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[doc] 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究

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[doc] 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究[doc] 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 第36卷第l期石油钻探技术 PETR()IEUMDRIIIINGTECHN1QUES Vo1.36,NO.1 Jan.,2008 ._固井与泥浆 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 周莉菊冯家满雷进杰赵由才 (1.同济大学环境科学与T程学院,上海200092;2.中国石化fI汉油田分公司盐化工总厂,湖北潜江433121) 摘要:针对盐泥中各种主要成分所进行的盐泥资源化利用,主要是生产建筑材料或回收其中的有用成分,存 在投资大,运...
[doc] 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究
[doc] 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 第36卷第l期石油钻探技术 PETR()IEUMDRIIIINGTECHN1QUES Vo1.36,NO.1 Jan.,2008 ._固井与泥浆 盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 周莉菊冯家满雷进杰赵由才 (1.同济大学环境科学与T程学院,上海200092;2.中国石化fI汉油田分公司盐化工总厂,湖北潜江433121) 摘要:针对盐泥中各种主要成分所进行的盐泥资源化利用,主要是生产建筑材料或回收其中的有用成分,存 在投资大,运行成本高,工艺复杂,耗能,二次污染,盐腐蚀及回收产品价值较低等问题.复杂盐膏层钻井一般使用 盐水钻井液,但该体系配制成本较高.盐水钻井液一般由水,膨润土,氯化钠,碳酸钠,氢氧化钠,超细碳酸钙,硫酸 钡和其它化学处理剂组成,盐泥的各种成分均可应用于盐水钻井液,盐泥可通过专门配方整体应用于盐水钻井液 的配制.该研究对于降低盐膏层钻井成本,实现盐泥资源化具有现实意义. 关键词:盐泥;盐膏层;盐水钻井液;可行性研究 中图分类号:TE254.6文献标识码:A文章编号:l()(]卜0890(2008)0卜 0033-05 氯碱工业是重要的基础化学工业,其产品氯和 烧碱在国民经济中起着举足轻重的作用.随着国民 经济的发展,我国已经成为世界氯碱生产大国,2004 年烧碱产能达1.29×10t,产量1.O6×10t,2005 年产能超过1.4O×10t,位居世界第一l1].氯碱生 产过程中产生的固体废物盐泥(其主要成分为碳酸 钙,氢氧化镁,硫酸钡和氯化钠),如果任意堆放和投 弃会对环境造成严重污染.因此,必须实施可持续 发展战略,对污染物的排放及有害物的控制提更 高要求,以适应环境保护的需要.而盐水钻井液是 钻穿复合盐膏层的理想钻井液体系,其主要成分为 氯化钠,超细碳酸钙和硫酸钡等,配制成本较高.为 寻找新的盐水钻井液原材料,研究人员试验将盐泥 应用于盐水钻井液的配制,此应用的成功将降低盐 膏层钻井成本,实现氯碱T业盐泥的资源化. 1盐泥的处置现状与盐水钻井液技术 1.1盐泥的综合利用及处置现状 氯碱工业先进的离子膜电解工艺对于卤水中的 有害离子具有较高的要求,为防止膜结垢,达到卤水 净化,生产过程中产生大量的盐泥. 