基于钻井岩屑评价水平井地层力学性质——以鄂尔多斯盆地太原组灰岩为例

鄂尔多斯盆地太原组致密灰岩气藏储层开发潜力高,规模化开发建产依赖于分段体积压裂技术。水平井井段取心难度大、成本高,难以获取全井段力学性质以支撑压裂方案精细优化,但全井段钻井岩屑可轻易获取。文章创新性地提出了一种基于钻井岩屑评价水平井地层力学性质的方法。通过开展井下岩心的单轴/三轴压缩实验和纳米压痕测试,明确灰岩的微观组分模型,研究单一组分响应与宏观整体响应的关系。针对同井同深度的钻井岩屑和井下岩心开展网格化纳米压痕测试,标定钻井岩屑与井下岩心力学性质的关系,基于钻井岩屑建立水平井地层力学性质连续剖面。应用实例表明,基于钻井岩屑的纳米压痕测试,有利于精细化表征水平井地层岩性和连续反演水平井地层的静态弹性模量分布,为水平井地层压裂甜点识别、压裂段簇及射孔优化提供基础数据。研究结果证明了基于钻井岩屑表征地层岩石力学性质的可行性,为水平井全井段储层力学性质剖面的建立提供新思路,有助于水平井密切割压裂方案的精细优化。

聚磺钻井岩屑制备烧结砖环境风险分析

目的以四川盆地聚磺钻井岩屑为研究对象,分析其经固化处理或破胶絮凝+机械分离后剩余固相的污染特性,并在此基础上评估利用聚磺钻井岩屑制备烧结砖所产生的环境风险。方法采用Texas模型和HJ/T 299—2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》,评价聚磺钻井废弃物经固化处理或破胶絮凝+机械分离后剩余固相的污染特性和制备烧结砖环境风险。结果经过预处理后的聚磺钻井废弃物中重金属锌、钡含量相对较高,作为原料按一定掺配比制备烧结砖时排放的烟气中非甲烷总烃质量浓度为2.4~23.7 mg/m^(3),重金属、二噁英的含量也远低于GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》、GB 18484—2020《危险废物焚烧污染控制标准》与GB 30485—2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》要求,烧结砖可浸出重金属含量也低于GB/T 14848—2017《地下水质量标准》的Ⅲ类标准限值。结论利用聚磺钻井废弃物为原料制备烧结砖环境风险整体可控。聚磺钻井岩屑制备烧结砖环境风险评估研究结果可为国家政策文件的修订提供理论依据,助力环境管理部门和油气开发企业降本增效,同时推动我国油气绿色高质量开发。

海上废弃钻井岩屑淋洗污染实验研究

为了保证渤海油田钻井岩屑在处理、资源化等环节的生态安全性、环境友好性、无害性,通过开展岩屑淋洗处理和土壤污染实验,对处理后的岩屑进行了危险性鉴别,并对比了绿化种植土壤的相关标准。结果表明:淋洗后的钻井岩屑不具有环境危害性,且浸出毒性物质含量均未超出含量限值,淋洗后钻井岩屑经过调质后其重金属及各项指标已满足《绿化种植土壤》(CJ/T 340—2016)标准中的Ⅱ级要求。该研究为渤海油田钻井岩屑的环境风险管控及资源化利用提供有效途径和策略。

水基钻井岩屑细集料取代率对水泥混凝土性能影响研究

为解决页岩气开采过程中产生的水基钻井岩屑资源化问题,以水基钻井岩屑作为研究对象,对其在水泥混凝土中的性能进行了研究。对不同水基钻井岩屑细集料取代率和不同水灰比的水泥混凝土分别进行了力学性能以及抗冻性试验研究。研究表明,在水基钻井岩屑取代部分细集料的不同水灰比水泥混凝土中,随着取代率的增加,其力学性能呈现不同的下降趋势。其中,抗压强度在取代率为15%时有回升,抗弯强度在取代率为5%~15%时有回升,劈裂抗拉强度呈现不断减小的趋势。水泥混凝土的抗冻性能随着水基钻井岩屑取代率的增加而加速劣化,水基钻井岩屑取代率应控制在15%以内。综合考虑,取代率为5%~15%的水基钻井岩屑可以考虑被应用在水泥混凝土中。

