阅读说明：本技术 一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺 (Blending process of waste water-based drilling fluid for oil and gas exploration drilling ) 是由 张坤 周华安 陈立荣 罗宇峰 邓宇 蒋学彬 李辉 于 2020-03-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺,其包括对废弃水基钻井液进行处理的步骤和改造胶液制备步骤；以质量百分比计,在清水中加入0.5～2%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5～1.0%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5～1%封堵润滑剂DHD、1～2%磺化酚醛树脂SMP-1和1～3%KCl,其余为清水；然后将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照20～30：80～70进行混合,完成对废弃水基钻井液的调配。采用本工艺方法,使得废弃钻井液具有良好的流变性、较高的润滑性、较好的稳定性,较强的抗温、抗膏盐、抗盐水污染能力,并且易于维护处理。(The invention discloses a blending process of waste water-based drilling fluid for oil-gas exploration drilling, which comprises the steps of treating the waste water-based drilling fluid and preparing modified glue solution; according to the mass percentage, 0.5-2% of potassium humate KHm, 0.2% of NaOH, 0.2% of CaO, 0.5-1.0% of zwitterionic polymer viscosity reducer CJ5-1, 0.5-1% of blocking lubricant DHD, 1-2% of sulfonated phenolic resin SMP-1 and 1-3% of KCl are added into clear water, and the balance is clear water; then mixing the prepared modified glue solution with the treated waste water-based drilling fluid according to the weight ratio of 20-30: 80-70, and finishing the blending of the waste water-based drilling fluid. By adopting the process method, the waste drilling fluid has good rheological property, higher lubricity, better stability, stronger temperature resistance, paste salt resistance and saline water pollution resistance, and is easy to maintain and treat.)

一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，确切地说涉及一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺。

背景技术

作为石油天然气钻井过程中的血液，钻井液是保证其正常运行不可或缺的，它能起到平衡地层压力、携带和悬浮钻屑、清洗井底、保护井壁、冷却和润滑钻具以及传递动力等作用。为保障这些作用的发挥,钻井液通常需加入各种有机和无机钻井液处理剂，如褐煤、磺化丹宁、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钾、部分水解聚丙烯酰胺、两性离子聚合物、磺化酚醛树脂、腐植酸的磺甲基衍生物、磺化或乳化沥青等及油类、碱、表面活性剂、稀释剂等，使其性能优质、稳定，保障钻井作业的正常安全进行，特别是西南油气田常规井探区地质构造复杂，加之所钻井深较深，平均达4500m左右，为确保安全快速钻井，需使用高性能钻井液体系并需其性能优质、稳定，进而通常需加多种不同处理剂进行维护，最终形成的钻井液组分性质复杂，配置成本费用高，一般达每方1000元/m³左右。但在石油与天然气的钻探过程中，将产生大量的废弃钻井液,西南油气田少者1口井200～300m³，多者达1000m³左右，主要是在钻井作业完成后，存留在作业现场的废弃物大多数是废弃的钻井液，由于石油钻井的野外作业特征，施工现场所有的废弃物几乎全部排放积存于废弃钻井液储存坑内或储存罐中，这使得钻井废弃物中的有害成分复杂化，最终形成一种由粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等组成的多相悬浮性的废弃钻井液。

废弃钻井液一般呈碱性，pH值在8.5～12之间，有的可达13以上，外观一般呈粘稠流体或半流体状，具有颗粒细小、级配差不大、粘度大、含水率高(含水率约在80%～90%)、不易脱水等特性，且其自然干结过程缓慢，干结物遇水浸湿后易再度形成废弃钻井液，会对排放点及附近地带的土壤物性产生长期的不良影响。废弃钻井液中的固相含量高，主要为膨润土和有机高分子处理剂、粘土、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥砂及表层土等，固相颗粒粒度一般在0.01μm～0.3μm之间，即95%以上颗粒通过200目筛。

若要重复利用废弃钻井液，为了满足钻井作业的需要，必须对废弃钻井液进行改造，使得改造后的钻井液性能满足以下要求：良好的流变性以满足斜井段甚至水平井段的岩屑携带和井底清洁的需要；较高的润滑性以降低起下钻摩阻，避免井下事故和复杂的发生；较好的稳定性，抗温、抗膏盐、抗盐水污染能力，并且易于维护处理；较强的失水造壁性以稳定井壁，防止由于井壁水敏性造成井壁垮塌，以保证井下安全。

如公开号为CN106477758A，公开日为2017年3月8日的中国专利文献公开了一种页岩气压裂返排液处理回用方法，首先对水基压裂返排液进行一级气浮处理；一级气浮后出水投加阳离子型聚合物后进行二级气浮处理；二级气浮后出水投加碱性物质，充分反应后，经微滤过滤，除去大部分的高价金属离子；再经过中和处理，将pH调至6～9，即得到终产物配水液。经该方法处理后的返排液，COD去除率大于75％，油的去除率大于90％，浊度小于0.1NTU，高价金属离子的去除率大于70％，得到的配水液能够满足配制水基压裂液的要求。