一 般采用T业盐或卤水经重饱和后,加入碳酸 钠,氢氧化钠,氯化钡以去除相应的钙,镁,硫酸根等 有害离子,产生的沉淀物与工业盐的机械杂质形成 盐泥,其主要成分为CaCO.,Mg(OH),BaSO,聚 丙烯酸盐类和泥砂.在后续精制卤水过程中产生的 盐泥还含有有机聚合物a一纤维素. 当采用精制盐时,每生产100烧碱1t,产生的 盐泥(干基)量约为10,25kg;盐杂质较多时则约 为5O,60kgl2,折合体积约0.3,0.9m3l.盐泥 含水率859/6,9O,经板框式压滤机进行固液分离 后,盐泥滤饼含水率约3O一. 各地使用的]二业盐或卤水差异较大,盐泥(干 基)的成分随之出现较大差别,一般Mg(OH).为 8.5,30.0,CaCO.为15,4O,NaC1为7 , 13,还含有聚丙烯酸盐类,Fe(OH).,SiO,Al (OH).,NaOH,NaCO.和机械杂质等. 目前,针对盐泥的主要成分,所进行的盐泥资源 化利用主要有:生产建筑石膏,建筑涂料,保温砖,人 行道砖,水泥,七水硫酸镁,硫酸钡,氧化镁,氯化钙, NO.吸附剂,烟气脱硫剂和肥料等.但一般都 还处于试验阶段.由于盐泥中主要含有钙和镁,价 格低廉,回收利用价值较低,且各种利用方法均存在 投资大,运行成本高,工艺复杂,耗能,二次污染以及 产品所含NaC1等杂质的腐蚀等问题而难以推广. 目前只有少数厂家对盐泥进行了治理,而许多厂将 未经处理的盐泥在厂内外堆存或填埋,有的排入附 近江,河,湖,海,造成严重的环境污染. 收稿日期:2006—05-28;改回日期:20o7-10-16 作者简介:周莉菊(1970),女,湖北钟祥人,1991年毕业于成 都科技大学给水排水专业,师,环境工程专业在读博士研究生, 主要从事固体废物处理与资源化的研究工作. 联系电话:(0728)6581240 石油钻探技术2008年1月 制盐工业,纯碱工业和海水淡化工业也产生大 量的盐泥l_1.. 对于石油开采企业,盐碱一体化企业,在石油和 盐卤资源的开采过程中,形成了大量的废旧油井,废 旧采卤井和注水采空区.盐泥井下回注可充分利用 这些废旧油井,废旧采卤井,防止因石油,盐卤开采 等导致的地层运动和地面沉降等问题. 1.2盐水钻井液技术 钻井液技术是盐膏层钻井的关键技术之一,直 接影响钻井作业的成败l_2. 盐膏层指的是以盐或石膏为主要成分的地层. 盐膏层钻井,特别是深井盐膏层和复合岩层钻井,是 一 个世界级的技术难题.盐膏层钻井时会产生盐 溶,盐岩塑性变形,蠕变和垮塌等复杂情况L2..中 国大陆钻探发现的盐膏层分布范围广泛,塔里木,江 汉,四川,胜利,中原,华北,新疆,青海和长庆等油田 都曾发生过钻遇盐膏层时卡钻,套管挤毁,甚至油井 报废的恶性事故L2?]. 在钻井理论与实践中,我国先后研究开发了油 基钻井液,聚合物(聚磺)饱和盐水钻井液,氯化钾聚 磺饱和盐水钻井液,氯化钾+氯化钠过饱和盐水钻 井液,氯化钾+氯化钠复合饱和盐多元醇钻井液及 欠饱和盐水稀硅酸盐钻井液体系等,为顺利钻穿复 杂盐膏层奠定了基础l2.盐膏层钻井液除要求具 有一定的流变性,润滑性,稳定性及护壁性等性能 外,还要求具有抗钙,抗盐及抗高温等性能.. 2盐泥应用于盐水钻井液的可行性 2.1理论基础 井矿盐卤水在制盐或制碱过程中产生的盐泥与 盐水钻井液在主要成分,地质环境相容性乃至盐泥 的产生过程与钻井液的配制过程之间具有相同和相 似性,盐泥应用于盐水钻井液具备坚实的理论基础. 2.1.1成分的相似性 盐水钻井液一般由水,膨润土,盐,加重剂和其 它化学处理剂按一定的配方均质组成.一般所使用 的加重剂为铁矿粉,重晶石和超细碳酸钙.常用的 化学处理剂有碳酸钠,氢氧化钠和有机高分子聚合 物(如聚丙烯酸盐类)等. 盐泥的主要化学成分氯化钠,碳酸钙,硫酸钡, 碳酸钠,氢氧化钠,聚丙烯酸盐类及oc一纤维素等都是 盐水钻井液的重要组成成分.从一定意义上说,盐 泥是钻井液的半成品. 2.1.2地质环境的相容性 采用盐水钻井液的理论基础是钻井液与钻采地 质环境具有一定的环境相容性,即要求钻井液的化 学性质与地层地质环境一致,达到一定程度的化学 平衡,从而对地层的破坏性影响最小,并使钻井液具 有一定的稳定性. 