不同配比钻井岩屑路基材料的性能研究

为分析半刚性路基材料中掺入钻井岩屑混合料后的性能,通过室内试验的方法来进行研究,研究内容包括原材料的性质及选择、钻井岩屑路基材料配合比的设计及性能分析。研究结果表明:随着钻井岩屑含量的增加,结合料性能将会变差,钻井岩屑对结合料会产生不利的影响。当钻井岩屑的含量不大于水泥掺量时,对结合料性能的影响较小;超过水泥含量(6%)时,对结合料性能的影响较大。

油气田开采钻井岩屑分类利用处置现状及环境管理

油气开采过程会产生大量水基钻屑和少量油基钻屑。当前,油气田钻井岩屑大多采用不落地处理工艺进行初步收集处理。钻井岩屑通常具有较高的pH、盐离子浓度、COD和含油量(油基钻屑)等,其合理处理处置是油气田绿色发展面临的一大难题。对比分析了国内外钻井岩屑的环境管理现状,系统梳理了我国钻屑环境管理方面存在的问题。同时,基于钻井岩屑污染特性综述了其后续资源化与无害化技术的研究和应用现状,并分析了各技术优缺点和处理效果。最后,对我国钻屑利用与处置提出了“建立水基钻屑分级分类管理制度、完善钻屑利用处置过程环境管理体系和加强钻屑源头减量和末端利用”的对策建议。

油气田钻井岩屑资源化适用标准分析

针对制约油气田钻井岩屑资源化利用的适用标准问题,结合钻井岩屑基本特征及资源化方式,通过对相关现行标准的分析,梳理了钻井岩屑资源化适用标准,旨在为油气田企业钻井岩屑的有效处置提供一定的参考。

钻井岩屑回注目的层优选方法浅析

随着油基钻井液的大量使用,大量的钻井废弃物产生且无法处理。常规的处理方法无法满足日益严苛的环保要求。岩屑回注技术是解决该问题的有效方法,而岩屑回注的首要任务是筛选回注目的层。回注目的层筛选受多种因素的影响,如回注方式、回注量、回注层物性以及当地的法律法规等。通过对国内外岩屑回注施工经验总结和相关研究调研发现,岩屑回注目的层优选浅层的高渗透率的砂岩地层,其次要具备隔离能力的盖层,同时注入点要具备远离现有井、断层和大规模裂缝的区域。

烧结温度对掺加二次铝灰及钻井岩屑制备陶粒支撑剂性能的影响

目的钻井岩屑作为油气开发过程中所产生的固体废物,产生量巨大且资源化利用途径单一。使用钻井岩屑及二次铝灰协同制备水力压裂用陶粒支撑剂,不仅可有效拓宽钻井岩屑资源化利用途径,而且还可降低油气开发生产成本。方法采用二级铝矾土为主要原料,添加质量分数分别为20%的钻井岩屑和10%的二次铝灰,甲基纤维素作为黏结剂,于不同烧结温度下制备了低密度高强度压裂用陶粒支撑剂,研究烧结温度对支撑剂结构、晶相组成及其产品性能的影响。结果钻井岩屑须经预处理,以降低岩屑中有机物对后续生胚烧结的影响。当烧结温度为1300℃时,其主晶相为刚玉,次晶相为钡长石,支撑剂的体积密度为1.45 g/cm^(3),52 MPa闭合压力下破碎率为5.26%,满足SY/T 5108-2014《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》对0.38 mm/0.25 mm支撑剂的质量要求。结论烧结温度是制备陶粒支撑剂的关键控制参数。随着烧结温度的增加,支撑剂内部产生的液相将逐渐增多,有利于加快扩散和增大传质速率,促进支撑剂的致密化,但过多的液相则会导致支撑剂膨胀变形,对抗破碎能力产生不利影响。以钻井岩屑、铝灰、铝矾土为原料,适宜的烧结温度建议为1260~1300℃。

水基钻井岩屑对土壤的环境风险评价分析

对水基钻井岩屑环境风险的研究通常主要集中在特征污染物的含量测定和标准对比,缺乏对不同井段、不同钻井液体系水基钻井岩屑细化分类后的环境风险分析。文章系统研究了不同条件下水基钻井岩屑对土壤的环境风险,明确了主要污染物质的迁移方式和转化途径。依照土壤质量标准对不同条件下的水基钻井岩屑进行重金属、有机物等主要污染物的测定分析,明确了深层、浅层钻井岩屑环境风险性的差异,同时对主要污染物溯源,分析污染物进入环境水系统的可能性。结果表明,无论是重金属含量、有机污染物含量还是浸出液特征污染物含量,在深层、浅层水基钻井岩屑中均具有较大差异,从地层矿物组成来看,环境风险仅集中在深层的钻井岩屑中,挥发性有机物虽广泛存在于水基岩屑,但含量很低,而浸出液的污染指标则需重点关注。研究发现,深层、浅层水基岩屑的环境风险差异明显,采用分质分类精细化处理水基岩屑具有原理上的可行性。