以上述专利文献为代表的现有压裂返排液的回用处理，主要侧重于首先控制压裂返排液中的金属离子达标，然后加入一定比例的降阻剂形成最终注入地下的达标返排液。但是，其仍然没有很好地解决现有废弃钻井液所存在的流变性差、润滑性、稳定性差，抗温、抗膏盐、抗盐水污染能力弱，失水造壁性不够等技术难题。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺，采用本工艺方法，使得废弃钻井液具有良好的流变性、较高的润滑性、较好的稳定性，较强的抗温、抗膏盐、抗盐水污染能力，并且易于维护处理；较强的失水造壁性以稳定井壁，防止由于井壁水敏性造成井壁垮塌，以保证井下安全。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺，其特征在于包括对废弃水基钻井液进行处理的步骤和改造胶液制备步骤；所述的对废弃水基钻井液进行处理是控制废弃水基钻井液中的固相含量和含砂量；所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入0.5～2%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5～1.0%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5～1%封堵润滑剂DHD、1～2%磺化酚醛树脂SMP-1和1～3%KCl，其余为清水；然后将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照20～30：80～70进行混合，完成对废弃水基钻井液的调配。

所述的对废弃水基钻井液进行处理是将废弃钻井液经过振动筛、除砂器、除泥器以及离心机处理，控制废弃钻井液中的固相含量在钻井设计范围内，含砂量控制在0.5%以下。

所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入1.5%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、1%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、1%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和2%KCl；其余为清水。

所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入0.5%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和1%KCl；其余为清水。

所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入1%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和2%KCl，其余为清水。

所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入2%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、1%封堵润滑剂DHD、2%磺化酚醛树脂SMP-1和3%KCl；其余为清水。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明采用先对废弃水基钻井液进行控制废弃水基钻井液中的固相含量和含砂量处理，然后制备改造胶液，特别改造胶液采用“以质量百分比计，在清水中加入0.5～2%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5～1.0%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5～1%封堵润滑剂DHD、1～2%磺化酚醛树脂SMP-1和1～3%KCl其余为清水”这样特定的制备方法，然后将废弃水基钻井液与改造胶液混合，完成对废弃水基钻井液的调配，经过实施例7的实例验证，可知：改造后的钻井液性能满足以下要求：良好的流变性以满足斜井段甚至水平井段的岩屑携带和井底清洁的需要；较高的润滑性以降低起下钻摩阻，避免井下事故和复杂的发生；较好的稳定性，抗温、抗膏盐、抗盐水污染能力，并且易于维护处理；较强的失水造壁性以稳定井壁，防止由于井壁水敏性造成井壁垮塌，以保证井下安全。

2、本发明中，将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照20：80进行混合，完成对废弃水基钻井液的调配，经过实施例7的实例验证，可知其尤其适用于中深井的性能调整，调整后的钻井液改造浆满足钻井的需要，且具有良好的抗钙、盐污染能力，对现场废弃钻井液再利用具有指导作用。

3、本发明中，将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照30：70进行混合，完成对废弃水基钻井液的调配，经过实施例7的实例验证，可知其尤其适用于深井的性能调整，调整后的钻井液改造浆满足钻井的需要，且具有良好的抗钙、盐污染能力，对现场废弃钻井液再利用具有指导作用。

4、本发明中，所述的对废弃水基钻井液进行处理是将废弃钻井液经过振动筛、除砂器、除泥器以及离心机处理，控制废弃钻井液中的固相含量在钻井设计范围内，含砂量控制在0.5%以下。这样对废弃水基钻井液处理后，其性能最佳。

5、本发明中，所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入1.5%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、1%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、1%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和2%KCl；其余为清水。这样特定的具体值选择，参照实施例7的实例验证，可知改造胶液的各项性能最佳。

具体实施方式

实施例1

作为本发明一较佳实施方式，其公开了一种油气勘探钻井废弃水基钻井液调配工艺，其特征在于包括对废弃水基钻井液进行处理的步骤和改造胶液制备步骤；所述的对废弃水基钻井液进行处理是控制废弃水基钻井液中的固相含量和含砂量；所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入0.5%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和1%KCl；其余为清水；然后将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照20～30：80～70进行混合，完成对废弃水基钻井液的调配。

所述的对废弃水基钻井液进行处理是将废弃钻井液经过振动筛、除砂器、除泥器以及离心机处理，控制废弃钻井液中的固相含量在钻井设计范围内，含砂量控制在0.5%以下。

封堵润滑剂DHD如采用西安巨仝自动化设备有限公司所采用的“封堵润滑剂DHD”。

实施例2

在实施例1的基础上，所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入1%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、0.5%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和2%KCl；其余为清水。

