洗、选样与描述方面提出了具体的应对措施,尤其是针对岩性描述定名,提出了综合分析描述定名的五步法。现场录井实践表明,该举措不但可以有效消除其影响,确保岩性定名准确,而且对于使用其他类型钻井液加重添加剂的岩屑录井也具有一定的参考与指导意义。     

钻井岩屑资源化处理技术在川西地区超深井的实践

2017年以前,川渝地区传统钻井清洁生产主要采用实时固化填埋技术对钻井岩屑进行处理,该技术占地大,填埋池抗风险能力弱,无法实现废弃物的最终处置,环保风险较大。2017年,川庆钻探公司为持续推动钻井清洁生产工作,按照“少产生、再利用、零排放”的总体思路,真正实现钻井岩屑资源化利用目标,在川西地区超深井开展了钻井岩屑资源化利用技术应用。截止目前,采用该技术共处理钻井岩屑5.86万m^3,烧制砖块2640万匹,实现100%资源化利用,烧制的砖块符合相关标准要求,证明了该项技术和处理模式的可行性,为今后四川地区的规模化应用提供了技术保障。     

含油岩屑深度固控技术在东海的应用

为解决东海在钻井作业过程中油基钻井液含油岩屑的处理问题,研究形成了海上含油岩屑深度固控技术。本文介绍了该技术的工作原理、主要设备及工艺流程,与传统处理含油岩屑的方式进行了对比。以N1井为例,分析总结了该技术在东海现场的应用情况,在应用过程中未发生任何性质油基钻井液及含油废料污染问题,处理后的岩屑含油量满足国家海洋法对钻井废弃物排放含油量的排放标准,实现了含油岩屑的全部达标排放。     

岩屑处理装置在DSJ300-1海洋钻井平台上的应用

采用油基钻井液钻井产生的岩屑不但会造成钻井液的损失,而且随着井深的加大,大量岩屑若不加处理而直接排放,会破坏海洋生态环境,若直接收集又会给平台的岩屑清理造成很大的工作量。针对该问题,DSJ300-1海洋钻井平台采用了一套岩屑处理装置来处理钻井岩屑。该装置主要由岩屑甩干机、螺旋输送机、钻井液驳运泵、液体收集罐和液位自控控制装置等组成,它与振动筛、一体机、离心机等其他钻井液净化设备相比较,能减小岩屑的含油质量分数约10%,使其不大于5%。该装置具有液位自控控制功能,能有效减少现场操作人员的工作量,延长钻井液驳运泵的使用寿命。     

岩屑回注技术在厄瓜多尔ITT油田钻井过程中的应用

随着石油行业环保要求不断提高,使得岩屑处理技术不断发展。首先介绍了岩屑处理技术的发展历程,根据厄瓜多尔ITT油田钻井过程中的环保要求,特采用岩屑回注技术来进行保护开采区域环境。其次介绍了ITT油田所采用的岩屑回注技术工艺流程及回注井结构设计。最后分析了岩屑回注实际施工过程中的参数曲线以及岩屑回注施工过程中压力变化规律,对于岩屑回注施工和最优回注排量设计有指导意义,同时对厄瓜多尔钻井项目管理和环境保护技术应用具有一定的借鉴意义。     

气体钻井岩屑分离系统设计

现行气体钻井返出岩屑只能依靠降尘水分离,排砂管线出口必须接到污水池,地层出气后不具备点火条件。若将排砂管线接到燃烧池进行点火,岩屑又容易堆积,影响燃烧池后续使用。迫切需要研究能有效实现分离、点火的除尘方法。文章从常规的环境处理方案中开启思路,以气体钻井返出岩屑分离的总流程分析为基础,将岩屑处理系统分为分离系统和循环水处理系统。分析并计算分离系统入口岩屑粒径和浓度,将分离系统设计为 两级：一级分离采用湿式、重力、惯性原理除去大颗粒和部分细颗粒岩屑;二级分离采用湿式原理除去较细小颗粒。通过岩屑分离系统除尘性能计算结果可知,分离出的气体能达到直接排放标准并直接排放至燃烧池。此套系统对进一步拓宽气体钻井的应用领域,为气体钻井储层钻井技术的发展奠定坚实基础。     

