一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法

摘要

本发明公开了一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，包括以下步骤：S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：S11.将循环罐中的CaCl

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，属于石油钻井技术领域。

背景技术

钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、钻井液、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。钻井液是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。

所谓钻井液不落地，是指改变挖钻井液循环池的传统做法，在钻井施工过程中，利用相关工艺和技术，确保钻井液小循环施工，并对岩屑、废弃钻井液进行无害化处理，产物从新利用，从而减少土地使用量、降低对环境的污染。实现钻井液不落地。其关键是钻井液体系的优选，确保钻井液小循环施工，废弃物便于破乳分离。加入破乳剂对废弃物进行破乳、加入氧化剂对废弃物中的聚合物材料进行氧化分解，后利用压滤机或离心机对废弃物进行固液分离，无害固体分离物用于建筑等，分离后的液体回收使用。

中国大陆东部渤海湾盆地新生界泥页岩沉积物源多为高风化条件下的活性粘土。该类巨厚泥岩决定了对常规水基钻井液的高度敏感性。上部地层主要是由处于成岩初期的高活性蒙皂石构成，以水化膨胀缩径为主，缩径可达30%以上；中下部部主要由蒙皂石/伊利石、伊利石/绿泥石构成，以水化剥蚀垮塌为主，扩径率可达30~100%。

在钻井施工过程中，上部地层泥岩水敏造浆能力强，现有的常规的PHP钻井液体系，PHP具有网兜效应，即絮凝物为黏糊胶团，粒子平均直径在60~80μm，固控设备极难清除，含量过高将会导致固控设备无法工作。黏糊胶团经过钻头水眼反复剪切（水眼处剪切速率高大100000S^-1），黏糊胶团被破坏，其中土相持续分散，导致钻井液流变性严重恶化，甚至开泵困难。现场均采取挖大循环池，池内存放大量水体，通过采取大水体静止沉淀絮凝黏糊胶团。黏糊胶团采用加破乳剂破乳，氧化剂氧化（氧化PHP等聚合物）后才能进行压滤分离；中下部采用的聚合物、聚磺等钻井液体系，由于亚微米粒子含量高、粒径中值低1~2.5μm，液相黏度高，导致钻速慢，钻井液不能重复利用，废弃物难以有效的进行固液分离，大多就地排放，既占用大量土地，又严重污染环境。现有技术已不能满足国家及企业对提速提效、保护环境的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种针对高活性粘土的陆相地层上部和中下部地层地质结构不同，上部地层采用CaCl₂，中下部地层采用CaO处理方式的钻井液不落地方法，该方法高效、环保，真正实现钻井液不落地。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为3~5%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在2000-8000ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的0.5~1.0%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.3~0.5%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在800~1200ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.0~1.5%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的0.5~1.5%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的2~4%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为8.5~9。

本发明的有益效果是：（1）本发明对上部地层采用高价金属离子Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺代替PHP聚合物，絮凝产物为独立、粒径8-10μm的弱胶结聚合体，该聚合体易于固控设备清除，不须挖大循环池，破乳简单且不须氧化；

（2）本发明对中下部地层采用弱钙强抑制强封堵钻井液体系，该体系土相亚微米粒子含量极低，粒径中值4-6μm，钻井液性能稳定，可多井次重复利用，有害固相易于破乳及固液分离；

（3）本发明选取的强抑制剂、有机胺、封堵剂、磺酸盐、碱度调节剂等试剂均为环境友好型处理剂，固液分离产物无害，能够满足环保要求；

（4）本发明的废弃物处理后的液体在钻井过程可重复利用，固体可作为建筑材料，单井钻井液重复利用100m³，钻井液成本节约50%，钻进时间由12～13缩短到4～5天，井身质量全优。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

【实施例1】一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，工艺流程如图1所示，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为3%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在2000ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的0.5%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.3%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在800ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.0%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的0.5%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的2%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为8.5。

【实施例2】一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为3.5%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在3000ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的0.6%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.35%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在900ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.1%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的0.6%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的2.5%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为8.6。

【实施例3】一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为4%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在3500ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的0.7%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.4%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在1000ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.3%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的0.8%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的3%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为8.7。

【实施例4】一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为4.5%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在4000ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的0.8%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.45%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在1100ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.4%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的1.3%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的3%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为8.8。

【实施例5】一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为5%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在7000ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的0.9%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.5%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在1150ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.5%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的1.45%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的3.5%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为9。

【实施例6】一种适用于含高活性粘土的陆相地层钻井液不落地方法，针对上部和中下部地层地质结构不同，采用不同的处理方式，包括以下步骤：

S1.上部钻井液处理：上部是强造浆地层，包括以下子步骤：

S11.将配置好的浓度为5%的CaCl₂溶液泵入循环罐，循环罐中的CaCl₂溶液通过钻井钻头的管道压入油井，CaCl₂溶液与油井中的钻井液混匀，絮凝钻井液中的土相，确保钻井液清洁；

S12.通过固控设备将絮凝物清除到回收罐，进入破乳罐加破乳剂破乳，再经过压滤机进行固液分离，固相为泥饼，液相为水，液相泵入循环罐继续钻井使用；

S13.钻井达到强造浆地层的下部，停止泵入CaCl₂溶液，向油井中加入LV-CMC进行护胶，然后再加入强抑制剂PHP聚合物、有机胺、CaO，使钻井液适度造浆，保证钻井液含有适量土相，为下部防塌钻井液打下基础；

S2.中下部钻井液处理：中下部是易垮塌地层，钻井达到中下部的易垮塌地层前，钻井液在强抑制体系的基础上，加入LV-CMC、磺酸盐聚合物和超细碳酸钙封堵防塌处理剂，加入碱度调节剂，钻井液体系转换为弱钙强抑制强封堵钻井液体系，确保易垮塌地层的井眼稳定，固控设备将钻井液中的有害固相清除到回收罐，再将有害固相泵入到破乳罐，向破乳罐中加入破乳剂和强氧化剂，有害固相发生破乳，并氧化分解有机物，反应完全以后经压滤机压滤，得到固相泥饼和液相，固相泥饼做建筑材料使用，液相进入循环罐用于循环钻井。

所述步骤S13中LV-CMC的加量为钻井液量0.5%；所述CaCl₂加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在8000ppm；所述有机胺的加量为钻井液量的1.0%；所述PHP聚合物的加量为钻井液量的0.5%；所述CaO加量为确保钻井液体系中Ca²⁺浓度控制在1200ppm；所述步骤S2中LV-CMC的加量为钻井液量的1.5%；所述的磺酸盐聚合物的加量为钻井液量的1.5%；所述超细碳酸钙的加量为钻井液量的4%，超细碳酸钙为粒径2000、4000和6000目的碳酸钙按质量比1:1:1混合；所述碱度调节剂的加量为确保钻井液PH值为9。