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钻井泥浆不落地分段处理工艺研究

2023-09-01 176 上传者：管理员

摘要：针对钻井工程钻井液维护困难、固井难度大和环保要求高等难题，以某钻井工程为例，对钻井泥浆不落地技术和设备开展了系统的分析。详细介绍了钻井泥浆不落地处理工艺的原理，并研究了其在实际工程中的应用情况，完成了三磺泥浆、清水聚合物泥浆和坂土泥浆等钻井施工现场废弃泥浆的钻井全过程泥浆不落地处理技术应用研究，以期为相关人员提供参考。

关键词：
工艺研究
废弃泥浆
废弃钻井液
泥浆不落地
石油天然气
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1、钻井泥浆不落化处理工艺原理

钻井泥浆不落技术是利用专用装备对钻井液进行实时处置的一项新技术，其设计和建设计划应符合钻井液各工序的要求，最终目的是对钻井液进行优化处理，处理效果依赖装备的配合[1]。从对钻井工艺和钻井泥浆循环路线的全面分析可以看出，钻井队的泥浆的制配和循环，在很大程度上都是依靠着泥浆循环罐来实现的，所以，泥浆循环罐不但可以成为承接泥浆循环路径的一个重要载体，还可以为泥浆不落地设备系统提供一个很好的储存环境，钻孔泥浆不落地系统的工艺流程如图1所示。

图1钻井泥浆不落地系统工艺流程

从图1可以看出，在钻进时，每个开孔的泥浆都会从振动网的出口返回，所以从振动网的出口返回的废料泥浆，主要有两种成分，一是废料，二是泥浆。通常来说，在油气井一开和二开钻井的早期，从井口返回的泥浆会出现很大程度的漏失，且返回的岩屑也会很迅速，这时可以把返回的岩屑从返回的孔中接出来，用螺旋输送机运送到甩干装置（甩干桶）中进行甩干，然后把甩干的岩屑送到制砖机构中，形成砖块[2]。同时，通过振荡筛滤出的稀薄废旧泥水进入振荡筛前面的地面沉降槽，当地面沉降槽中储存的淤泥到达一定数量后，将地面沉降槽中的废旧固相分离，然后将液态淤泥一次泵入破碎槽；在破碎槽内破碎完毕后，将破碎后的混合物输送至板框式压滤器；经板框式压滤器加工后的固体砖块可留作备用，而废液可直接排放或持续回收。

采用某种技术手段，将废泥浆的固液进行分离处理，如有必要排放，必须对其进行处理，以符合国家对环境保护的规定：假如可将其进行再循环使用，则必须对其进行处理，符合钻井生产持续回用的要求。将固体与液体分开后的固体组分进行处理，制成用于钻井班组的砖块。当然，对于残留的固体，若要进行填埋，也要经过相应处理后就地掩埋。

2、钻井泥浆不落地分段处理工艺实例应用

2.1钻井工程概况

某钻井工程表层为不成岩黏土，极易发生井筒坍塌事故。第一次开挖时，地层易发生孔隙收缩，砂质地层易坍塌。同时，由于施工区内存在断裂，加之新、旧层交接，极易造成施工过程中的漏失及岩层不稳定。在本工程中，由于存在着大量的砂质页岩，且砂质坚硬，所以用机器钻进速度很慢。第二次起钻地层为大面积的页岩，且机器钻进速度缓慢。中、下段含有灰泥团或灰泥丝，容易被钙质所污染[3]。当钻探过程中遇到纯盐地层时，由于盐层易溶解膨胀，其间夹带着较多的泥岩体，导致其孔隙发生了明显的蠕变和收缩，同时由于其自身的溶解作用，使得其在地层中极易发生坍塌。

2.2一开钻井废弃泥浆不落地设备的处理

在各个区域进行钻孔时，所采用的泥浆系统通常是有差异的，因为受到了经济状况、人员配置等方面的约束与限制，所以在施工区域进行的泥浆不落地装备不能过于复杂，施工配置如图2所示。

图2泥巧不落地设备配套布置示意图

本钻探项目一开以坂形泥浆为主，因为岩层极易渗漏，所以在钻探时必须在钻探时在一开上方的流沙层中添加一次1.2 t的随钻堵漏剂；在钻探结束后，通过短起处，增加位移，使用膨胀加稠的泥浆，将井底的沉砂带走，稳定井壁，然后进行一个完整的循环，在开始之前，为井壁稳定的泥浆，将井口封闭起来。

