《钻井液CO2污染的预防及处理技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钻井液CO2污染的预防及处理技术（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钻井液 CO2 污染的预防及处理技术 摘要：针对敖平I井气侵及处理情况，分析CO2污染水基钻井液作用机理，评 价本井处理方式方法是否合理，并提出有效的处理方法和措施，解决中浅井水基 钻井液受CO2严重污染后难以处理的技术难题，形成水基钻井液抗CO2污染技 术措施。为今后施工含CO2储层及注CO2区块提供技术保障。关键词： 水基；钻井液；二氧化碳；污染钻井液作为钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。性能良好的 钻井液是钻井施工成功的基本条件之一，但钻井过程中钻井液易被外来co2污染 而变质失效，防控措施不当有发生连锁井下复杂风险，严重影响钻井施工安全。 因此，如何提高钻井液的抗co2污
2、染能力，以及经济高效地处理已被污染的钻井 液，对保证钻井施工安全顺利地进行和提高钻井的经济效益具有重要意义。文中 针对钻井过程中CO2对钻井液的污染问题，剖析了其导致污染的根本原因，从提 高钻井液自身抗污染能力和已污染钻井液的处理2个方面提出了钻井液污染防治 措施。1 co2的来源及污染钻井液的机理1.1 co2侵入钻井液的方式1.1.1钻井液长期与空气接触，CO2溶解进入钻井液;1.1.2钻井液处理剂相互反应生成C02；1.1.3 处理钙侵和水泥侵时加入纯碱过量；1.1.4钻井液处理剂在高温高压下分解产生C02；1.1.5钻遇含CO2的天然气侵入钻井液；1.2 CO2污染钻井液测定方法CO2
3、气体进入钻井液后，根据钻井液pH值的不同，可以有OH-、HCO3-和CO32- 三种形式存在于钻井液中。1.2.1 碳酸根离子的测定（1）用移液试管移取20m 1试液于锥形瓶中，加入2-3滴酚酞指示剂（5g/L），用 O.1mol/L盐酸标准溶液滴定至红色刚刚消失，记录消耗盐酸标准溶液的体积(V1)。(2)在上述溶液中，再加入2-3滴甲基橙指示剂(lg/L)，继续用O.lmol/L盐酸 标准溶液滴定至溶液显橙色即为终点，记录消耗盐酸标准溶液的体积( V2)。( 3)计算 当VV2时p(CO32-)=(cV2/V0)x1.2OOx 106 p(OH-)=(c(V1-V2)/Vo)x3.402x1
4、05 当VV2时p(CO32-)=(cV1/V0)x1.200x106 p(HCO3-)=(c(V2-V1)/V0)x1.220x106 当V=V2时p(CO32-)=(c(V1+V2)/V0)x6.001x105当V=0时,v2列时p(HCO3-)=(cV2/V0)x1.220x106当v#o时,v2=0时p(OH-)=(cV1/V0)x3.402x105式中：p(CO32-)滤液中碳酸根离子含量，mol/L； p(HCO3-)滤液中碳酸氢根离子含量，mol/L； p(OH-)滤液中氢氧根离子含量，mol/L； c盐酸标准液浓度，mol/L；V1酚酞变色时消耗盐酸标准液的体积，mol/L；V
5、2从酚酞变色到甲基橙变色时消耗盐酸标准液的体积，mol/L； Vo所取试液的体积，ml；(1.220x106 3.402x1056.001x105) 系数。准确测定钻井液中CO32-和H CO3-的含量，对于指导现场处理有着重要的作 用。一般情况下，钻井液中的CO32-含量小于2400mg/L时，对钻井液性能不会产 生影响(不同浓度酸根离子对钻井液性能的影响见表1)。表1 不同浓度酸根离子对钻井液性能影响表离子浓度/mg.L-1pH值对钻井液性能的影响CO32-10.5无影响CO32-2400910.5影响略小，粘切略升HCO3-+ CO32250089粘切剧增，滤失量大HCO3-+ CO32
