CN104420844B - 一种循环钻井液不落地的固液分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计循环钻井液不落地的固液分离方法，通过使用镶嵌屏蔽钻井液，循环钻井液能容易地通过机械方法分离，液相回收循环用于配制镶嵌屏蔽钻井液，固相回收利用，真正实现钻井液不落地目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气田井下作业产出液不落地现在处理级综合利用的工艺技术，特别涉及一种循环钻井液不落地的固液分离方法。
背景技术
钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质，被称为钻井的血液，是钻井工程中极其重要的组成部分，其基本功能有携带和悬浮岩屑，稳定井壁和平衡压力，冷却润滑钻具。钻井液的主要作用之一是把岩屑从井底携带至地面，来自井底的钻井液与废弃物共同组成多相稳定悬浮液,其中含有很多对环境有害的物质,如油类、化学添加剂、重金属(如汞、铜、铬、镉、锌及铅等)、高分子有机化合物、碱性物质等。因此，钻井液废弃物是石油天然气工业的主要污染源之一，其处理也是目前困扰油田的一大难题。2008年《国家危险废物名录》中已将“废弃钻井液处理产生的污泥”（废物代码071-002-08）列入国家危险废物名目内，随着国家的法津法规日益健全，地方政府环保要求的提高和油田环保意识的增强，钻井液不落地技术方法的发展势在必行。
目前，国内外钻井液废弃物处理技术主要有：简单处理排放、回注地层、异地集中处理、回填、坑内密封、土地耕作、固化、固-液分离、焚烧、微生物处理等。但这些处理方法普遍存在经济效益与环境效益不能两全的问题：环境效益好的方法，经济成本太高；经济成本低的，往往达不到环保要求。如回注地层、土壤耕种的方法，虽然能同时满足经济与环境双重效益，但局限性大，无法普及推广；固化法占地面积大，处理成本高，环境风险依然较大。此外，上述各方法对被处理的钻井液废弃物有不同的要求，并不适用于所有的钻井液废弃物处理。
据报道，已有关于钻井液不落地的固液分离方法的报道，采用泥浆罐代替挖地泥浆池进行钻井液废弃物的收集和循环，可随钻即时处理，不存在外排污水，实现钻井液废弃物的不落地循环处理，从根本上消除了钻井液废弃物对环境的污染，钻井液废弃物经回收处理可以重复利用，该项技术变“末端治理”为“全过程控制”。
目前，广泛使用的钻井液是以膨润土为基质，辅加降粘剂、降滤失剂等添加剂。因此，目前的钻井液废弃物不落地处理研究通常是针对此类钻井液产生的废弃物，此类废弃物包括加重材料、化学处理剂、污水、污油及钻屑等，同时，由于膨润土在低剪切速率时具有较高的结构粘性，因此在对此类钻井液废弃物进行不落地处理时，需设置清水洗涤、化学絮凝，甚至超滤、反渗透等步骤以达到安全排放标准，如中国专利CN101690937A，中国专利CN101279811A，中国专利CN101319607A等中所记述的。在上述处理过程中引入的使钻井液废弃物脱稳，絮凝、分离的其它化学助剂，或者用来清洗固体的大量水，这些均在无形中增加了资源的消耗，同时增加新的废物污染，因此上述方法只是钻井液废弃物的转移而非真正意义上的循环使用。此外，上述专利文献中记载的超滤或反渗透处理净化已初步纯化的废液，得到符合排放标准的废水的方法，需额外增加过滤器及反渗透装置，这些装置及滤芯的更换不仅大大的增加了经济成本，而且这些设备占用大量空间资源，同时，废弃滤芯也会对环境造成二次污染。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种基于镶嵌屏蔽钻井液的循环钻井液固液分离方法。
本发明人经过锐意研究，得到一种不依托膨润土的镶嵌屏蔽钻井液。该钻井液是一种先进的高性能无黏土水基钻井液，其包括镶嵌屏蔽剂，增粘剂，加重剂及基础液，其中，镶嵌屏蔽剂是内部为刚性无机内核，如石英砂等，外部包覆如丙烯酰胺等弹性亲水性屏蔽膜的颗粒形成的网状凝胶，外形尺寸达到40～400μm，通过静电力和拖曳力，在钻屑表面发生多点吸附，形成隔离膜，由于镶嵌屏蔽剂具有弹性可变性和直径大于储层孔隙直径的特点，在压差的作用下，镶嵌屏蔽剂颗粒部分镶嵌入孔隙入口处，将孔隙封堵住，其余部分仍在孔隙外面，起到单向封堵的作用。其中，增粘剂为酚醛树脂类有机高分子聚合物；加重剂为可溶性盐类，包括无机盐和有机盐；基础液为淡水、本区回流污水、盐水或海水，上述各组分均不会造成环境污染，并且可利用回收循环钻井液中液相部分，真正实现循环钻井液不落地循环利用。
在钻井的过程中镶嵌屏蔽剂、增粘剂、加重剂及基础液等可随循环钻井液一同被带回至井筒，经简单处理后即可再次利用。
通过使用镶嵌屏蔽钻井液，循环钻井液能容易地通过机械方法分离，固相回收利用，液相回收循环用于配制镶嵌屏蔽钻井液，真正实现钻井液不落地目标。
