国标-钻井液污染的防治与对策.doc

2006年 2006年钻井液学术研讨会论文集 钻井液污染的防治与对策 徐忠新 (中原石油勘探局钻井三公司) 摘要：钻井施工中来自地层和地表的各种污染物严重影响了钻井液的流变性和滤失性能，轻则 影响到井壁的稳定，油气藏的保护，重则影响到井下安全。本文针对构成钻井液污染的主要因素钙 离子，镁离子，碳酸根、碳酸氢根、NaCl．HzS和钻屑等的来源、作用机理做了详细的分析，同时提 出了切实可行的处理方法，并通过现场应用实例来阐释：只有及时的对钻井液性能进行调整，用化 学或物理的方法清除它们，才能保证钻进的正常进行。 关键词：钻井液污染防治对策水质机械控制化学控制 l前言 钻井施一[中，有来自地层和地表的各种污染物侵入钻井液中，严重影响到钻井液的流变性和滤 失性能，使其性能发生不符合施I：要求的变化，轻则影响剑井肇的稳定、油气藏的保护，重则影响 剑井F安全。当污染严重时，只有及时的对钻井液性能进行调整，用化学或物理的方法清除它们， 才能保证钻进的正常进行。对钻井液构成污染的主要有钙离子、镁离子、碳酸根、碳酸氢根、NaCl、 HzS和钻屑等冈素。 2 Ca2+／Mg扣的污染 2．I Ca2‘／Mg}的来源 (1)生产用水是硬水；(2)钻遇=fi膏层；(3)钻遇盐水层，冈地层盐水一般含有Ca2／M92；(4) 钻水泥塞。 2．2 Ca2’／M92一的作用机理 在钻井液中，Ca2’／M92’与Na交换，将钠土转变为钙十(或镁十)。钙4-．(或镁．-t-．)水化能力弱， 分散度低，故转化后体系的分散度明显F降。另一方面Ca2’／Mg}本身是一种无机絮凝荆，会压缩枯 十颗粒表面的扩散戏电层，使水化膜变薄，毛电位下降，从而引起粘十晶片面一面和端一面聚结。造 成粘士颗粒分散度下降。造成钻井液粘度、切力、滤失量增人。 2．3处理方法 (1)ff先对生产用水进行化验，矿化度大y-200PPM的水不能用做生产用水。从源头控制Ca争／Mg} 对钻井液的污染。 (2)如果配浆水中Ca}或地层溶解的Ca2。已对钻井液构成污染，一般刚纯碱处理： Ca。+Na2C03 -CaCO：l I+2Na+ (1．0 mg／1 Ca2需0．00265kg／m3的Na2CO。) pH值升高有助下减少钙的溶解。 (3)硬彳i膏／石膏的污染(CaSO，／CaSO，’H。0) 在钻井过程中，／fi膏地层从只有几厘米到几千米厚不等，钻这种地层会引起钻井液絮凝和失水 失控等问题，这是冈为cE‘浓度增人所引起的。如果彳i膏层不太厚，就朋纯碱处理：若是巨厚的石 作者简介：徐忠新，1983年毕业十长庆石油学校石油及天然气钻仆专业，高级工程师。 454 2006年 2006年钻井液学术研讨会论文集 膏层，可能要转换成高钙盐钻井液体系。 CaSO,+NazC03——◆CaC03 I+Na2S04 可能需要添加抗盐降失水剂或聚阴离子纤维素来控制失水，如果固相控制不好，可用稀释剂降 粘度。 (4)Mg弘的污染 若用海水和高含镁地层水作为配浆水便会遇到M92‘的污染问题，污染的影响与cd+污染相似，M92+ 污染 常用烧碱处理，体系中大部分的M92+在pH值大于10．5时沉淀下来： Mgp+2NaOH -Mg(OH)z I+2Na+ (1．Omg／1Mg弘需0．00331kg／m3的NaOH) (5)水泥石的污染 当固井作业或钻开水泥塞时便会造成水泥污染，污染的严重性与污染时钻井液状态和水泥状态 有关。钻井液状态包括固相含量、抗絮凝剂的浓度等，水泥状态指水泥的胶结程度，胶结差的水泥(有 时叫绿水泥)比胶结好的水泥造成更严重的污染，水泥由几种复杂的钙化合物组成，这些化合物与水 反应都会生成Ca(OH)。，100当量的水泥会生成79当量的Ca(oH)z，石灰会使淡水粘十型钻井液絮凝， 引起粘度和失水的上升，处理Ca(OH)：的污染涉及到降低pH值和控制Ca2。的浓度。可用下述一种或 儿种方法结合来处理水泥污染： ①废弃 若钻井液污染严重，可把污染最严重的那部分钻井液排出井外或转化为分散钻井液体系。 ②小苏打(NaHC03)处理 小苏打与Ca2反应生成不溶的CaCO。，由于在钻水泥时pH值较高，钻井液中Ca2的浓度一般不 超过200--400mg／1： Ca(OH)2+NaHC03—◆CaCO。l+NaOH+H20 (1．Omg／1Caz需0．00211 kg／m3的NaHC03) 这反应只中和了一半的oH，另一半转变为NaOH，这会导致PH值升高，可通过有机酸(铁络盐 或腐植酸)与小苏打一起加入来解决。 ③纯碱处理 现场使用时，推荐用纯碱来处理水泥污染，但纯碱与水泥反应没有0H被中和会导致过高的pH 值： Ca(0H)2+NazC03 ◆CaC03 I+2NaOH 一般现场应用时，Ca2’的污染主要