6、80008几乎失去流动性当大量的CO2气体进入钻井液时，钻井液中CO32-和H CO3-浓度逐渐增大，造 成钻井液粘度升高、滤失量增大和pH值降低，严重破坏钻井液性能。随着HCO3- 浓度增加，动切力呈上升趋势；而随着CO32-浓度增加，动切力则先减后增。受 CO3-和H CO3-这两种离子污染后的钻井液性能很难用加入处理剂的方法加以调 整，因此只能用化学方法将它们清除。1.3 CO2污染钻井液的危害机理1.3.1地层中大量的CO2进入钻井液，使CO32-含量增加，造成粘土等低密度 固相物质形成细分散，使钻井液粘度、切力大幅度上升。1.3.2污染钻井液pH值迅速降低，导致钻井液中的处理剂失效。
7、钻井液受C02 污染后，由于大量HCO3-的存在，pH值迅速降低，导致碱性环境中才能有效发挥 作用的处理剂功效下降，钻井液表现出不接受降粘剂处理，粘度、切力难以控制。1.3.3侵入CO2在钻井液中形成细分散微泡，导致钻井液切力大幅度升高。 大量未溶解的co2气体被钻井液包裹，形成细分散微泡，导致钻井液切力升高， 初切、终切接近，流变性恶化，尤其是高密度钻井液更为突出。134低密度钻井液受到CO2污染，通常表现为钻井液大量起泡，随着C02 污染量的增大，钻井液粘度、切力和滤失量略有增加，pH值降低。135高密度钻井液受到CO2污染则不会有明显的“起泡现象”，失水变化不 大，但是粘度、切力变化明显
8、，初终切数值拉近甚至相等，滤饼质量变差。当出 现严重CO2气侵，未溶解的CO2气体完全分散入钻井液形成高度细分散微泡，引 起明显的流态变化，尤其是固相含量很高的超高密度钻井液甚至可能会在较短的 时间内失去流动性。2 敖平1井气侵问题敖平1井水平段钻进至2485m，短起下后循环时井口返出钻井液显著增稠， 颜色暗黑无光泽，并散发酸臭味，密度从1.30 g/cm3降至1.25 g/cm3，漏斗粘度从70 s升至200 s, PH值从9.5降到7,总烃值从0.3%升至40%, CO2值最高达到3.89%, 取钻井液滤液通过碳酸根离子的测定方法计算出H CO3-+CO32 -离子浓度值将近 3600 m
9、g.L-i,判断发生CO2侵。处理过程中首先计算出受污染钻井液滤液中 HCO3-+CO32 -离子浓度值，根据当时钻井液总量，排放污染严重钻井液 10 m3,循 环补充含10%Ca O的碱胶液15 m3,同时密度由1.25 g/cm3循环加重至1.32 g/cm3, 平衡住地层压力。通过以上处理措施,受污染钻井液滤液中碳酸根离子浓度1800 mg.L-1,烃值及CO2值逐渐回落至气侵前正常值，钻井液表观粘度下降，动切力、 初切、终切下降，且初切与终切值差拉大，PH值升至9,钻井液的流变性能有所 改观，气侵得以控制。考虑到CO2对钻井液滤失量的负面影响，循环加入3%降失 水剂和2%封堵防塌剂，控
10、制钻井液滤失量和泥饼质量。CO2污染前后钻井液性能 变化如下表所示。表1敖平1井处理co2污染前后钻井液性能表参数密度粘度AVPVYP切力APIPHg/cm3smPasmPasPaPa/Paml污染前1.30704828163/82.09.5处理前1.2520086782712/182.87处理后1.327241.529183/122.29结论：实验表明，通过CaO处理被CO2污染的钻井液，粘度迅速下降、pH值 上升。钻井液动切力、初切、终切下降，且初切与终切的值差拉大。说明CaO处 理被CO2污染的钻井液具有良好的效果且效果明显。3 室内研究31 CaO处理受污染钻井液室内实验分析敖平1井处