水基钻井岩屑烧结砖的制备及性能研究

以水基钻井岩屑(水基钻屑)为原料替代部分页岩制备烧结砖,分析了水基钻屑的化学成分、矿物组成以及热重性能,通过单因素实验确定了水基钻屑掺量、烧结温度、保温时间对烧结砖抗压强度、吸水率、体积密度、线性收缩率等的影响。结果表明,在水基钻屑掺量20%,烧结温度1000℃,保温时间2 h的情况下制得的烧结砖抗压强度为20.34 MPa,吸水率为17.08%,体积密度1.764 g/cm^(3),线性收缩率3.32%。XRD与SEM分析发现,水基钻井岩屑因为石英含量较少,物理性能会随着其掺量增大而显著降低。烧结温度过高和保温时间过长也会导致烧结砖过烧现象的发生,体现在微观上液相大量增加,宏观上则表现为体积密度、抗压强度降低以及吸水率、线性收缩率增大。

承包商视角下水基钻井岩屑处理资源化方案比选 --以川渝地区为例

天然气作为一种清洁能源是实现碳达峰、碳中和的现实路径,加大天然气的开发利用必然要钻打更多的生产井,并将产出大量废弃泥浆和岩屑。以川渝地区为例,从承包商视角对水基钻井液钻井过程中产生的水基钻井岩屑的处理方案进行研究,以经济最优化为目标,对比分析固化混拌制砖工艺和破胶压滤制砖工艺两种水基钻井岩屑处理资源化方案的经济性。固化混拌制砖工艺中,破胶剂加入量为11 kg/m^(3),破胶处理后固化剂的加量优选为待处理水基钻井岩屑质量的10%;破胶压滤制砖工艺中,破胶剂加入量为19 kg/m^(3),在0.8 MPa压力下进行压滤。对固化混拌制砖工艺和破胶压滤制砖工艺两种方案进行主要成本计算结果表明,当承包商的工程处理量>2100 m^(3)时,采用破胶压滤制砖工艺方案更具优势,反之固化混拌制砖工艺方案更优。

废弃油基钻井岩屑焚烧处理基础

废弃油基钻井岩屑是钻井过程中产生的固体废物,是含有矿物油、酚类化合物及重金属的复杂多相体系,已被列入国家危险废物名录。为了给废弃油基钻井岩屑资源化利用提供依据,实验研究了废弃油基钻井岩屑的含油率、含水率、高位热值、元素含量及焚烧特性。结果表明:废弃油基钻井岩屑的含渣率为74.006%,含油率为18.71%,高位热值为8 000~9 000 J/g,可以在不需要辅助燃料的条件下稳定燃烧;废弃油基钻井岩屑的总硫含量为5.30%,可燃物组分全硫含量的平均值为1.25%,氮含量也较低,因此燃烧产生的氮氧化物及硫氧化物气体的排放量不大;氯含量为0.3467%,产生二噁英机率较小;焚烧后的灰渣中重金属含量较低,可以回填利用。

钻井岩屑粒径分布规律的研究

钻井振动筛是固控系统的重要分离设备,其主要任务是清除钻井液中直径大于74μm的固相颗粒。对辽河油田7口井深0～3500m的钻井岩屑进行了实地取样,分析了岩样颗粒直径大于74μm的粒径分布特征。分析结果表明,钻井岩屑具有明显的片状特征,颗粒的粒径分布主要与地层岩性和破岩工具有关,随着井深的变化,其岩样粒径分布呈现出幂分布、2分布和瑞利分布等3组典型规律。给出了岩屑颗粒的概率直径;建议在筛面颗粒运动特性研究、筛网工作载荷的计算和激振方式的选择中,应考虑岩屑颗粒片状特性的影响。

钻井岩屑废弃物固化稳定化技术研究

钻井岩屑是油气田开采过程中产生的固体废弃物,其可能含有重金属、有机物等污染物,若处理不当,将会对土壤和地下水环境产生危害。通过"以废治废"的研究思路,在水泥作为固化剂的前提下,添加高炉渣,采用混料均匀设计的实验方法,研究水泥添加量、高炉渣添加量、岩屑添加量、水添加量等实验因素对固化体强度和浸出毒性的影响。结果表明,通过合适的物料配比,固化体强度可达到10 MPa以上,固化体浸出毒性满足地表水环境质量标准V级要求,从而实现对钻井岩屑的无害化、资源化的利用。

