深井钻井液碳酸根和碳酸氢根污染的处理.pdf

免兔w.ututu.com
石油与天然气化工
CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS
深井钻井液碳酸根和碳酸氬根污染的处理
刘佑云2
1.中国石油大学(华东)石油工程学院2.胜利石油管理局石油工程管理处)
摘要阐述了在深井钻探过程中遇到碳酸根和碳酸氩根离子染后钴井液的性能特征,提
出了针对不同程度污染的处理方法。针对中生界下部易跨塥泥岩、膏泥岩和含煤线地层单纯靠提
高pH值和使用Ca)进行处理已不能满足井下的需要,提出了使用硅酸盐的处理方法。通过室内
实验和几口井的现场应用,使用硅酸盐进行调整处理,在处理碳酸根和碳酸氩根污染的同时,能够
及时有效地起到防塌作用,保证钴井液具有良好的流变性和防塌能力。
关健词碳酸根碳酸氢根钻井液污染硅酸盐井眼稳定
DO1:10.3969/j.issn.1007-“3426.2012.01.025
随着钻探领域的扩大、井深的增加,在很多区块
深井钻井液受到碳酸根和碳酸氢根离子污染后
的钻井过程中会遇到碳酸根和碳酸氢根离子对钻井往往具备以下特征:①粘切上升且居高不下,钻井
液造成的污染,致使钴井液的粘切上升、滤失量变液流动性差;②钻井液滤失量上升且难以控制,泥
大,且性能难以控制。在污染的初期,常常误认为是饼虚厚,静止后呈块状,处理调整钴井液时,使用多
因钻进时间长而造成的钻井液老化和处理剂质量问种稀释剂和降失水剂进行反复处理,其效果不明显
题引起的抗温抗污染能力差造成的钻井液性能不稳③pH值下降;①钻井液在流动过程中含大量小气
定。如果没有做出滙确的判断而按照一般的处理方泡并且不宜消除,使用六速粘度计所测定数据不准
法加入降粘剂和降滤失剂,根本无法达到处理的目确;⑤钻井施工过程中起钻有挂卡现象,下钻到底
的,而且耽误了调整的时机,使钴井液的污染加重,开泵困难,开泵循环并且返出大量虚泥饼并伴有井
造成钻井液性能的急剧恶化,甚至会造成井下的复壁掉块;⑥有时还同时存在Ca2-离子。
3处理方法
1碳酸根和碳酸氢根离子的来源
钴井液受到碳酸根和碳酸氢根污染后,原则上
钻井液中碳酸根和碳酸氢根离子主要来自以下主要根据钴井液中碳酸根和碳酸氢根的污染程度和
3个方面,有时候这3种因素单独存在或共存。
井下地质岩性情况等来处理。
①在深井钻探过程中,当钻遇含有CO2气体3.1轻度污染的处理
的地层时,会有大量CO2气体侵入钻井液中
当钻井液受到碳酸根和碳酸氢根轻度污染时,
②当钻遇含有较多碳酸根和碳酸氢根地下水
通过滤液分析测得HCO、CO3、Ca2、Mg2+等离
层时,部分地层水侵入钻井液中
子含量。受滤液分析步骤的影响,Ca2-、Mg21离子
③使用的处理剂含有Na2CO)和 NAHCO3成
都是在强碱性环境下测得的数据,此时一部分
分。深井钻井周期长,使用的钻井液处理剂量大,处
Ca2+、Mg2~与OH发生反应产生沉淀;钻井液在
理剂中含有的Na2CO3和NaHC()3通过不断的累
高温情况下,滤液中的HCOぶ和CO3进一步分
积达到从量变到质变的反应。
解。所以,室内分析测得碳酸根、碳酸氢根和Ca2-、
碳酸根和碳酸氢根污染后钴井液的性能特征Mg2+含量只是一个参考值,不能真正反映钻井液中
免兔w.ututu.com
第41卷第1期
深井钴井液碱酸根和碱酸氫根污染的处理
105
碳酸根和碳酸氢根和Ca2t、Mg*含量。通常可以够清除针井液中的部分碳酸根和碳酸氢根离子,改
通过提高pIH值进行维护性处理,IC3和(()
变钴井液的流变性,但钻井液的性能变化较大,pH
