水基钻井液劣质固相控制及其现场应用

钻井液中黏土矿物水化细分散是导致钻井液低密度劣质固相含量增加的主要原因,为有效控制钻井液中低密度劣质固相含量增加,基于对低密度劣质固相产生及其控制原理研究,从黏土矿物粒径分布、晶层间距变化、红外光谱分析、对钻井液性能影响等四个方面开展了低分子胺类处理剂CQ-ATP对黏土水化细分散的影响分析。结果表明,CQ-ATP可进入黏土矿物晶层结构,保持黏土矿物干/湿样晶层间距数值相当,强化黏土矿物晶层结构连接,从而有效控制黏土水化细分散。现场应用证实,在钻井液中添加CQ-ATP后,钻进过程中振动筛返出岩屑颗粒尺寸大于1.7 mm占比70%以上,返出岩屑颗粒成型度好、尺寸大、PDC齿痕清晰可见,相较于钻井液中未添加CQ-ATP的邻井,应用井钻井液性能稳定、可控,完钻时钻井液低密度劣质固相含量可控制在6%左右。

长链烷烃季铵盐DODMAC对钻井液中劣质固相的絮凝作用

钻井液中亚微米颗粒含量对钻井液的性能影响很大,有必要研发有针对性的高效絮凝剂以清除钻井液中的亚微米劣质土,而尽量减少对膨润土等有用固相的絮凝。为实现上述目标,本文以高岭土和膨润土作为絮凝对象,通过Zeta电位、浊度分析、粒度分析和势能分析等方法,研究分析了长链烷烃季铵盐双十八烷基二甲基氯化铵(DODMAC)对钻井液中固相颗粒的絮凝效果及其絮凝机理。结果表明,质量分数0.2%高岭土分散液在pH=5附近达到等电位点,其表面电性及电量易受pH影响,而膨润土的电位相对更加稳定;DODMAC加量为42.86 mg/L时对高岭土颗粒的浊度去除率达到90%以上,继续增大加量后絮凝效果逐渐变差;而对膨润土的浊度去除率则随DODMAC加量的增加而增大,且在低加量下浊度去除率很低。通过调整DODMAC加量,可实现对劣质固相高岭土的选择性絮凝。DODMAC主要通过电性中和以及疏水絮凝作用降低高岭土颗粒势能,从而促进高岭土颗粒聚结絮凝,DODMAC加量过大后会使得高岭土颗粒表面电性发生反转且电位增大,导致高岭土颗粒间的静电斥力增大而易于分散;而在膨润土分散液中,DODMAC则通过吸附架桥方式作用于膨润土颗粒而促使其絮凝。

油基钻井液劣质固相絮凝剂双十六烷基二甲基氯化铵

劣质固相对油基钻井液的性能影响大,且由于其粒径小难以被固控设备清除。絮凝剂能通过絮凝作用增大劣质固相粒径,但几乎都用于水基钻井液而少有用于油基钻井液。以高岭土作为油基钻井液劣质固相,通过静置观察、浊度分析、显微镜观察等方法,研究了双十六烷基二甲基氯化铵(DCDAC)对高岭土的絮凝作用。结果表明,DCDAC能加快高岭土的沉降速度,当加量为5%时,高岭土在48 h后基本沉淀完毕;静置5 h后,高岭土悬浮液的浊度降低率接近80%;通过光学显微镜观察发现,当DCDAC加量不小于4%时,高岭土出现明显的团聚行为;通过体系实验发现,离心后油基钻井液的密度及固相含量与DCDAC加量成反比,固相清除率与DCDAC的加量成正比,塑性黏度与动切力随着DCDAC的增加呈现出先降低后增大的趋势,说明DCDAC对油基钻井液中的高岭土有良好的絮凝作用,可用于清除油基钻井液中的劣质固相。

可实现废弃水基钻井液再生利用的电化学吸附法

现有的固、液分离技术及设备均难以去除钻井液中粒径小于等于10μm的有害固相及超细微颗粒,钻井现场多采用无害化处理后填埋的方式处置,不仅资源化利用率偏低,还存在着二次污染的风险。为此,提出了采用电化学吸附法对废弃水基钻井液进行再生处理的技术思路:首先通过室内实验,在电吸附电极上施加电压,研究电压、吸附时间、膨润土浓度、极板间距及无机盐浓度对电吸附效果的影响;然后分别考察了4种常用无机盐(NaCl、KCl、CaCl_2、Na_2CO_3)在不同浓度下的电吸附极板对模拟钻井液中固相颗粒的吸附能力;最后在确定最佳电吸附条件的基础上,以国内某油田废弃聚磺钻井液为样品,验证其处理效果。结果表明:(1)电化学吸附法通过吸附去除水基钻井液中的劣质固相,实现了废弃水基钻井液的再生,提高了钻井废弃物的资源化利用率,同时也降低了后期钻井废弃物的处理量及成本;(2)含5%膨润土、2 g/LNaCl的模拟废弃钻井液最佳电吸附条件为吸附电压36 V、吸附时间5 min、极板间距5 cm;(3)上述样品经电化学吸附法处理后,1~10μm粒径劣质固相的去除率超过90%,表明该方法对于去除废弃聚磺钻井液中的劣质固相具有明显的效果。

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。

油酸酰胺型油基钻井液降黏剂作用机理

在基浆中分别添加不同类型的黏土,模拟地层土对钻井液黏度的影响,添加不同浓度的沥青降滤失剂模拟沥青对钻井液黏度的影响。结果表明,在基浆中分别添加5%有机土、15.5%沥青降滤失剂后基浆塑性黏度增加100%,动切力至少增加370%。在污染后的基浆中添加1%油酸酰胺型降黏剂后,可使混入黏土的基浆塑性黏度降低10%,动切力降低80%以上;添加15.5%沥青的基浆动切力降低73%以上,说明油酸酰胺可拆散劣质固相形成的网架结构。在南缘天安X井现场油基钻井液老浆(密度为2.25 g/cm^(3))中添加1%油酸酰胺型降黏剂,其塑性黏度降低15%,而动切力可降低30%以上。油酸酰胺降黏剂在油基钻井液老浆中主要作用是拆散劣质固相形成的网架结构,降黏规律与基浆中含有过量黏土和沥青污染物相关。高温高压流变测试结果表明,在205℃下油酸酰胺型降黏剂仍能使现场油基钻井液老浆的塑性黏度降低4.76%、屈服值降低8.70%,拆散现场浆中过量的网架结构,有效地改善了现场浆的流变性。

永进3区块合成基钻井液重复再利用技术

通过对合成基新浆与老浆性能的对比,分析造成合成基老浆性能差的影响因素,得出采用新浆混入是解决老浆回用最适当的办法。合成基钻井液老浆回用技术在永3-斜2井进行了现场应用,其性能完全满足了井下正常钻进的需求,整个三开井段钻进顺利,起下钻安全无阻卡,有效解决了呼图壁组、清水河组以及齐古组地层井壁失稳的难题,取得了良好的应用效果。