海上水基钻井岩屑制备硅酸盐水泥试验研究

目的针对海上水基钻井岩屑回收上岸的末端处置难题,采用水基钻井岩屑作为原料开展了制备水泥熟料的可行性研究。方法考察了不同煅烧温度对水泥熟料性能的影响,并确定了最佳制备工艺。结果在最佳制备工艺条件下(KH=0.92、SM=2.18、IM=1.61,950℃保温30 min,煅烧温度1400℃,保温40 min),水泥熟料性能满足GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》要求(f-CaO<1%,0.8μm筛余量为0.76%,初凝时间168 min,终凝时间282 min,28天抗压强度45.86 MPa),重金属浸出含量低于GB 30760-2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》限值。结论内掺水基钻井岩屑不仅降低了水泥熟料的烧成温度,而且未改变水泥熟料的主要矿物相,从而为海上油气田水基钻井岩屑回收上岸后的资源化处置提供参考。

海上钻井岩屑制备免烧砖及机理研究

为解决海上钻井岩屑上岸后末端处置问题,探讨了利用海上钻井岩屑制备免烧砖的可行性。以渤海钻井岩屑为例,测试了其化学组成、粒径分布,并评估火山灰活性。考察了钻屑掺量对免烧砖抗压强度、吸水率、软化系数以及抗冻融性能的影响。分析了免烧砖强度形成机理,测试了最佳条件下污染物浸出特性。结果表明:免烧砖中钻井岩屑与水泥水化产生的水化硅酸钙、钙钒石等物质相互胶结形成致密结构,保证了砖体基本性能,同时少量参与二次水化反应,在一定程度上弥补了砖体性能损失。钻井岩屑的最佳掺量为20%,所制备的免烧砖性能符合JC/T 422—2007《非烧结垃圾尾矿砖》MU15等级要求;最佳条件下试样浸出液呈碱性,COD符合GB 8978—1996《污水综合标准》Ⅰ级标准要求,氯化物去除率达92.3%。

新型钻井岩屑清洗机的研究与设计

在分析研究钻井岩屑清洗技术的基础上,根据现场要求设计了新型钻井岩屑清洗机。压力水流以喷射冲洗的方式对岩屑进行淘洗,提高了岩屑清洗的质量和效率。还对微滤膜技术在污水处理方面的应用以及超声波技术在工业领域的应用进行了深入研究,提出综合采用超声波和微滤膜两项技术处理废水的工作原理,并基于此原理设计出一套超声波微滤膜净化处理装置(轴向过滤),实现了清洗用水的循环利用。研制的钻井岩屑清洗机采用的清洗方法和超声波微滤膜水处理装置经现场实际应用证明,具有一定的实用价值。

钻井岩屑清洗机设计与开发

在分析钻井岩屑清洗技术的基础上,根据现场要求设计开发了新型钻井岩屑清洗机。压力水流以喷射冲洗方式对岩屑进行淘洗,提高了岩屑清洗的质量和效率;采用超声波微滤膜净化处理装置处理废水,实现了清洗用水的循环利用。

不同处理工艺页岩气钻井岩屑的污染特性

为探究不同处理工艺对页岩气钻井岩屑的处理效果,对重庆市某区域典型页岩气钻井岩屑处理后产生的水基残渣和油基残渣进行采样,系统分析钻井岩屑经不同处理工艺处理前后其特征污染物(重金属、PAHs及石油烃)的残留水平及变化规律.结果表明:热解析与回转窑焚烧结合工艺对油基钻井岩屑中重金属的去除效果较优,热解析与回转窑焚烧结合工艺、单一热解析工艺、热解析与电解结合工艺均可有效去除油基钻井岩屑中的2~4环PAHs以及石油烃中的轻质组分,3种工艺对钻井岩屑中PAHs的去除率分别为72.5%、95.3%、93.0%,对石油烃的去除率分别为90.0%、93.9%、93.2%.采用固液分离+压滤脱水的方式处理水基钻井岩屑,会导致重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、As)和2~4环PAHs在水基残渣中的累积.处理后水基残渣和油基残渣中重金属、PAHs和石油烃含量均未超过GB 5085.6-2007《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》标准限值,重金属和PAHs含量均满足GB 36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》要求.研究显示,经热解析为主体的工艺处理后,钻井岩屑中的特征污染物可得到有效去除,具有较好的资源化利用潜力.