在钻遇盐膏层的过程中,如果使用清水钻井液, 会导致盐岩的溶解,并破坏钻井液的稳定性.为防 止盐膏层产生盐溶,盐水钻井液所使用的盐类一般 为NaC1+KCI.饱和盐水钻井液由于含氯化钠质 量浓度至饱和以上(360,370kg/m.),可将盐的溶 解程度减至最小,从而避免大肚子井眼的形成,同时 对地层中粘土的水化膨胀和分散有很强的抑制作 用.引. 使用海水来配制海洋钻井所需钻井液是钻井液 环境相容性的一个应用实例l_2. 井矿盐卤来源于盐膏层.在盐卤精制过程中产 生的盐泥,除了产生的CaCO.,Mg(OH).,BaSO 和少量过量的外加剂NaCO.,NaOH和聚丙烯酸 盐类外,其氯化钠浓度是过饱和的,且所含泥砂中 Fe(OH).,Al(OH).和siO等物质均来源于盐膏 层.因此,盐泥应用于盐水钻井液满足盐水钻井液 与地质环境相容性的要求. 2.1.3盐泥产生与盐水钻井液配制过程的相似性 1)Na:Co3,NaOH盐水钻井液常用的化学处 理剂有NaCO3和NaOHl_2,一般NaCO3用量为 547kg/m.,NaOH用量为3,5kg/m..Na2CO3 和NaOH分别用来控制钻井过程中地层中溶解的 钙,镁离子,和卤水净化机理采用NaCO.,NaOH 分别去除来自地层中溶解的钙,镁有害离子极为相 似. 2)CaCO3,BaSO加重剂用来控制盐水钻井液 的密度,从而平衡地层压力.铁矿粉,重晶石或碳酸 钙作为加重剂可单独使用,也可以将其按一定比例 混合使用[32,33].碳酸钙作为加重材料,虽然其密度 只有2700kg/m.,比重晶石密度(4210kg/m.)和 铁矿粉密度(4610kg/m.)小很多,但它具有酸溶 性,可兼作保护油气层的暂堵剂L2.高密度条件 下,重晶石有改善钻井液体系润滑性的作用L3. 为强化泥饼的质量和改善润滑性,并提高泥饼 第36卷第1期周莉菊等:盐泥应用于盐水钻井液的可行性研究 的可压缩性.,一般可选择3粉状磺化沥青和 2,3超细碳酸钙(Os一2)或2,3与地层温 度相适应软化点的超细颗粒乳化沥青来调节固体颗 粒的级配,同时可混入3,8柴油及少量面活 性剂来改善泥饼的润滑性. 加重剂超细碳酸钙的配制过程是:将石灰石粉 碎,磨细,加水配成悬浮液;加重剂重晶石的配制过 程和超细碳酸钙的配制过程相同.盐泥中CaCO., BaSO的形成过程即为石灰石,重品石的形成过程, 此过程即为钻井液加重剂的生产过程,且可以作为 工业沉淀CaCO.和BaSO使用. 盐泥应用于钻井液不仅解决了盐泥的处理处置 问题,还可减少石灰石及重晶石开采,粉碎,磨细及 加水配制的工序,同时避免了石灰石及重晶石中所 含的其它有害杂质对于钻井液的危害,具有可观的 社会,环境和经济效益. 3)有机高分子处理剂盐水钻井液常配合使用 一 些有机高分子处理剂等进行护胶,降滤失和降粘 等口.常用的抗高温抗盐的降滤失剂有SAS(磺化 沥青),SMP一?(磺甲基酚醛树脂),SMC(磺化褐 煤),SPNH(胺基聚丙烯腈,磺化褐煤,磺化酚醛树 脂的缩合物);护胶剂及降滤失剂有野生植物胶,生 物聚合物,羧甲基纤维素,预胶化淀粉,羧甲基淀粉 和聚丙烯酸盐类(如水解聚丙烯脯,水解聚丙烯酰胺 和PACl41等). 在卤水精制过程中,采用化学沉淀法去除钙, 镁,硫酸根等有害离子,常使用助沉剂聚丙烯酸盐类 (如聚丙烯酸钠)以促进沉淀的形成.在后续的深度 精制过程中,使用有机聚合物a一纤维素以网捕形成 的微小BaSO4絮体. 4)Mg(OH)正电胶是混合金属盐溶液逐步 用沉淀剂将金属离子沉淀m来所得的带正电的混合 金属氢氧化物,用作钻井液增粘剂和井壁稳定 剂[2.正电胶的生产过程与盐泥中Mg(OH)的 产生过程一致.Mg(OH)为无机阻燃剂,具有抗 高温性能,密度为2.36kg/I,与CaCO.一样具有 酸溶性,可与地层中的Co.