实施例3

在实施例1的基础上，所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入1.5%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、1%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、1%封堵润滑剂DHD、1%磺化酚醛树脂SMP-1和2%KCl；其余为清水。

实施例4

在实施例1的基础上，所述的改造胶液制备步骤是：以质量百分比计，在清水中加入2%腐殖酸钾KHm、0.2%NaOH、0.2%CaO、0.5%两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、1%封堵润滑剂DHD、2%磺化酚醛树脂SMP-1和3%KCl；其余为清水。

实施例5

在上述实施的基础上，最优的将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照20：80进行混合，完成对废弃水基钻井液的调配。该比例特别适用于对中深井废弃水基钻井液的处理。

实施例6

在上述实施的基础上，最优的将制备好的改造胶液与处理后的废弃水基钻井液按照30：70进行混合，完成对废弃水基钻井液的调配。该比例特别适用于对深井废弃水基钻井液的处理。

实施例7-验证实例

（1）室内研究调整用改造胶液配方和性能

通过大量实验，针对聚磺钻井液体系，选用该体系中配方中常用的处理剂配制改造胶液，其中的处理剂包括腐殖酸钾KHm、NaOH、CaO、西安巨仝自动化设备有限公司生产的两性离子聚合物降粘剂CJ5-1、磺化酚醛树脂SMP-1、封堵润滑剂DHD、腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物RSTF、磺化单宁SMT、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、阳离子乳化沥青SEB等并配合适量的水化坂土浆，配方及其对应性能见下表1。

测定各配方的改造胶液在50℃下的性能见下表2。

通过表2数据可以看出，因为改造胶液中未含有钻井液形成泥饼和粘切所必须的粘土，仅仅是在清水中加入聚合物、护胶剂、无机物等处理剂，因此，其失水量较大，粘度和切力较低，所形成的泥饼摩阻系数也较低，说明所配制的改造胶液流变性和润滑性能均很好。将所配制的改造胶液在90℃恒温条件下滚动16h后，于50℃测其性能见下表3。

通过表3中的数据可以看出，所配制的四种改造胶液在通过90℃恒温条件下滚动16h后，其性能变化不大，说明稳定性较好。综合以上的试验，得到如下改造胶液成果配方的范围：1～2%KHm+0.2%NaOH+0.2%CaO+0.5～1.0%CJ5-1+0.5～1%DHD+1～2%SMP-1+1～3%KCl，其中，3号改造胶液不论是流变性还是润滑性方面均较其它三个配方好，因此，将其作为下一步实验对象。

（2）现场废弃钻井液试样改造后基本情况

①现场废弃钻井液试样改造后性能:

选取合川区块部分井完井后的废弃钻井液作为实验对象，通过振动筛、除砂器、除泥器以及离心机处理后与优选出的第3号改造胶液进行体积比1:1的混合，然后将其加重至原废弃钻井液密度，以此形成新生钻井液，将其在90℃恒温条件下滚动16h后，于50℃测其性能见下表4。

从表4中的数据可以看出，废弃钻井液在通过一系列固控设备后，其中的劣质固相得到了很好的清除，采用该钻井液与改造胶液相混合后生成的在粘度和切力等方面均得到很大的改善，同时，其失水量、摩阻系数、固相含量和含砂量等方面也大大降低，完全符合现场钻井作业所要求的钻井液性能。

②现场废弃钻井液试样改造后抗污染评价

取上面的改造后废弃钻井液试样，进行抗污染能力评价。

a.改造后废弃钻井液试样抗CaSO₄污染能力评价试验

在表2改造浆的配方中，分别加入2%CaSO₄对其进行污染,测其性能见表5。

从表5可以看出，改造后废弃钻井液试样（改造浆），被2%CaSO₄污染后，性能变化还是不大，没有影响整体的流变性，说明其抗石膏污染能力强。

b.改造后废弃钻井液试样抗NaCl污染能力评价试验

在表4改造浆的配方中，分别使用3%的NaCl对该钻井液进行污染，试验数据见表6。

通过表6中的数据可知，改造浆被3%NaCl污染后，高温后的性能变化也不大，没有影响整体的流变性，说明其抗盐污染能力强。

2.废弃钻井液调整配方及性能评价结果

（1）废弃钻井液调整配方

①中深井废弃钻井液调整配方

②深井废弃钻井液调整配方

（2）废弃钻井液调整性能评价结果

针对现场废弃钻井液进行的一系列研究实验表明：研究形成的中深井、深井废弃钻井液调整配方适用于对废弃钻井液的性能调整，调整后的钻井液改造浆满足钻井的需要，且具有良好的抗钙、盐污染能力，对现场废弃钻井液再利用具有指导作用。