嚴(yán) 忠，文建勛，王 委

（中國石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司，江蘇揚(yáng)州，225261）

巖屑回注技術(shù)應(yīng)用地下灌注方法處理鉆井廢棄物，起源于上世紀(jì)80 年代，最早是在美國阿拉斯加的普拉德霍灣油田首次應(yīng)用并取得成功［1］，英國石油公司首次進(jìn)行了套管環(huán)空回注試驗(yàn)并取得技術(shù)突破。經(jīng)過近40年的發(fā)展和完善，已成為一項(xiàng)國際公認(rèn)安全環(huán)保的鉆井廢棄物處理技術(shù)，與其它鉆井廢棄物處理技術(shù)相比，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄物的零排放，符合日趨嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，并且在許多情況下處理成本相對(duì)較低，在世界范圍內(nèi)的油氣田，尤其是在環(huán)境保護(hù)區(qū)和淺海作業(yè)區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。

巖屑回注技術(shù)是將巖屑從固控設(shè)備傳輸?shù)教幚碓O(shè)備內(nèi)，通過研磨、剪切和篩選，使巖屑的粒度滿足回注要求，通過高壓回注泵將巖屑顆粒注入到地層內(nèi)，通常巖屑回注速度可達(dá)25 t/h［2］。我國2002年在蓬萊19-3 油田首次應(yīng)用巖屑回注技術(shù)并取得成功［3］，國內(nèi)第一套自主研發(fā)的巖屑回注成套設(shè)備于2008年誕生，隨后又研制了環(huán)空回注裝置和微米級(jí)巖屑回注研磨造漿設(shè)備，并在海上油田得到了成功應(yīng)用［4-6］。

厄瓜多爾ITT 區(qū)塊位于厄瓜多爾東部邊境著名的亞蘇尼國家森林公園，該區(qū)域被譽(yù)為地球之肺，已探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量約8.5×108t，可采石油儲(chǔ)量達(dá)到22×108t，油藏埋藏深度1 500～1 600 m 之間。2018 年1 月該油田的第一口井TMBD-00XD 井（巖屑回注井）開鉆，截至同年9 月已完井并投產(chǎn)24 口井，其中水平井11口，日產(chǎn)原油6 000 t，其中TMBA-017H 井日產(chǎn)達(dá)806 t，打破了厄瓜多爾單井日產(chǎn)量記錄，預(yù)計(jì)2020年原油產(chǎn)量將達(dá)到日產(chǎn)2.7×104t［7］。該區(qū)塊石油開發(fā)的環(huán)保要求非常高，要求實(shí)現(xiàn)鉆井廢料的零排放，交通運(yùn)輸只能通過納波河航運(yùn)。巖屑往外運(yùn)輸需要大量的自卸車與甲板船，單趟往返最快也需3 天，成本高昂，且有巖屑外泄、污染河流等諸多環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。因此PAM 石油公司要求采用巖屑回注的方式來處理鉆井產(chǎn)生的巖屑和泥漿污水。本項(xiàng)目通過回注層位優(yōu)選、漿液參數(shù)及注入工藝優(yōu)化等研究，形成了適合厄瓜多爾ITT 區(qū)塊的巖屑回注工藝。在ITT 區(qū)塊TPTB-20 井應(yīng)用，共回注巖屑18.9×104m3，其中巖屑漿13.11×104m3，占設(shè)計(jì)最大容量的69.37%，有效保證了41 口井正常生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 回注井概況

ITT 區(qū)塊開發(fā)的是TIPUTINI 的#43 塊，目前五個(gè)平臺(tái)均已完成施工，TPTB-20 井是位于B 平臺(tái)的一口無產(chǎn)廢棄井（見表1），改作回注井。該井在TOPE NAPO BASAL 層位1 690.42～1 699.57 m 之間9.15 m長井段射孔，孔密16孔/m，孔深1.18 m。