一次钻孔共使用140 m3泥浆，一次钻孔共排出40 m3废料，并在注水泥后返排出30 m3水泥浆。一开使用的泥浆组成比较单一，其处置工艺分为两个方面，即对钻井液中产生的废料进行处置，对一开钻井液中废料进行处置[4]。

2.2.1一开钻井废弃泥浆的处理

一开钻探中的废弃泥浆的系统相对简单，以钻屑和粘性粒子为主，传统的钻探固控装置只开动了3个一级固控的振动筛，而不落地装置则开动了螺旋输送机、板框压滤机、工业脱水机以及免烧砖机对其进行了加工。

对废旧污泥中固相废物的处理：使用的是一种利用螺旋输送机，从振动筛固相出料口处，将废旧的钻屑等固相废物输送到一个抖干桶中，之后再将钻屑等固相废物进行抖干，最终进入到无烧制砖机中，将其压缩成砖块。

对废弃泥浆中废液的处理：先将通过振动筛过滤出的包含了细小岩屑和黏滞颗粒的废液，放入到了地沉罐中，之后，用渣浆泵从地沉罐中将废液泵入到了破胶罐中，之后将破胶处理完成后的废液输送到了板架压滤机中，进行了固液分离处理。在板架压滤机中，通过分离后的固相呈现出了块状，而液相则是比较清澈的水，可以直接给钻井队使用。

2.2.2一开固井返排废弃泥浆的处理

固井返排过程中产生的废水泥浆主要有水泥浆、部分水泥浆等，水泥浆本身具备凝固的特性，对于掺有泥浆的泥浆，必须先将其破胶，再将其送至板框式压滤机，经固液分离后，可供钻井回收使用。

2.3二开钻井废弃泥浆不落地设备的处理

2.3.1二开初期-延长组底部废弃泥浆处理

二开前期的岩层是比较柔软的，所以只要遵循以下的规定来维持泥浆的性质：对一开前期的水泥浆进行固相处理，并充分使用固控装置来高效地沉降钻屑和散失的岩层粘性土；要将钻井液的密度控制在1.08 g/cm3以下，将含砂率降低到1%以下，以免钻井液中的石屑聚集；在二开阶段，使用抑制剂可以有效地加快钻进速度，使二开阶段的钻进速度得到明显的提高。

2.3.2纸坊组-石盒子组顶部地层的泥浆体系要求

(1）纸坊组-石盒子组顶部地层的泥浆体系要求。为了控制地层造浆，在进入纸坊组以后，逐步增加大分子聚合物，减少泥浆失水的过滤，避免地层初垮等复杂状况的发生。

在钻进地层50 m的时候，就可以补充2%的随钻堵漏剂，然后再添加一定量的防塌剂，并将泥浆密度降低到1.10 g/cm3以下，可以在增加地层承压能力的同时，防止地层压漏。

在下钻的时候，为了避免激荡压力过大，要尽可能地放慢下钻速度，如果出现了井漏，就马上停止钻进，对漏失量进行观察，并根据漏失量的大小和漏失速度，采用适当的堵漏工艺。

强化固液控制，对泥浆固液进行全方位监控，对锥形罐中的泥浆及时进行清理和定期排出。在起钻和长距离钻井时，为了确保井下得安全，应在井筒底部用浓泥浆循环冲洗10 min左右。

(2）纸坊组-石盒子组顶部地层废弃泥浆的处理。该井段所用的泥浆总量为230 m3，在此期间更换了一套堵漏泥浆系统，产生了130 m3的废弃泥浆。因此，板框式压滤机的处理量很大，必须加强对其进、出口压力的监测。因为在纸坊组-石盒上钻时使用的泥浆系统越来越复杂，所以它的处理流程主要包括两个方面：一是废泥浆的处理流程及方法与一开钻探时的废泥处理相同；堵塞泥的处理可分两种：一种是普通的堵塞泥，这种处理方法与上一种相同；二是对一次注浆后的渗水系统进行治理，其工艺、方法与第一次注浆后的渗水系统治理相似。