离子随pH值的变化而转化。当pH值小于9时滤値升高,失水增大,流型发生了改变,促使了易垮場
液中以HC(O3为主,CO一含量较低;而当p值在的泥岩、膏泥岩进一步吸水膨胀和含煤线井段在高
9~11.3时,滤液中HCO)。和CO3共存;当pH值pH情况下能够形成煤碱液,促使煤层进一步溶
大于11.3时,滤液中的HCO在强碱性环境下逐解,使该井段井壁不规则,造成不稳定和垮塌,给易
步转化为CO3-,而HCO5含量较低?能够同滤液垮塌的泥岩、膏泥岩和含煤线井段造成了井下复杂。
中存在的Ca2-、Mg2离子结合,形成碳酸盐沉淀,
在此情况下,处理钻井液中的碳酸根和碳酸氡
降低滤液中的HCO。和CO2含量,减轻对钻井液根污染,可使用适量的水泥作处理剂,(主要成分为
的化学污染
CaO)?SiO)3和少量Al2O3?MgO)水泥中的Ca()组
3.2严重污染的处理
分向钻井液中提供一定数量的Ca2。
当针井液受到碳酸根和碳酸氢根严重污染时,
在现场处理过程中,根据测得的数据计算出相
不论是使用多种稀释剂和降失水剂进行大幅度地反应的加量,考虑受到钴井液pH值、固相含量和井下
复处理,还是调整pH值,都不能有效控制钻井液的温度的影响,首先认真做好小型实验,特别是高湿固
性能。特殊情况下,滤液中还共存有HCO3、CO3化实验尤为重要,防止因水泥加量不当而造成的井
和Ca2+、Mg2-离子。(由于钻井液中富含处理剂,下复余。水泥中的硅酸根和Ca2+与钻井液中碳酸
使钻井液中的HCO2、CO2离子与Ca2+、Mg2离根和碳酸氢根离子以及地层中的金属离子在碱性环
子不能有效地结合)在这种情况下,处理钻井液中的境下形成不溶性碳酸盐和硅酸盐沉淀,镶嵌于易垮
碳酸根和碳酸氢根污染的方法,主要是向钻井液中塌地层的孔隙和微裂缝中,部分高价金属离子随钻
提供一定数量的Ca2,如石灰、氯化钙、石膏等在碱井液滤液侵入地层形成硅酸盐凝胶和胶状物,在高
性环境下形成碳酸盐沉淀,清除碳酸根和碳酸氢根温高压的情况下产生固化,在井壁表面形成一层坚
离子。
固的保护层,有效地封堵孔隙和微裂缝,阻止钴井液
可以通过滤液碱度分析测得HCO、CO3こ、滤液进一步侵入地层,有利于井壁稳定,并能起到保
Ca2t、Mg2含量,然后计算出钻井液中能够中和护油气层的作用。
HCO)る和CO3所需Ca2-离子的含量
1现场应用情况
虽然能够使用的处理剂很多,但现场最好使用
对钻井液性能影响较小的石灰(主要成分CaO)进
1.]和参1井
行调整处理,在现场调整处理过程中,根据测得的数
和参1井是胜利油田在新疆和田风险探区的…
据计算出相应的加量,考虑受到钻井液pH值、固相口山前构造上的重点参数井,由于地层渗严重,钻
含量和井下温度的影响,首先做好小型实验获取数进过程中大量补充预水化膨润土浆,使钻井液中纯
据。对钻井液调整处理前,取一罐钻井液(40m3)碱的含量增加?同时受生产水型的影啊,使钻井液中
再做大型实验,然后按照循坏周加入,保证钴井液性
表1和参1井井深2500m处钴井液处理前后性能变化情况
能基本稳定和井下安全
FV PV YP切力 FI. PH HCO3C03Ca21流型
处理情况
smPa? s PaPa ml值mg/L.mg/L.mg/l.效果
3.3复杂地层高怒度钻井液污染后的处理
井浆87372912/3810147046800很差
当钻进至山前构造或中生界下部易垮塌的泥
井浆5181010185112969110好
岩、膏泥岩和含煤线地层时,地层应力ー般偏高,都
0.6%石灰
是使用的高密度钻井液体系,钴井液的