废弃钻井液调剖堵水剂的制备与研究

沐永青，王 波，孙致学

（1.中国石化华东油气分公司泰州采油厂，江苏泰州225300；2.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266555）

在油井钻探过程中，会产生大量的废弃钻井液，其中成分组成复杂，含有大量泥土、沙、盐等杂质以及吸附在其上面的油组分。使用一般的处理方法会对环境造成严重的污染，而且也浪费资源。近年来各个油田都在研究适合于本油田的废弃钻井液调剖技术，由于废弃钻井液与地层具有良好的配伍性，因此向其中加入合适的处理剂后可应用于当地油田的调剖堵水处理工艺中。不但解决了废弃钻井液的处理问题，而且降低了调剖成本，增加了驱油效果，有着良好的经济和社会效益[1-5]。

1 实验部分

1.1 实验材料

石油醚、丙酮、聚丙烯酰胺类聚合物、羧甲基纤维素（CMC）、表面活性剂、水泥（42.5#）等。

1.2 实验仪器

泥浆比重计、旋转黏度计、砂芯漏斗、Bettersize-2000激光粒度分布仪、数显式压力试验机、岩心驱替实验装置（岩心夹持器，中间容器以及恒温箱）等。

1.3 实验方法

废弃钻井液组分含量的测定方法为：取一定量的废弃钻井液，用蒸馏法测定其含水率。用石油醚和丙酮洗涤残余物后用砂芯漏斗过滤，直至残余物中不含油为止，然后将残余物烘干、称重，计算出含油率和固相含量。

废弃钻井液的粒径分布使用Bettersize-2000 激光粒度分布仪进行测定。

室内实验通过测定加入悬浮剂和分散剂后废弃钻井液体系中固相颗粒的沉降时间来优选其最适宜的用量；同时向体系中加入固化剂水泥并养护后形成固体块，使用数显式压力试验机测定其抗压强度。

2 结果与讨论

2.1 废弃钻井液性能分析

此废弃钻井液为水基钻井液，颜色呈黑褐色，实验测得废弃钻井液的密度为1.12 g/cm3，黏度为63.75 mPa·s。

2.1.1 废弃钻井液组分分析

废弃钻井液中各组分含量测定结果如表1所示。

表1 废弃泥浆组分含量Table 1 Component content of waste mud %

2.1.2 废弃钻井液粒径分布

从粒径分析结果（图1）可以看出，废弃钻井液的颗粒最频粒径为10.0 μm左右，中值粒径D50为10.38 μm。粒径分布在1 μm以下的占8.69%；粒径分布在1～75 μm的占85.72%；粒径分布在100～200 μm的占2.24%。

2.2 废弃钻井液调剖体系配方优选

图1 废弃钻井液粒径分布Fig.1 Distribution of particle size of waste drilling fluid

废弃钻井液体系是采用化学处理的方法，加入适量的悬浮剂、分散剂及固化剂等，使体系中的固相颗粒分散更加均匀，沉降时间得到了延缓。当泥浆到达地层后，由于其与岩石的吸附作用，其中的泥质吸附胶质和蜡质等，并且在固化剂的作用下形成具有一定强度的聚集结构，沉降在大孔道中，使大孔道变小，封堵高渗透层带，改变注水的渗流方向，提高注入水的波及体积，提高油井采驱效果[6-11]。

2.2.1 悬浮剂优选

从图2可以看出，悬浮剂的加入对于废弃钻井液的固相颗粒具有很好的悬浮性能，能够延缓水、油和固相颗粒的分层时间和沉降速度。实验结果表明悬浮剂的优选种类为阴离子聚丙烯酰胺（APAM），优选加量为0.1%，能够满足现场施工要求。

图2 悬浮剂沉降时间优选Fig.2 Optimization of settling time of suspending agent

2.2.2 分散剂优选

从图3可以看出，加入分散剂后可以使废弃钻井液变成均一稳定的体系，能够降低油水间界面张力，使油水形成乳化体系。使得颗粒分散均匀，粒径变小，易于注入地层孔隙。分散剂优选油酸钠，最优加量为0.3%。

图3 分散剂沉降时间优选Fig.3 Optimization of settling time of dispersant

2.2.3 固化剂优选

从图4可以看出，体系的抗压强度随固化剂的增加而增大。当固化剂的加入量为5%时，抗压强度达到了1.32 MPa，已能够达到现场需要的封堵能力要求。

图4 固化剂水泥加量优选Fig.4 Optimization of ccement dosage of curing agent

2.3 废弃钻井液调剖体系封堵性能评价

室内实验选用人造岩心对封堵性能进行评价，向不同的岩心内注入不同量的未处理和添加处理剂后的废弃钻井液，分别测定其封堵前后的渗透率，计算封堵率[12-14]（表2）。人造岩心尺寸为：D×L=30 mm×300 mm，实验温度为70oC。

表2 岩心封堵实验数据Table 2 Core plugging test data

根据实验数据结果分析，废弃钻井液加入处理剂后制备的调剖体系具有优良的封堵性能（图5）。废弃钻井液未经过处理时注入0.5 PV后的封堵率仅为45.32%，注入2.0 PV 后封堵率为69.74%；而向废弃钻井液中加入处理剂后注入0.5 PV 的封堵率为87.24%，注入2.0 PV后的封堵率达到了97.68%。表明处理剂的加入能够很好地改善废弃钻井液体系的悬浮分散性和固结性能，此体系能够用于地层的调剖堵水处理。

图5 岩心封堵实验Fig.5 Core plugging test

3 结论

1）通过室内实验分析了油田废弃钻井液的组分及其粒径分布，并优选了废弃钻井液调剖体系的配方，采用人造岩心对优选的调剖体系进行了评价实验。结果表明，所优选的配方具有良好的封堵性能，同时满足了现场施工的工艺要求，在矿场应用具有实践和指导意义。

2）此废弃钻井液调剖体系的研制不仅解决了油田现场对于废弃钻井液的处理问题，减少了对环境的污染；而且也改善了现场的调剖堵水技术，降低了调剖剂的成本，使得资源得到了很好的回收再利用，对于现场的地层调剖及油田开采具有指导作用。