碳酸根、碳酸氢根污染的钻井液处理及机理研究-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

第33卷第2期
OIL AND GAS TREATING AND PROCESSING「油气加エ53
碳酸根、碳酸根污染的钻井液处理及机理硏究
冯丽雷伏涛祝学飞严福寿黄念义
中国石油集团川庆钴探工程有限公司塔里木工程公司,新疆库尔勒841000
摘要:大丰1井钻进到3000m左右时进入到安集海层位,此时泥浆性能黏度和切力明显增
大,钻井液受到残酸根、碳酸氢根污柒。通过室内实验与钻井液滤液分析,利用化学方法,有针对性
地对磯酸根、碳酸氢根污染进行处理。采用加入适量生石灰的方法,同时补充RSTF、SP-80两种处
理剂,一方面可使钻井液性能稳定,维护周期増长;另一方面节约了处理剂,降低钻共成本。通过加入
处理剂CSW-1的钻井液性能分析,证明了钻井液受碳酸根、碳酸氢根污染的机理主要是电位理
论和胶凝结枃理论。
关键词:钻井液;污染;碳酸根;碳酸氢裉;生石灰
DOI:10.3969/j.isn.1006-5539.2015.02.011
0前言
使用除砂器或除砂效果变差
钻井过程中常发生钻井液受到碳酸根污染的情况,
4)钻井液滤液有大量碳酸氢根离子或碳酸根离子
其主要原因是遇到空气中的二氧化碳,或者钻遇含有二存在。
氧化碳气体的地下水层时部分地下水侵人到钻井液中形1.2危害
成碳酸根和碳酸氢根;钻遇盐膏层时伴随有可溶性的碳
黏度和切力升高,造成起钻挂卡,开泵困难,严重时
酸盐;部分钴井液处理剂经井底高温分解产生二氧化碳无法开泵;pH值下降过多会使很多钴井液处理剂失去效
气体。大丰1井钻进3000m左右时进入安集海层位,遇用,钠井液性能全面变差,可能造成井塌、井喷;失水量
到大量盐膏层,因地质录井未及时提供地层岩性资料,造增大会增加井檗坍塌的风险;气泡的产生会造成井液
成在钻遇3065m左右时泥浆性能明显变差,后通过室密度下降,有井喷的危险3-。
内实验分析泥浆性能变差的原因,找到切实可行的处理
办法,恢复泥浆性能,为钻进的顺利进行提供了很好的2碳酸根、碳酸氢根的检測方法
钻井液环境。
现场往往用检测滤液的甲基橙碱度(M)和酚酞碱度
钻井液受碳酸根、碳酸氢根污染的机理,目前学术(P})来粗略估算碳酸盐的污染情况,当MP=3时,表明
上主要有电位理论和胶凝结构理论两个观点。
碳酸根浓度较高,即已出现碳酸根污染;当M/P≥5时,
则为严重碳酸根污染。而酚酞碱度和甲基橙碱度均以
1碳酸根、碳酸氢根污染现象及危害
滴定1mL样品所需0.01molL硫酸的毫升数来表示。
污染现象
1)钻井液颜色变深,发灰、发黑。
3室内实验
2)钻井液的pH值下降,黏度和切力上升,钴井液流3.1实验试剂和仪器
动性变差,触变性增强,静止时呈豆腐块状,很快析出自3.1.1实验药品
由水,钻井液失水量明显增加。
硫酸溶液:0.01moL标准溶液;酚酞指示剂溶液:将
3)钻井液含大量气泡且不易消除,不易过筛,不能1g酚酞溶于100cm3浓度为50%酒精水溶液中配制而
收稿日期:2014-09-18
作者简介:過丽(1983-),女,湖北襄阳人,工程师,硕士,主要从事钻井液技术工作。
54202015年04月
成;甲基橙指示剂溶液:将0.1g甲基橙溶于100cm2水水仪;马氏漏斗黏度计;滴定瓶:100~150cm3,最好白色;
中配制而成;处理剂RSTF,工业级;生石灰,工业级;处理带刻度移液管:1cm2和10cm3各一支;搅拌棒。
剂SP-80,工业级;氢氧化钾,工业级。
3.2实验结果和分析
3.1.2实验仪器
对大丰1井2900~3100m井段的钴井液性能进行
六速旋转黏度仪;pHS-3C型精密酸度计;中压失分析,结果见表1。
表1大丰1井进入安集海层时钻井液性能
井深mMP坂含MBTK(gL)pH值、黏度Va失水mL动切Pa初切/Pa终切/PaCa2(mgL)
2988.81.1
30
2.8
540
3065.82.1
29
9.550
3.2
9.5
480
3071.73.2
29
4.0
3073.63.6
22
52
5.5
o124
1458
410
360
3075.64.0
8.554
7.0
320
3082.54.3
7
56
9.0
6
9
280
实验结果表明,在进入安集海层3065~3100m时,
实验结果表明,加入CSW-1后钻井液的黏度和切
钴井液已受到碳酸根污染,此时钻井液性能变化明显,力増加。证明胶凝结构理论是正确的。
黏度和切力增加,失水量变大,pH值降低
3.3钻井液碳酸根、碳酸氢根机理分析
4处理措施及原理分析
3.3.1电位理论
4.1处理措施
当钻井液发生碳酸根、碳酸氢根污染时,碳酸氢根
大丰1井施工过程中,钻遇3000m左右即安集海
不断与钻井液中的氢氧根发生反应,生成碳酸根和水,层中部时发生碳酸根、碳酸氢根污染,MP从1.1陡升
使钴井液的氢氧根不断减少,pH值不断下降;碳酸根和至4.3,导致针井液失水升高、黏度和切力増大,钻进速度
碳酸氢根离子吸附在黏土表面,使黏土表面所带负电荷缓慢,起出的钻头发生泥包现象。通过室内实验,确定采
增多,增大黏土颗粒表面的电位,黏土颗粒静电斥力大取加入氧化钙的方法消除碳酸根、碳酸氢根污染。现场
于范德华力,粗分散钻井液体系重新变成了细分散钻井配制20m2石灰乳液(配方:淡水+10%生石灰+10%
液体系,原钴井液体系容纳岩屑的能力下降,钻井液的KOH),缓慢均匀地分5个循环周加入:同时按全井加量
劣质土含量越来越高,造成黏度和切力上升的同时,失加入2%的RSTF:处理过程中保持泥浆pH值在11-12
水量也进一步增大5。
之间。按照循环周逐步将钴井液密度提高0.03g/cm3,同
3.3.2胶凝结构理论
时通过连贯实验密切监测碳酸根和碳酸氢根的含量。
Emiliano Carretti等外国学者认为,钻井液受到碳酸
通过处理,MP由4.5降到1.5以内,黏度和切力恢
根或碳酸氢根污染后黏度和切力上升主要是由于碳酸根复正常。钴井液的流变得到恢复,处理效果良好,成本低
能与胺(包括伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐、季胺盐)的处理剂生廉,满足正常钻进。加入石灰乳液处理前后的钻井液性
成一种胶凝结构。而大丰1井中所用处理剂小阳离子的能见表3。
主要成分就是环氧丙基三甲基氯化铵,也就是季胺盐。表2表3加入石灰乳液处理前后的钻井液性能变化
为在钻井液受到污染后再加入0.3%CSW-1前后性能变化
性能指标
处理前
处理后
表2加入CSW-1处理前后钻井液性能变化
M /P
4.3
1.5
性能指标
加入前
加人后
pH值
8
10
M P
4.3
4.1
黏度F/s
56
pH值
8.5
失水F/mL
9.0
6.5
黏度F/s
58
动切/Pa
14