2.3.3石盒子组-完钻废弃泥浆处理

(1）石盒子组-完钻的泥浆体系要求。在这一井段中，如何避免石盒子组井径增大，保护气层是一个重要的难题，在配制过程中，需在注浆中加入一定数量的“坂土”和“防塌剂”，同时还需加入其他处理剂，以提高泥浆流变性，抑制性强，低渗透失水少，有效地形成“薄层”高强度泥饼。

为改善泥饼品质，增强抗塌能力，在钻进主要气体层位前50 m处，采用三横式泥浆系统对其进行调节，并尽可能降低其浓度，以保证钻井的安全性，特别是山西组所用的泥浆浓度偏低，并准备在钻井过程中添加5 t抗塌剂。

在起钻过程中，要保持动作稳定，要及时地注入泥浆，要适当地增加泥浆的黏度和密度，以预防山西姊妹煤层和石盒组的泥岩的垮塌，同时也要提高井身的清净效果，降低电测遇阻的问题。

在开气层之前，要备足重量物质，并配足高密度泥浆，以备压井之用。

(2）石盒子组-完钻废弃泥浆的处理。石盒子组-完钻段总耗用水泥浆220 m3，含废水泥浆220 m3，因采用泡沫塑料注水泥方法，导致回排水泥浆的废料量远远超过了实际的理论值，成钻后，回排水泥浆120 m3。在此井段，采用了与第一次钻探时同样的工艺和方法。

三横浆中含有最难以去除的横化褐煤、构化沥青、横化树脂等高分子助剂，若采用简单的板框式压滤器进行滤料处理，其滤料无法达到钻井队伍的回用需求。所以，三横泥浆是最难的一种。它的工艺流程为：先将三横的废渣从地面沉淀槽中抽取出来，然后进入破碎槽：破碎槽后，进入离屯，再次分离；再将离开屯，机械分离后的清水输送到板框式压滤机进行过滤分离；最终，经平板式压滤机滤出的水被送往纯化设备，经过纯化处理后的水达到标准。

3、结语

钻井泥浆不落地处理工艺原理是利用专用装备对钻井液进行实时处置，设计和建设计划应符合钻井液各工序的要求，最终目的是对钻井液进行优化处理，处理效果依赖装备的配合。工艺流程为：钻进时将返出的泥浆从振动网出口接出来，用螺旋输送机运送到甩干装置中进行甩干，再送到制砖机构中形成砖块。同时，通过振荡筛滤出的稀薄废旧泥水进入振荡筛前面的地面沉降槽，将地面沉降槽中的废旧固相分离，然后将液态淤泥一次泵入破碎槽；破碎完毕后，将破碎后的混合物输送至板框式压滤器；经板框式压滤器加工后的固体砖块可留作备用，而废液可直接排放或持续回收。针对一开钻井废弃泥浆不落地设备的处理，采用不同措施进行了处理。

对于掺有泥浆的泥浆，必须先将其破胶，再将其送至板框式压滤机，经固液分离后，可供钻井回收使用。在二开初期-延长织部废弃泥浆处理中，需维持泥浆性质，控制密度和含砂率，使用抑制剂加快钻进速度；在纸坊组-石盒子组顶部地层的泥浆体系要求中，需要采用大分子聚合物、增加泥浆密度、减少含砂率等措施；在石盒子组-完钻废弃泥浆处理中，需采用三横式泥浆系统调节、降低浓度、添加抗塌剂等措施，并在其中加入坂土和防塌剂以改善泥饼品质和增强抗塌能力。

参考文献:

[1] 杨英,李中明.绿色勘查岩心钻探泥浆不落地系统的研究—-―以便携式全液压钻机为例[J]科技创新与生产力,2022(03)70-71+75.

[2] 韩耀明,初冬.水基钻井废弃泥浆处理后的固相残土资源化利用探讨[J].石油工业技术监督,2021,37(09):15-18.

[3] 王丹丹,董晨曦,杨添麒.废弃钻井泥浆无害化处理技术发展方向探讨[J].石化技术,2023,30(02):118-120.

[4] 赵岩,高丽华,肖明君,等.泥浆精细化处理装置在钻井施工中的应用[J.能源与环保,2022,44(05):131-136.

文章来源:邵斌,兰军,常军利等.钻井泥浆不落地分段处理工艺研究[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(16):190-192.