鉆井液的受侵及处理2.docVIP

钻井液的受侵及处理 钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液，使其性能发生不符合要求的变化，这种现象称为钻井液受侵。有的污染物严重影响钻井液的流变性和滤失性能，有的污染物能够腐蚀钻具。最常见的是油、气侵、粘土侵 钙侵、盐侵和盐水侵，还有Mg2+，CO2、H2S和O2的污染。因其中一些已作介绍，下面着重介绍CO2、H2S、O2、盐膏层和高压盐水层的污染及处理。 CO2和O2的污染 CO2的污染 在许多钻遇的地层中含有CO2，某些处理剂分解也会使钻井液含有CO2气体。是一种酸性气体，当其混入钻井液后会生成HCO3-和CO32-，即 CO2+H2O=H++HCO3-=2H++ CO32 反应中生成的碳酸使钻井液PH值下降，其酸性比H2S强。并且也和钻井液中的碱反应，生成碳酸氢钠。CO2气体流入井内将大大降低或完全抵消钻井液中的碱性。 金属的腐蚀 概念：金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。 金属腐蚀的本质：M-ne-=Mn+。 金属腐蚀的分类： 1、化学腐蚀：金属跟接触到的气体或液体等物质（如O2、Cl2、H2S、SO2等），直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。该过程很缓慢。 2、电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀。 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金属（或非电解质）直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触（形成原电池） 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化的过程 较活泼金属被氧化的过程 实例 铁在高温下形成Fe3O4等 钢铁在酸性介质中的腐蚀，以及在潮湿空气中或海水中的腐蚀 相互关系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重 电化学腐蚀两种情况的比较（以钢铁在潮湿的空气中腐蚀为例） 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性较弱或呈中性 电极反应 正极（碳） 2 H++2 e-= H2↑ O2+2H2O+4e-→4OH- 负极（铁） Fe-2e-→Fe+2 溶液反应 Fe+2+2OH-= Fe（OH）2 4 Fe（OH）2+O2+2H2O=4 Fe（OH）3 失去部分水转化为铁锈（Fe2O3?nH2O） 发生情况 相对较少 非常普遍 的腐蚀机理为：管材中的铁作为阳极被腐蚀，阳极放出氢气，其化学反应式如下： Fe+ H2CO3→Fe CO3+ H2↑ 阴极反应： 2H+ + 2e- → H2 随着H+的消耗,弱酸(CO2+H2O)将会继续电离补充。 阳极反应： Fe → Fe2+ + 2e- 温度：游离二氧化碳的腐蚀受温度影响很大。升高温度,腐蚀速率增加。 分压：腐蚀速度还随着二氧化碳分压增加而增加。 复配：水中同时含有O2、CO2腐蚀将会加重。 原因：氧的电极电位高,易形成阴极,腐蚀性强; 去膜：CO2使溶液呈酸性,破坏保护膜。 室内和现场实验均表明，钻井液的流变参数，特别是动切力受HCO3-和CO32-的影响很大，尤其高温下的影响更为突出。一般随着HCO3-浓度的增加，τ0呈上升趋势；而随着CO32-浓度的增加，τ0则先下降后上升。由于经这两种离子污染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。通常加入适量Ca(OH)2即可清除这两种离子，由于pH值的升高，体系中的HCO3-先转变为CO32-： 2HCO3-+ Ca(OH)2= 2CO32-+2H2O+ Ca2+ 然后CO32-与Ca(OH)2继续作用，通过生成CaCO3沉淀而将CO32-除去： CO32-+ Ca(OH)2= CaCO3↓+ 2OH- 二氧化碳气体的检验方法：将气体通入澄清的石灰水，能使澄清石灰水变混浊的气体就是CO2。 在处理钙污染时，是用CO32-除去Ca2+，而现在又用从Ca(OH)2电离出来的Ca2+除去CO32-。这两者并不矛盾，恰恰表明在不同的受污染情况下，应采取不同的处理方法。在容易引起CO2污染的井段，HCO3-和CO32-对钻井液性能的危害性明显大于Ca2+。经证明，在容易引起CO2污染的钻井液中，应尽量保持Ca2+的浓度在50-75mg/L范围内。 CO2污染的现象 ?钻井液中气泡增多； ?钻井液pH值下降，加烧碱提高PH值时，速度慢，加量大。 ?钻井液粘度、切力上升，流动性能变差。 CO2污染的处理方法： 若pH值适中加CaSO4，加量为0.00285mg/L； 若pH值过低加Ca(OH)2，加量为0.00123mg/L。 使用有内涂层的钻具，防止钻具的腐蚀。 使用出除气器，降低CO2在钻井液中含量 。