11、理受污染钻井液的方法，加入Ca O数量是否合理通过室内实验 验证，取得Ca O的最佳加量。当用石灰处理CO32-、HCO3-污染时，会使pH值升高，为避免pH过高造成新 的污染，可以加入适量的有机酸处理剂。其原理为CaO与水反应生成Ca(OH)2， Ca2+与CO32-和H CO3仮应生成CaCO3沉淀而将CO32-和H CO3-除掉，同时产生了 OH-提高钻井液的pH值，最后加入有机酸中和过多的OH-。取敖平1井CO2污染的钻井液滤液通过碳酸根离子的测定方法计算出CO32-、 HCO3-的离子浓度，计算出CaO的溶液的含量为10%,受污染的钻井液分别加入 不同比例的CaO，在模拟井底高温(1
12、20C )滚动16h后，将CaO按10%浓度配成 悬浮液。取不同量的悬浮液加入现场钻井液中，搅拌并老化至120C后，冷却至室温测试钻井液性能，得出最佳用量。性能见表2，表中加量为体积比。表2受到CO2污染钻井液经CaO处理性能表钻井液AV(mPa s)YP(mPa s)切力(Pa/Pa)井浆862712/18井浆+1%CaO （老化前）70149/14井浆+2%CaO （老化前）72125/11井浆+3%CaO （老化前）7310.53/8井浆+1%CaO （老化后）65138/13井浆+2%CaO （老化后）68124/10井浆+3%CaO （老化后）70103/7结论：通过室内试验，确定加
13、入10%质量分数浓度的CaO悬浮液最佳用量为 3%（体积比）。老化后的钻井液性能跟老化前的钻井液性能做对比，说明CaO处理 被CO2污染的钻井液效果明显。3.2 CaCl2处理受污染钻井液室内实验对于深井超深井来说，由于井深，井底温度高，钻井液密度高，钻井液处理 量大，而且石灰等处理剂对钻井液性能本身有一定影响，使用CaCl2处理可以保 证钻井液的高温稳定性，对于清除CO32-和H CO3-共存可使用CaCl2配合NaO H或 KOH溶液来处理。CO32-可用钙处理的方法使其生成CaCO3沉淀将其除去，而 HCO3-不能直接除去，必须先使它与OH-反应转换生成CO32 -后才可能除去。室内 实
14、验使用CaCl2配合NaO H溶液进行，验证效果。取敖平1井CO2污染的钻井液滤液通过碳酸根离子的测定方法计算出CO32-、 HCO3-的离子浓度，计算出CaCl2的含量为30%,受污染的钻井液分别加入不同比 例的CaCl2，在模拟井底高温（120C ）滚动16h后，将CaCl2按30%浓度配成悬浮 液。取不同量的悬浮液加入现场钻井液中，搅拌并老化至120C后，冷却至室温 测试钻井液性能，得出最佳用量。性能见表3，表中加量为体积比。表3受到CO2污染钻井液接受CaCl2处理实验结果钻井液AV（Mpa s）PV（Mpa s）YP（Mpa s）切力敖平1井浆86782712/18井浆+1%CaC
15、12+10%胶液+0.5%NaOH （老化前）75652010/13井浆+1%CaC 12+10%胶液+0.5%NaOH （老化后）6352188/12井浆+2%CaC 12+10%胶液+0.5%NaOH （老化前）4250137.5/12井浆+2%CaC 12+10%胶液+0.5%NaOH （老化后）3845115/10结论：通过实验，CaCl2处理受到CO2和HCO3-污染的钻井液效果更加明显,并保证钻井液高温稳定。确定加入30%质量分数浓度的CaCl2悬浮液最佳用量为 2%(体积比)。4 CO污染的预防及处理方法24.1 CO2污染的预防4.1.1用滤液碱度分析的方法可以确定钻井液是否受到CO32 -污染。4.1.2根据实际需要提高钻井液密度，平衡地层流体压力，尽可能减少CO2 进入井筒，高密度钻井液保持较低的膨润土含量，防止CO2污染后