反应,反应式为: Mg(OH)2+2CO2一Mg(HCO3)2 以上性能还可满足钻井液抗高温和暂堵性的要 求 2.2配方探讨 盐泥可通过专门配方整体应用于盐水钻井液的 配制. 2.2.1以现有配方为基础 按照现有的应用成功的盐水钻井液配方,利用 Excel设计软件可进行盐泥应用于盐水钻井液的配 方设计,如中原油田文东地区应用较成功的饱和盐 水钻井液配方为:3O,40kg/m.钠膨润土+2, 3kg/m.纯碱+5,6kg/m.烧碱+360,370kg/ m.氯化钠+2O,25kg/m.CMS+10,15kg/m. CMC(高粘)+15,30kg/m.磺化酚醛树脂类产品 (SP或SLSP或SPNH)+0.75,1.00kg/m.聚丙 烯酸盐类产品(KPAM或CPA或MAN101或SK) +15,20kg/m.磺化沥青+5,10kg/m.磺化单 宁+0.5,1.0kg/m.盐重结晶抑制剂;塔里木油田 寒武系欠饱和盐水钻井液配方为:3,4膨 润土+4,6%SMP一2+3,8%SPC+1,3% 硅酸盐+7KC1+20NaCI+1.0润滑剂+2 , 3沥青类,加重至密度为175O,1850kg/m; 塔里木油田石炭系欠饱和盐水钻井液配方为: 3.0,4.0膨润土+0.2,0.5KPAM/ PAC+4.0,6.0SMP一2+3.0,4.0SPC +0.5,1.0DESCO/SMT+1.0润滑剂+ 2.0,3.0沥青类+6.0,10.0NaC1,加重 至密度为1550,1650kg/m. 以现有配方为基础,按盐泥在钻井液中的不同 应用配比,计算出需要添加的不同组分的纯物质量, 并研究盐泥应用的最佳配比. 2.2.2以盐泥成分为基础 盐膏层钻井液技术需要不断完善和发展,以满 足各油田不同地质环境,不同盐膏层成分,不同深度 等提出的特殊钻井工程要求.钻井液的主要性能指 标为密度,漏斗粘度,塑性粘度,动切力,API滤失, 高温高压滤失,膨润土含量,Cl质量浓度和pH值 等. 按照钻井液的工作原理,以盐泥的化学成分为 基础,以满足盐水钻井液的各项性能指标为目的,研 制新的钻井液配方.研究其它需要添加的化学处理 剂,以及化学处理剂和盐泥成分之间的配伍性. 以盐泥成分为基础设计出不同组成成分,不同 密度的配方后,可进行盐泥应用于盐水钻井液的实 验室性能测试,并调整盐泥在钻井液中的应用配比, 以满足盐水钻井液的各项性能指标要求. 2.3盐泥应用于盐水钻井液的前景 盐水钻井液是钻穿埋藏较深,厚度较大的大段 ? 36?石油钻探技术2008年1月 纯盐层及岩性复杂的复合盐膏层的理想钻井液体 系,但该体系存在矿化度高,密度大,固相含量高,流 变性难以维护和配制成本较高等问题E.因此寻 找新的盐水钻井液原材料,从而进一步降低其成本, 并研究开发出配套的设计,配制,维护和应用技术, 对于降低盐膏层钻井成本具有重要意义. 盐泥应用于盐水钻井液,将从根本上避免目前 盐泥资源化过程中常遇到的一些问题,实现氯碱等 工业的清洁生产;同时为盐水钻井液的生产找到环 保型原材料,替代氯化钠,超细碳酸钙和硫酸钡等; 并省略了固体盐的制备,化盐溶解工序,以及加重剂 (如超细碳酸钙,硫酸钡)的生产配制过程,从而减少 了石灰石,重晶石等自然资源的矿山开采和由此带 来的生态植被破坏.因此盐泥应用于盐水钻井液具 有坚实的理论基础,同时具有重大的社会,环境和经 济效益. 3结论 1)盐泥的各种成分均可应用于盐水钻井液,盐 泥可通过专门配方整体应用于盐水钻井液的配制. 此应用可降低盐膏层钻井液的成本,并可以实现盐 泥的资源化,达到清洁生产,实现真正意义上的循环 经济. 2)大型氯碱企业集团可考虑以石油开采企业为 依托,做到资源从摇篮到摇篮,实现可持续发展. 3)盐泥在配制盐水钻井液中的应用,需要进一 步的试验和现场应用研究. 