固控设备离心机与废钻井液处理

固控设备离心机与废钻井液处理

钻井生产会产生大量的废弃钻完井液,随着“新环保法”的实行,要求“钻屑、钻井液不落地”对废弃钻完井液进行无害化处理,变得非常必要。通过破胶- 絮凝- 离心的方式可以达到对废弃钻完井液固液分离的目的,这种分离方式可以使固相体积最小化,液相经处理后可循环使用,达到减量排放要求。要实现废弃钻井液固液分离,首先需要破坏钻井液中通过黏土和各种处理剂形成的稳定胶体结构,使稳定的胶体分解成固相颗粒和自由水,由于分解成的固相颗粒极其微小,使用常规的钻井用离心机无法直接清除,因此还需要通过絮凝作用使细小的黏土颗粒聚集,通过颗粒再造,形成较大粒径的絮凝体,从而达到通过钻井用离心机实现钻完井液固液分离的目的。

试剂的选择

破胶剂:次氯酸钠、 过硫酸钠、 柠檬酸和CQPJ-1 ;絮凝剂:聚合氯化铝、 聚合氯化铁、 硫酸铝和CQXN-1。

不同破胶剂对钻井液的影响

过硫酸钠的出水率最高,破胶效果最好,CQPJ-1 次之,但过硫酸钠破胶后的固相中含有大量自由水,破胶后的固相呈稀泥状,钻井用离心机无法清除,而CQPJ-1 加入钻井液后,很快就能发生破胶作用,并且随着其加量的增加,出水率相应提高。因而优选CQPJ-1 作为破胶剂,最经济的加量为2%。

pH值对破胶效果的影响

酸液的加入可以使钻井液中部分有机乳化官能团“失活”,打破钻井液的碱性稳定环境,特别是高分子与黏土之间的结合稳定性,H+ 的介入中和了黏土表面的负电荷,减弱了—COONa 等有机官能团的分散乳化能力,有利于钻井液整体的“化学失稳”,导致局部收缩,胶结,脱水现象发生。

絮凝剂的优选

絮凝剂能够提供大量的络合离子,强烈吸附胶体颗粒,通过黏附、架桥和交联作用促使胶体聚集;同时还能中和胶体颗粒的电荷,破坏zeta 电位,使胶体颗粒由相斥变成相吸,形成絮状沉淀物。
钻井液离心机

钻井液固液分离

钻井液离心机转速越高离心力越大,钻井液中被甩到直筒桶壁上的固相越多,但是离心机转速太高,离心力超过一定范围后,钻井液中形成的絮凝体被离心力撕裂,体积急剧减小,在钻井液本身黏度的束缚下,无法被甩到直筒桶壁上,导致固相清除效率降低。因此,适当的离心机转速能够清除更多固相。用CQPJ-1 和CQXN-1 对苏东XX1 井废弃完井液进行破胶处理,并将其用钻井现场使用的离心机进行固液分离处理。离心效率见表1。由表1 可知,离心机转速为2200 r/min 时,分离效果最好,分离效率最高,因此最佳离心机转速应选择为2 200 r/min。

表1 钻井液离心效果对比
离心机
转速/
r/min
原钻井液   离心机出后钻井液   处理速度/
 
ρ/
g/cm3
AV/
mPa·s
ρ/
g/cm3
AV/
mPa·s
m3/h
1 400 1.2 43.5 1.08 9.0 2.5
1 800 1.2 43.5 1.06 7.5 3.5
2 200 1.2 43.5 1.04 5.0 5.0
2 800 1.2 43.5 1.06 6.5 3.0

固液分离后的液相数据分析

将苏东XX1 井钻井液通过固液分离后,液相的主要污染指标大幅下降。

液相配浆性能分析

完井液分离后的液相能否进行重复配浆使用是判断固液分离效果的重要标准。将分离后的液相进行重新配浆实验,配方如下,结果见表2。
1# 完井液分离后的液相+0.15%PAC
2# 清水+0.15%PAC
3# 1#+0.15%XCD
4# 2#+0.15%XCD
5# 3#+3%GD-K+2%SFT+2%ZDS
6# 4#+3%GD-K+2%SFT+2%ZDS
表2 液相和清水配制钻井液性能对比
配方
AV/
mPa·s
PV/
mPa·s
FLAPI/
mL
一次回
收率/%
二次回
收率/%
1# 5.0 4      
2# 5.5 4      
3# 12.0 8      
4# 11.5 7      
5# 31.0 18 4.5 84.5 69.21
6# 36.5 23 5.0 78.06 60.02

用固液分离后的液相重新配制钻井液,与用清水配制的钻井液相比,流变性略有下降,但是滤失量更低,回收率更高。因此用固液分离后的液相重复使用配制钻井液,完全可行。

钻井液离心机处理钻井废弃物结论

  1. 优选CQPJ-1 作为钻井液的破胶剂,最优加量为2%,破胶时间为3 h,优选CQXN-1 为絮凝剂,最优加量为0.15%。钻井液的pH 值对破胶效果影响较大,pH 值越小,破胶效果越好,但是考虑设备腐蚀问题,选择最佳pH 值为6~7。破胶后的颗粒粒径较小,增加离心机清除的难度,通过加入絮凝剂,再造颗粒粒径,能够提高离心机清除的效果。固液分离时,离心机转速设为2 200 r/min 时,清除效率最高,清除效果最好。
  2. 固液分离后的液相的污染指标大幅下降,并且其配制的钻井液性能也能够达到实际使用要求,完全能够将其重复使用,重新配制钻井液。

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