本发明提供的循环钻井液不落地固液分离方法是基于上述镶嵌屏蔽钻井液的优良特性，所采用的镶嵌屏蔽剂使钻井液体系抗油、盐污染并始终保持优异的性能是保证本发明顺利实施的关键。
本发明的目的在于提供如下技术方案：
（1）一种循环钻井液不落地的固液分离方法，所用循环钻井液是指通过使用以下镶嵌屏蔽钻井液钻井得到的含有钻井废弃物的钻井液，所述镶嵌屏蔽钻井液包括以下重量含量的组分：
镶嵌屏蔽剂 0.2%-8.5%，
增粘剂 0-5%，
加重剂 0-8%
余量为基础液，
其中，所述重量含量是指所述组分基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分比；
所述基础液为淡水、本区回流污水、盐水或海水；
所述镶嵌屏蔽剂通过以下方法制备：
将100重量份份刚性无机内核、500-2600重量份单体、50-300重量份引发剂和30-300重量份分散剂等加入到水中，升温至60℃-90℃，反应完成后形成长链聚合物，烘干得到镶嵌屏蔽剂，
其中，
所述刚性无机内核选自石英砂或硅酸盐矿物，
所述单体为丙烯酰胺，
所述引发剂选自：酰类过氧化物如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰等，或者酯类过氧化物如过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯；
所述分散剂选自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇或古尔胶等，
所述加重剂为可溶性盐类，包括无机盐和有机盐，优选NH4Cl、KCl、KHCO3、NaCl、MgCl2、CaCl2、ZnCl2、ZnBr2等，更优选NH4Cl、KCl、KHCO3；
所述增粘剂为酚醛树脂类有机高分子聚合物；
该方法包括以下步骤：
A.循环钻井液经主振动筛脱除作为较大粒径固相的大颗粒钻屑，实现固液一次分离，收集较大粒径固相，一次分离后的液相导入除砂器；
B.一次分离后的液相经除砂器中的旋流除砂器实现钻屑凝胶吸附体中镶嵌屏蔽剂与钻屑的解吸附及固液二次分离，回收上部液相，调节旋流除砂器的液体出口阀门至底流为伞状流，从砂器底部出排出二次分离后的固相至除砂器中的除砂振动筛；
C.二次分离后的固相在伞状流作用下经除砂器中的除砂振动筛脱除粒径较小固相并收集粒径较小，回收液相进入循环管道，实现固液三次分离。
（2）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述镶嵌屏蔽钻井液包括重量含量为2%-5%的镶嵌屏蔽剂，所述重量含量是指镶嵌屏蔽剂基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分比。
（3）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述镶嵌屏蔽钻井液包括重量含量为0-5%的增粘剂，所述重量含量是指增粘剂基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分比。
（4）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述镶嵌屏蔽钻井液包括重量含量为1%-8%的加重剂，所述重量含量是指加重剂基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分比。
（5）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述循环钻井液还包括一种或多种其他助剂，所述助剂可以为润滑剂，所述润滑剂可以是固体润滑剂或液体润滑剂。
（6）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述镶嵌屏蔽剂粒径分布为4～400μm，优选平均粒径在50μm左右。
（7）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述主振动筛筛布目数为30-40目。
（8）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述除砂振动筛筛布目数为250-300目。
（9）根据如上（1）中所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，将步骤B和步骤C中分离出的液相集中至回流槽，循环至钻井液槽，用于重新配制镶嵌屏蔽钻井液。
井场所有的污水：包括清洗设备排出的污水、含油污水、地表含盐污水都可回收并用于配制镶嵌屏蔽钻井液。
通过以上各环节，完成本发明。
具体而言，