ZXJ型钻具清洗机的原理与结构设计

ZXJ型钻具清洗机是一种集水力、电力、机械、气动和自动化于一体的新设备 ,主要有机械传动、电气控制和冲洗 3种功能。采用该清洗机 ,避免了钻具内外表面残留的钻井液中的化学药品及有害元素对钻具的腐蚀 ,延长了钻具的使用寿命。为了保证水力清洗的有效性 ,内、外喷头上的喷嘴喷出具有一定速度的水流 ,用以冲洗钻具表面的附着物。对钻具的内外螺纹 ,强制清洗并延长清洗时间。清洗后 ,用压缩空气吹干内表面。ZXJ型钻具清洗机试运转期间 ,清洗钻具约 13万m ,达到设计指标 ,收到了预期效果     

页岩气井油基钻屑氟碳除油剂的研制及作用机理

页岩气开发钻井过程中会产生油基钻屑,化学热洗法是处理油基钻屑的主要技术之一,但应用过程中存在现有除油剂除油效率低、新药剂开发缺少理论指导等不足。采用接触角测量仪、X射线衍射仪等分析手段,研究了油基钻屑表面油类吸附机理,合成了新型“疏水疏油”氟碳除油剂,并对合成产物的分子结构进行了红外光谱和核磁共振光谱分析表征。研究结果表明,不同油类对油基钻屑润湿性影响不同,柴油更易于在黏土矿物含量低的油基钻屑表面铺展;不同油类在干净钻屑表面吸附量0.1~0.2 g/g,且2~3 h即可达吸附平衡;吸附的有机物主要为C₁₆~C₂₀正构和异构烷烃,占有机物总量的56.5%;油基钻屑经“疏水疏油”氟碳除油剂洗油处理后,含油率由处理前的7%~10%降低至0.15%~0.97%,低于现场含油钻屑除油剂SDS的 2.08%~2.79%。通过接触角测定和分子模拟等方法研究了氟碳除油剂改变油相接触角、降低油基钻屑的油水界面张力和改变其润湿性等作用机理,为油基钻屑除油剂的开发及应用提供理论支持。     

清水钻屑土壤化利用可行性研究北大核心CSCD

目的评估清水钻屑的环境风险,探讨其土壤化的可行性及环境安全性。方法系统分析清水钻屑的理化性质、微生物组成、污染特性,并开展清水钻屑土壤化实验。结果清水钻屑主要组分与表层土壤组分相似;钻屑粒径分布较广,不同来源的钻屑粒径分布差异较大;保水率极差,肥力较低;与表层土壤相比,清水钻屑中的细菌多样性与之相当,但真菌的多样性明显更低;清水钻屑中油含量、生物毒性、重金属含量均低于相关标准;土壤化实验结果显示部分处理中植物体内的Cr、Hg、Pb含量超过相关标准,按不同比例与土壤混合后,植物体内重金属含量明显降低,符合食品安全标准。结论清水钻屑环境风险小,其土壤化利用安全性较高,但肥力较低,不宜直接作为种植土壤;可通过与土壤按不同比例混合、选用不同植物或种植非食用植物等措施,控制重金属生物富集风险,实现清水钻屑土壤化安全有效的利用。     

加重剂回收利用技术探讨与可行性分析

钻井现场使用高密度钻井液时,加重剂消耗在总成本中会占到很高的比例,因此加重剂的回收再利用就成为降低钻井液维护成本的关键环节.由于钻进过程中会不断有劣质固相(低密度固相)进入钻井液体系中,导致回收加重剂纯度降低,常规离心机装置在高密度情况下又无法有效发挥劣质固相分离能力,因此会直接影响回收料的加重效果.亚甲基蓝吸附实验结果表明,采用清水洗涤方式回收加重材料能够有效清除回收物中的劣质固相.再加重实验结果表明,洗涤回收的加重材料基本上具有和工业品加重材料同样的加重效果,这一评价数据为加重剂的回收再利用提供了实验依据,并对钻井液中加重剂的回收方式进行了有益的探索.     