表1 TPTB-020井井身結(jié)構(gòu)及射孔參數(shù)表

2 回注地層選擇

目前國內(nèi)外針對(duì)巖屑回注目的層篩選的問題僅有定性的分析，缺乏統(tǒng)一的篩選標(biāo)準(zhǔn)和方法，定性分析標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）保證巖屑回注作業(yè)的安全性，避開產(chǎn)層和易泄漏的地層；

（2）優(yōu)選砂巖層、厚層和水平延伸較好的地層；

（3）巖屑回注目的層要有比較好的蓋層，最好的蓋層為高應(yīng)力、低滲透率的泥頁巖層。阻止裂縫在垂直方向上的擴(kuò)展；

（4）巖屑回注目的層要有比較小的破裂壓力，減小回注壓力，節(jié)約回注成本。

TPTB-020 井回注層位優(yōu)選，主要通過測井曲線解釋結(jié)果，根據(jù)地層巖性的傾向，從1 589.5～1 711.1 m 劃分了16 個(gè)區(qū)域。通過泊松比、楊氏模量、最小水平應(yīng)力、孔隙度及滲透性等性能分析地層力學(xué)參數(shù)［8-9］（見表2）。

表2 TPTB-020井測井解釋成果及回注層位優(yōu)選

續(xù)表2 TPTB-020井測井解釋成果及回注層位優(yōu)選

根據(jù)孔隙度高、滲透性好、漏失系數(shù)高的優(yōu)選原則，同時(shí)結(jié)合回注層厚度，優(yōu)選出1 605.4～1 650.5 m及1 660.2～1 697.7 m 兩個(gè)層位，最終選擇1 660.2～1 697.7 m 井段做為回注層，1 605.4～1 650.5 m 井段作為應(yīng)急回注層。通過進(jìn)一步模擬分析，估算了該回注井可回注容量大約為19.13×104m3。

3 巖屑回注工藝

3.1 設(shè)備與工藝流程

巖屑回注系統(tǒng)的主要功能是收集鉆井巖屑、廢棄鉆井液、污水等廢棄物，經(jīng)過一系列的設(shè)備單元，進(jìn)行分類、研磨降解、混合等處理，調(diào)整成狀態(tài)穩(wěn)定的可回注的漿液，再通過高壓回注泵注入到相應(yīng)的地層。設(shè)備主要由傳輸、研磨分選、漿化存儲(chǔ)、高壓回注、遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)控等系統(tǒng)組成。具體配套設(shè)備見表3。

表3 回注系統(tǒng)設(shè)備

根據(jù)TIPUTINI 區(qū)塊地層取樣的研究結(jié)果，再結(jié)合回注井的井身結(jié)構(gòu)，對(duì)回注漿參數(shù)提出了要求：

（1）回注漿巖屑粒徑：≤300 μm

（2）回注漿密度：≤1.4 g/cm3

（3）固相含量：≤20%

（4）初終切力10 s/10 min/30 min：≥9/12.5/13.5 Pa

（5）泥漿馬氏黏度：60～90 s

3.2 巖屑研磨試驗(yàn)

巖屑為灰褐色油斑砂巖，淺灰色灰質(zhì)砂巖，淺灰色油跡細(xì)砂，深灰色泥巖，紫色泥巖。

鉆井巖屑多數(shù)粒徑為500～1 200 μm，經(jīng)過研磨機(jī)研磨后粒徑分散在50～850 μm 之間。粒徑不合格的巖屑將經(jīng)過振動(dòng)篩篩選后再次經(jīng)過研磨機(jī)進(jìn)行研磨。

實(shí)驗(yàn)采用巖屑研磨后過60目標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)篩過篩，將通過60目的巖屑裝入廣口玻璃瓶，沒有通過過篩的巖屑重新研磨再過篩，經(jīng)過多次研磨、過篩分選，完成巖屑處理實(shí)驗(yàn)。

采集3 份平行樣品，并采用激光粒度分析儀進(jìn)行粒徑測試，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