根据本发明提供的一种循环钻井液不落地固液分离方法，具有以下优点：
1.环境效益
（1）不跑浆、不排浆，废水全部回收配制维护胶液，包括清洗设备排出的污水、含油污水、地表含盐污水均可回收再利用，无废水排放，不产生新的废水；
（2）从源头上抑制钻屑水化、显著减少污染物的产生，污染物总量仅为膨润土体系的1/4-1/3；
（3）固相控制以除砂器为主，振动筛仅起辅助作用，甚至可以不使用固液分离机，整个固控体系更加简洁，对现场场地要求低；
2.经济效益
（1）污染物的处理随钻进行，完钻后所有设备、人员可马上投入下一口井，不增加时间和人工成本；
（2）节约固控和环保成本：节约传统泥浆体系中挖坑、钻屑处理固化、泥浆运输、废水、废液处理等成本，在环保要求严格地区效益更加明显，不需要额外增加污水处理设施和其他大型设备，显著降低设备成本；
3.使用效益
（1）钻井液循环利用：实现循环利用后每口井平均比常规钻井液低30%；
（2）提高效率：低固相提高转速，同时降低事故率，减少钻井整体时间30%以上；
（3）储层保护：提高油气层产量。
附图说明
图1根据本发明方法优选的循环钻井液不落地的固液分离方法的工艺流程示意图
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
根据本发明提供的镶嵌屏蔽剂具有以下优点：①良好的弹性和一定的可变形性，在压差作用下会发生弹性变形，以适应不同形状和尺寸的孔喉，对较宽尺寸的孔喉产生良好的封堵作用，减少钻井液滤失量；②抑制粘土的水化分散，具有良好的防塌作用，油层保护效果良好；③与钻井液和其它处理剂的配伍性好，不起泡；④良好的硬度，在机械力作用下如振动可容易地与钻屑如石块、污泥等分离，便于回收利用；⑤无毒、有利于环境保护，镶嵌屏蔽钻井液脱离了粘土分散体系理论，粘土在该体系中不分散，镶嵌屏蔽剂抗盐抗钙能力强，抗各种污染的能力强。
在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1中所示，提供一种循环钻井液不落地固液分离的方法，包括以下几个步骤：
（1）循环钻井液经主振动筛初步脱除作为较大粒径固相的大颗粒钻屑，实现固液一次分离，一次分离后的液相导入除砂器中的旋流除砂器，其中，主振动筛筛布选择30-40目，使细砂或细泥岩颗粒易于通过，杜绝跑浆现象；此外，开启循环必须经过主振动筛，避免大循环坑造成地表污染；其中，由主振动筛分离得到的固相可通过固液分离机进行进一步固液分离，从而回收更多的液相物质；
（2）一次分离后的液相经旋流除砂器实现钻屑凝胶吸附体中镶嵌屏蔽剂与钻屑的解吸附及固液二次分离，回收上部的液相，二次分离后的固相排出至除砂振动筛，调节旋流除砂器的液体出口阀门至底流为伞状流，以便强制排出有害固相，同时防止除砂器底流干堵，导致固控失败；
（3）二次分离后的固相在伞状流作用下经除砂振动筛脱除粒径大于加重剂的所有固相，同时回收镶嵌屏蔽剂等液相有益材料，实现固液三次分离，其中，除砂振动筛筛布选择250-300目，以脱除粒径大于加重剂的所有固相；其中，更优选地，由除砂振动筛分离得到的固相可通过固液分离机进行进一步固液分离，从而回收更多的液相物质；
（4）将以上各步骤中分离出的固相集中、回收，用于铺路、奠基等；同时，将步骤（2）和步骤（3）中回收的液相集中至回流槽，全部循环至钻井液槽，用于重新配制钻井液。
在本文中，所用术语“钻屑凝胶吸附体”是指，镶嵌屏蔽剂及其包覆的钻屑形成的整体。
实施例
实施例1镶嵌屏蔽剂的制备
将100g粒径为40-50μm的石英砂、2000g丙烯酰胺单体、260g过氧化苯甲酰和200g十二烷基硫酸钠加入到水中，升温至60℃，反应3小时，烘干得到镶嵌屏蔽剂A。
实施例2镶嵌屏蔽剂的制备
以与实施例1相同的方法制备镶嵌屏蔽剂B，区别仅在于使用100g粒径为100μm的石英砂。
实施例3镶嵌屏蔽剂的制备
将100粒径为200-250μm的石英砂、1200g丙烯酰胺单体、150g过氧化叔戊酸叔丁基酯和100g三乙基己基磷酸加入到水中，升温至70℃，反应完成后形成长链聚合物，烘干得到镶嵌屏蔽剂C。
实施例4镶嵌屏蔽剂的制备
以与实施例1相同的方法制备镶嵌屏蔽剂D，区别仅在于升温至80℃。
实施例5钻井液的制备
将4g超钙、4g上述镶嵌屏蔽剂A、0.1gNH4-PAN（水解聚丙烯铵盐）和91.9g饱和盐水在100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。
实施例6钻井液的制备
将92g饱和盐水、4.0g上述镶嵌屏蔽剂B和4.0g800目细钙混合，在100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。
实施例7钻井液的制备