超临界二氧化碳钻井基础研究进展

超临界CO2钻井技术是以CO2为钻井介质的新型钻井技术,在实现CO2资源化利用和提高非常规油气钻探效益等方面潜力巨大,其关键理论和技术问题主要体现在超临界CO2在井筒中的流动规律、携岩能力、射流破岩及井壁稳定性等井筒多相流和流体与岩石相互作用方面。为此,利用超临界CO2在井筒中的流动模型分析了影响超临界CO2钻井环空压力分布的因素;通过理论计算和室内携岩试验分析了超临界CO2的携岩能力;根据理论分析和室内射流破岩试验分析了超临界CO2射流破岩机理;利用临界CO2与井壁围岩的力-热耦合模型并结合超临界CO2对岩石力学性质的影响,分析了超临界CO2钻井的井壁稳定性。结果表明:循环流量和井口回压是影响超临界CO2钻井环空压力分布的主要因素;井斜角为48°~72°时超临界CO2携岩最小返速比较高,超临界CO2的携岩效果与清水接近,但远优于空气;超临界CO2射流破岩产生的温度应力可有效降低破岩门限压力,提高破岩效率;采用超临界CO2钻进水平层理硬质页岩地层时井壁稳定性好。研究结果为完善超临界CO2钻井理论和尽快形成超临界CO2钻井技术奠定了理论基础。      

气体钻井地面分离器的设计及试验研究

气体钻井现有工艺都将环空返回到地面的携岩气体直接排放或放燃,既污染环境又浪费能源。根据气体钻井的特点,设计了由两级串联的旋风分离器与两台过滤器(一台备用)组成的气体钻井地面分离系统,对成本较高的气体钻井介质(氮气或天然气)进行回收和循环利用。通过对井口钻屑的采样分析和浓度计算,得到了旋风分离器入口钻屑的粒度分布和质量浓度范围。对旋风分离器进行的室内模拟试验结果表明,旋风分离器的分离效率稳定在99.5%以上,能够完全除净粒径大于10μm的粉尘颗粒。钻井现场试验结果显示,整个分离系统工作稳定,过滤器出口气体中钻屑的最大粒径小于5μm,质量浓度小于0.05mg/m³,已达到进入压缩机的要求。     

新型岩屑/掉块实时感测技术研究

为了预防和减缓井壁不稳定和卡钻等钻井事故,对岩屑/掉块的监测极为有益。钻井岩屑/掉块的传统监测方法是人工操作,缺点诸多。为了实现钻井岩屑/掉块的自动化监测,德克萨斯大学的研究人员利用最新的3D视觉技术,开发了新型岩屑/掉块实时感测系统,并利用设计的实体测试平台进行了室内试验。规则目标测试验证了新型岩屑/掉块感测系统的体积测量精度,真实岩屑测试获得了孔隙空间校正试验阈值。介绍了计算机视觉技术、新型岩屑/掉块实时感测系统设计和室内试验,并提出了相关建议。     

渤海油田钻井废弃物源头减量及资源化利用研究

渤海油田钻井过程中会产生大量的钻井废弃物,主要包括废弃钻井岩屑和废弃钻井液。随着油田开发井的增加,环境隐患、运输和处理处置成本不断增加。开展了源头减量和资源化利用的实验研究,采用负压微振过滤系统对海洋油田固控系统中的振动筛筛上物进行源头减量,采用“破胶-离心分离-臭氧气浮分离-陶瓷膜分离”工艺处理废弃钻井液,处理后的钻井液可回用配制新的钻井液。结果表明,入口岩屑含液率在100%以上,转速在24 r/min以内,滤布目数低于API160时,废弃钻井岩屑有很好的脱水效果,出口的岩屑含液率为21%~22%,回用配制新钻井液的净水中油的质量浓度在10 mg/L以下。