根據(jù)3 個(gè)平行樣品的測試數(shù)據(jù)，對(duì)所測試的巖屑樣品粒徑主要參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，從測試的數(shù)據(jù)看，3 個(gè)樣品的粒徑測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，粒徑分布基本一致。粒徑小于300 μm 的巖屑顆粒占99.22%～99.52%，符合巖屑粒徑控制要求。

3.3 巖屑漿體配方優(yōu)化

巖屑回注地層首選的是孔隙喉道好、地層容量大的砂巖地層。若巖屑的運(yùn)移得不到保證，會(huì)導(dǎo)致巖屑在近井孔隙地帶沉降堆積造成孔隙堵塞，回注通道截面積減少，回注壓力升高，進(jìn)而導(dǎo)致回注井總?cè)萘夸J減，提前終止回注井壽命。因此，巖屑在孔隙喉道中的運(yùn)移至關(guān)重要，這對(duì)巖屑漿的懸浮穩(wěn)定性和流變參數(shù)提出了嚴(yán)格的要求。

分別選擇三種不同漿化劑，配合增黏劑通過調(diào)整加量，在漏斗黏度經(jīng)過測試符合要求的前提下，檢測漿體在常溫和加熱條件下的流變性能，優(yōu)選出了不同巖屑含量下的巖屑漿化配方。鑒于本區(qū)塊回注井深度在1 600～1 700 m 之間，實(shí)驗(yàn)?zāi)M回注層溫度，加熱溫度設(shè)定為65℃。分別對(duì)黃原膠、復(fù)合金屬離子聚合物和瓜膠為主的三種漿體配方進(jìn)行對(duì)比優(yōu)選，最終選出瓜膠與黃原膠復(fù)配的方案。

從降低巖屑回注成本角度出發(fā)，選擇價(jià)格低于黃原膠的瓜膠作為主要漿化劑，配合少量黃原膠，分別調(diào)配出了20%、25%巖屑體積分?jǐn)?shù)的漿體配方。

1#：1 500 mL 清水+0.4%瓜膠+0.1%XC+20%巖屑+0.1%NaOH；

2#：1 500 mL 清水+0.4%瓜膠+0.1%XC+25%巖屑+0.1%NaOH。

實(shí)驗(yàn)顯示：1#、2#漿體在常溫、以及靜置120 h后，黏度在60～63 s，均符合回注要求，流變性能比較穩(wěn)定，初切、終切參數(shù)表明漿體的懸浮巖屑能力較強(qiáng)，而加熱后漿體黏度明顯降低，漿體變稀，結(jié)構(gòu)減弱，但仍保持較好的懸浮性。

瓜膠與黃原膠均為無毒無害的化學(xué)品，可作為食品添加劑使用。在井溫作用下可降解，不污染地層，且利于下一批次的回注。

最終采用0.4%瓜膠+0.1%黃原膠復(fù)配的方式作為增稠懸浮劑，能滿足20%巖屑體積分?jǐn)?shù)條件下漿體穩(wěn)定性的需要。

3.4 酸化解堵

巖屑在地層中的運(yùn)移會(huì)有一定量沉降堆積，或封堵裂縫孔隙，或減少回注通道截面積，造成回注壓力不穩(wěn)定，壓力異常偏高，回注結(jié)束長期高壓，地層消化速度緩慢等不良反應(yīng)。

檸檬酸是一種有機(jī)強(qiáng)酸，用檸檬酸配制的酸液pH 值很快到達(dá)2～3，對(duì)巖屑具有良好的酸蝕作用，對(duì)設(shè)備腐蝕性較低，用來配制水溶液置入地層中，酸蝕堵塞的巖屑，確保井筒射孔段和回注層裂縫孔隙的通透性。

3.5 輔助藥劑

提黏劑在泥漿中兼有穩(wěn)泡劑的作用，當(dāng)泥漿結(jié)構(gòu)強(qiáng)、黏度較高時(shí)，氣泡會(huì)比較穩(wěn)定，對(duì)成品漿的存放和高壓回注都是不利因素。根據(jù)實(shí)際情況有選擇性的加入適量的消泡劑EMULPOX，確保巖屑漿性能穩(wěn)定。