将88.9g淡水、3g食盐、0.2g NH4Cl、4g上述镶嵌屏蔽剂C和4g500目超钙混合，在100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。
实施例8钻井液的制备
将77.5淡水、5g膨润土、1gBaSO4、2g固体石墨润滑剂、3g聚合醇润滑剂、4g乳化沥青、2gKFT-2、3gSMP-2、2.5g上述镶嵌屏蔽剂D混合，在100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。
实施例9循环钻井液的固液分离
将上述实施例5-8中所得钻井液用于气田钻井，得到各自的钻井液循环浆，将所得废弃物经如下方法进行分离：
A.循环钻井液经主振动筛脱除作为较大粒径固相的大颗粒钻屑，实现固液一次分离，收集较大粒径固相，一次分离后的液相导入除砂器；
B.一次分离后的液相经除砂器中的旋流除砂器实现钻屑凝胶吸附体中镶嵌屏蔽剂与钻屑的解吸附及固液二次分离，回收上部液相，调节旋流除砂器的液体出口阀门至底流为伞状流，从旋流砂器底部出排出二次分离后的固相至除砂器中的除砂振动筛；
C.二次分离后的固相在伞状流作用下经除砂器中的除砂振动筛脱除粒径较小固相并收集粒径较小固相，回收液相进入循环管道，实现固液三次分离。
在分离过程中，不跑浆、不排浆，分离效果好，粒径大于加重剂的所有固相均被分离出来并现场运至使用地，没有造成污染，液相和分离过程中产生的废水被有效回收，用于配制维护钻井液，解决现场用水困难。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于：
所用循环钻井液是指通过使用以下镶嵌屏蔽钻井液钻井得到的含有钻井废弃物的钻井液，所述镶嵌屏蔽钻井液包括以下重量含量的组分：
镶嵌屏蔽剂 0.2％-8.5％，
增粘剂 0-5％，
加重剂 1-8％
余量为基础液，
其中，所述重量含量是指所述组分基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分比；
所述基础液为淡水、本区回流污水、盐水或海水；
所述镶嵌屏蔽剂粒径分布为4～400μm，
所述镶嵌屏蔽剂通过以下方法制备：
将100重量份刚性无机内核、500-2600重量份单体、50-300重量份引发剂和30-300重量份分散剂加入到水中，升温至60℃-90℃，反应完成后形成长链聚合物，烘干得到镶嵌屏蔽剂，
其中，
所述刚性无机内核为石英砂，
所述单体为丙烯酰胺，
所述引发剂选自：过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰，或者过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯；
所述分散剂选自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇或古尔胶，
所述加重剂为NH4Cl、KCl或KHCO3，
所述增粘剂为酚醛树脂类有机高分子聚合物；
该方法包括以下步骤：
A.循环钻井液经主振动筛脱除作为较大粒径固相的大颗粒钻屑，实现固液一次分离，收集较大粒径固相，一次分离后的液相导入除砂器，其中，所述主振动筛筛布目数为30-40目；
B.一次分离后的液相经除砂器中的旋流除砂器实现钻屑凝胶吸附体中镶嵌屏蔽剂与钻屑的解吸附及固液二次分离，回收上部液相，调节旋流除砂器的液体出口阀门至底流为伞状流，从旋流除砂器底部出排出二次分离后的固相至除砂器中的除砂振动筛，其中，所述除砂振动筛筛布目数为250-300目；
C.二次分离后的固相在伞状流作用下经除砂器中的除砂振动筛脱除粒径较小固相并收集粒径较小固相，回收液相进入循环管道，实现固液三次分离；
将步骤B和步骤C中分离出的液相集中至回流槽，循环至钻井液槽，用于重新配制镶嵌屏蔽钻井液，
由除砂振动筛分离得到的固相可通过固液分离机进行进一步固液分离，从而回收更多的液相物质。
2.根据权利要求1所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述镶嵌屏蔽钻井液包括重量含量为2％-5％的镶嵌屏蔽剂，所述重量含量是指镶嵌屏蔽剂基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分比。
3.根据权利要求1所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述循环钻井液还包括一种或多种其他助剂，所述助剂为固体润滑剂或液体润滑剂。
4.根据权利要求1所述的循环钻井液不落地的固液分离方法，其特征在于，所述镶嵌屏蔽剂平均粒径在50μm左右。
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