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[审稿郭才轩] FeasibilityStudyofApplyingSaltSlurryinBrineDrillingFluids ZhouLijuFengJiamanLeijinjieZhaoYoucai (1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai,200092,China;2. JianghanSalt&ChemicalComplex,Sinopec,Qianjiang,Hubei,433121,China) Abstract:Thesaltslurryismainlyusedforconstructionmaterialsorrecycledforsomeusefulcompo— nents,butrecoveryisdifficultduetohighinvestment,highoperatingcost,complicatedprocedure,high energyconsumption,secondarypollution,equipmenterosionbysaltandlowmarketprice.Brinebased drillingfluids,whichisveryexpensive,aregenerallyusedincomplicatedgypsumbeds.Brinebaseddrill ingfluidsconsistofwater,bentonite,sodiumchloride,sodiumcarbonate,sodiumhydroxide,overfined calciumcarbonate,bariumsulfate,andotheradditives,etc..Alotofcomponentsinsaltslurrycanbe usedforbrinebaseddrillingfluids.Saltslurrycanbeusedinthebrinebaseddrillingfluidsystemsthrough specialrecipes.Thisstudyplaysanimportantroleinreducingthecostofgypsumbeddrillingandinusing ofthesaltslurry. Keywords:saltslurry;evaporitebed;saltwaterdrillingfluid;feasibilityresearch 尔乖’{:乖钎;f尔尔尔’{f尔J,尔t,乖乖乖尔 新型凡尔座提取器研制成功 柱塞泵的凡尔座由于经常受高压水力冲刷,容易冲出不规则沟槽,麻 点而损坏.需用凡尔座提取钩提取 更换,但损坏严重的凡尔座3个受力横承会发生断脱,使凡尔座提取 钩失效报废.并且凡尔座提取钩一般使 用3,5次后就无法继续使用.如使用其它工具强行提取,虽能取出受 损的凡尔座,但会造成柱塞泵进液阀 腔受损,使泵效降低.为此,技术人员根据力矩原理,依靠螺母和螺杆 产生的扭矩作用,成功研制了新型凡 尔座提取器. 新型凡尔座提取器通过提升连接凡尔座两个固定圆端的基座,达到 提取受损凡尔座的目的.提取凡尔 座时,将大圆基座放置于排液阀孔处,用长螺杆穿过大基座,损坏的凡尔座以及小基中孔,螺杆下端用一个螺 帽固定,使螺帽紧贴于小基座上,再上一个备帽,使紧贴于小基座的螺帽在螺杆转动时不发生下移.将另一 个螺帽上在大基座露出的螺杆上,再将专用扳手打在紧贴于小基座的螺帽上.用另外一个专用扳手顺时针 上紧大基座上的螺帽,即可依据力距原理将损坏的凡尔座提出.同样方法,用短螺杆可以把排液阀凡尔座取 出. 新型凡尔座提取器目前已得到普遍推广应用,完全解决了受损凡尔座提取困难的问题,重复使用次数也 有了很大提高,由原来的3,5次增加到15次以上,年可节约维修资金5万元,柱塞泵运行泵效提高4个百 分点,同时可降低工人的工作量和劳动强度,大大缩短设备维修保养时间.
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