適當(dāng)加入0.05%～0.1%的殺菌劑STRYN-TN，防止泥漿在長時(shí)間地面存放和在地層中發(fā)酵，影響漿體穩(wěn)定性。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 巖屑研磨

將經(jīng)過研磨機(jī)研磨前后的巖屑漿進(jìn)行對(duì)比分析（見表4），結(jié)果顯示研磨對(duì)堵漏材料木屑沒有太大影響，有8%粗粒徑巖屑磨成了中粒徑巖屑，有8%的中粒徑巖屑磨成了細(xì)粒徑巖屑。而從砂樣對(duì)比中，大部分粗顆粒巖屑的粒徑明顯減小。

實(shí)際生產(chǎn)中，最大負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)期，日均接收量610 m3，日均回注量625 m3，巖屑處理效率與回注速率未出現(xiàn)脫節(jié)延產(chǎn)現(xiàn)象，8%的細(xì)粒徑巖屑產(chǎn)生效率已經(jīng)滿足了現(xiàn)場需求。

4.2 巖屑漿性能控制

針對(duì)黏度和切力要求，現(xiàn)場選擇了瓜膠與黃原膠復(fù)配作為提黏藥劑，提黏效果明顯（見圖1）。

表4 巖屑漿經(jīng)研磨前后固體成分體積分?jǐn)?shù) %

圖1 瓜膠與黃原膠復(fù)配后流變曲線

施 工 時(shí)pH 值4～10，0.3%～0.5% 瓜 膠+0.1%～0.2%黃原膠，可使巖屑漿黏度達(dá)到良好的懸浮效果，配合剪切泵使用，不易結(jié)出聚合物大團(tuán)，黏度保持在60 s 以上，固相體積分?jǐn)?shù)保持在12%～20%，減少化學(xué)藥劑的浪費(fèi)，保證巖屑注入效率。

4.3 回注

首先注污水打開地層，沖洗地層裂縫；后打稠塞分割污水與巖屑漿，避免巖屑漿與水混合后黏度降低引起巖屑快速沉積；巖屑漿回注，過程保持排量穩(wěn)定，注完繼續(xù)注10 m3稠漿，清掃管線和地層中的滯留巖屑漿；適時(shí)注入檸檬酸液，酸化巖屑；最后注入清水，替空管線和井筒中的泥漿，并將酸液推進(jìn)地層（見表5）。

正?；刈⒅羞x擇13.25 L/s 排量，回注漿在114 mm 回注管中雷諾數(shù)大于2 300(雷諾數(shù)大于4 000為紊流，雷諾數(shù)小于2 300 為層流），保證回注中存在部分紊流帶，有利于巖屑的運(yùn)移。

一次回注過程里包括四種回注流體，按順序回注保證回注順利，回注井清潔。

表5 回注次序

5 認(rèn)識(shí)

（1）經(jīng)過研磨后，粒徑小于300 μm 的巖屑顆粒占99%以上，滿足現(xiàn)場實(shí)際回注要求，巖屑處理量可達(dá)到20～25 t/h，日最大回注量778 m3。

（2）采用“瓜膠+黃原膠”復(fù)配作為增黏懸浮劑，滿足了漿體的穩(wěn)定性要求，注入地層后化學(xué)原料可快速降解，保證回注作業(yè)的連續(xù)性，也具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

（3）TPTB-20 井共注入41 口井巖屑，巖屑漿平均密度1.22 g/cm3，最大密度1.4 g/cm3，平均黏度61 s，平均固相體積分?jǐn)?shù)13.33%；巖屑漿及污水共計(jì)已回注18.9×104m3，其中巖屑漿13.11×104m3，占設(shè)計(jì)最大容量的69.37%，回注壓力穩(wěn)定，無異常上升現(xiàn)象，滿足了ITT區(qū)塊生產(chǎn)需要。

（4）鉆井產(chǎn)生的巖屑通過巖屑回注的方式重新送回地層中，在溫度壓力的作用下重新成為地層巖石，不再成為地表污染，環(huán)保效益顯著。