黃彥發(fā)

(川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司,重慶 400021)

天東017-H4井鉆井液受CO2污染及工藝處理技術(shù)初探

黃彥發(fā)

(川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司,重慶 400021)

在鉆井作業(yè)過程中,有時鉆遇含CO2的地層,當(dāng)CO2進(jìn)入鉆井液時將對其流變性能、濾失量和濾餅質(zhì)量造成影響,嚴(yán)重時甚至威協(xié)鉆井、井控安全。天東O17-H4井鉆至井深45O4.25m,井下出現(xiàn)CO2酸性氣體污染,本文通過O17-H4井出現(xiàn)的CO2酸性氣體污染造成的危害和工藝處理技術(shù)進(jìn)行一些初步的探討。

鉆井液 CO2酸性氣體 污染 工藝技術(shù)

1　前言

在鉆井過程中，經(jīng)常有來自地層的各種污染物侵入鉆井液中，使其鉆井液性能發(fā)生不符合施工要求的變化，這種現(xiàn)象稱為鉆井液受侵。有的污染物嚴(yán)重影響鉆井液的流變和濾失性能，有的加劇對鉆具的損壞和腐蝕，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)污染嚴(yán)重時，可能對環(huán)境和人員造成污染和傷害。因此，只有及時地對鉆井液配方進(jìn)行有效的調(diào)整，或者采用化學(xué)方法清除污染物，才能保證正常鉆進(jìn)和施工作業(yè)。鉆井中最常見的是鈣侵、鹽侵、鹽水侵、硫化氫氣侵，此外還有CO2和O2等造成的污染。2009年10月13日，天東017-H4井鉆至井深4504.25m，層位:龍?zhí)丁＞鲁霈F(xiàn)CO2酸性氣體污染，這里只對該井出現(xiàn)的CO2酸性氣體污染造成的危害和工藝處理技術(shù)進(jìn)行一些初步的探討。

2　鉆井液受CO2污染的征兆

(1)鉆井液受CO2污染后，當(dāng)鉆井液膨潤土、固相含量高時，其粘度、切力大幅度上升;

(2)鉆井液受CO2污染后，當(dāng)鉆井液膨潤土、固相含量低時，其粘度、切力下降;

(3)鉆井液濾液OH-和Ca2+大幅度下降;

(4)鉆井液受CO2污染后，鉆井液濾失量增加、失水造壁性變差。

3　鉆井液受CO2污染的判定

鉆井液受CO2污染后，測鉆井液濾液中CO32-、HCO3-、Ca2+、OH-離子濃度，如果鉆井液中CO32-和HC O3-的總含量超過2400mg/L，或者CO32-和HCO3-含量增加，Ca2+和OH-含量下降(或?yàn)榱?，判定鉆井液受CO2的污染。

4　鉆井液受CO2污染的危害

(1)鉆井液性能遭到破壞。鉆井液受到CO2侵入后，其性能變化情況見(表1)。

由表1不難看出，鉆井液受CO2氣體污染后，粘度大幅增加，失水升高，嚴(yán)重影響鉆井液的流變性和濾失性能，尤其起下鉆等長時間停泵后再開泵，極易造成井漏等井下復(fù)雜;天東017-H4井從4504.25m發(fā)現(xiàn)CO2氣體污染至5384m固井井深，在同一漏層(4224m～4226m)共發(fā)生四次井漏，損失時間125.09h，漏失泥漿811.1m3，消耗FDJ: 14.4T，SDL:14.8T，JD-5:2.8T，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

其次，鉆井液污染后PH降低，在高含硫地區(qū)鉆進(jìn)，加劇了H2S對鉆具的腐蝕(這里不作深入探討)。

(2)鉆具受到腐蝕。關(guān)于這一點(diǎn)危害，只是從理論上進(jìn)行探討，本井并未發(fā)生因?yàn)镃O2腐蝕而造成的鉆具刺、斷等現(xiàn)象。一般認(rèn)為，CO2的腐蝕機(jī)理為:

實(shí)際上，CO2腐蝕往往表現(xiàn)為全面腐蝕和一種典型的沉積物下方的局部腐蝕共同出現(xiàn)。但現(xiàn)在普遍認(rèn)為，油氣井的CO2腐蝕應(yīng)以局部腐蝕特性來定義和評價(jià)預(yù)測，因?yàn)殂@具的壽命常因局部腐蝕穿孔、斷裂而終止。

(3)鉆井液性能維護(hù)成本高、難度大。天東017-H4井在井段4224m～4226m，有一個漏層，經(jīng)過多次堵漏提高地層承壓能力不明顯，如果泥漿ρ≥1.90g/cm3就會發(fā)生井漏失返的惡性井漏。因此，CO2氣體污染源一直未能切斷，造成鉆井液性能不穩(wěn)定，維護(hù)成本高

表1　天東017-H4井鉆井液受CO2污染前后性能對比

表2　天東017-H4井鉆井液受CO2污染而增加的泥漿消耗材料

············(表2)。

5　鉆井液受CO2污染的工藝處理技術(shù)

處理鉆井液CO2污染的基本思路為:一壓:在條件許可的情況下，適當(dāng)提高鉆井液密度壓穩(wěn)地層流體，隔斷污染源;二高:維護(hù)鉆井液較高的PH值(9.5～11.0)和較高的Ca2+濃度;三維護(hù):鉆井液護(hù)膠維護(hù)、流變性維護(hù)、失水造壁性維護(hù)。

(1)發(fā)現(xiàn)鉆井液CO2氣體污染，要及時調(diào)整鉆井液密度，減少或者抑制CO2的侵入，隔斷污染源。若出現(xiàn)井漏，則在有條件的情況下做承壓堵漏，盡可能壓穩(wěn)CO2的侵入。

(2)鉆井液受CO2污染后，可用石灰、石膏、氯化鈣等處理劑進(jìn)行處理。

(3)補(bǔ)充燒堿提高PH值，保持PH值≥9.5，加稀釋劑調(diào)整流變性，加護(hù)膠劑降失水。

(4)若污染嚴(yán)重，可采用在地面配制部分抗CO2污染能力強(qiáng)，含Ca2+濃度高(＞600mg/L)、加足護(hù)膠劑、足量的稀釋劑和較低的粘切的鉆井液對井漿進(jìn)行部分置換，起下鉆過程中，注入污染段，避免下鉆后該段泥漿污染嚴(yán)重，造成開泵困難;下鉆采用分段循環(huán)，避免井漏。

(5)若固井、電測等需長時間靜止期間，采用過飽和鈣處理泥漿暫閉工藝封隔污染層，確保了電測和固井的順利進(jìn)行。

(6)每天補(bǔ)充一定量的CaO和CO32-發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3沉淀。

6　幾點(diǎn)認(rèn)識

(1)當(dāng)進(jìn)入含CO2高的地層前，或在含CO2的地層鉆進(jìn)過程中，加強(qiáng)對鉆井液處理和維護(hù)。

(2)控制鉆井液密度，防止CO2進(jìn)入鉆井液。

(3)控制鉆井液中Ca2+濃度在300mg/L～500mg/L的范圍內(nèi)。

(4)保持鉆井液較低的粘切，維護(hù)鉆井液良好的流變性和脫氣性能。

(5)一般PH值控制9.5～11.0之間。

(6)加強(qiáng)鉆井液CO32-、HCO3-、Ca2+濃度的監(jiān)測。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué).石油大學(xué)出版社,2001:153～157.

[2]張忠鏵,郭金寶.CO2對油氣管材的腐蝕規(guī)律及國內(nèi)外研究進(jìn)展.寶鋼技術(shù),2000(4):54～58.

[3]張清,李全安等.CO2對油氣管材的腐蝕規(guī)律及研究進(jìn)展.腐蝕與防護(hù),2003(7):277～280.

[4]楊玉良,朱丹宏.鉆井液受侵及工藝處理技術(shù)探討.新疆石油科技, 2005(2):4～6.

黃彥發(fā)(1982—),男,寧夏彭陽人,本科,工程師,長期在鉆井一線從事鉆井管理和技術(shù)工作。