天東017—H4井鉆井液受CO2污染及工藝處理技術(shù)初探

【摘 要】在鉆井作業(yè)過程中，有時鉆遇含CO2的地層，當CO2進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，嚴重時甚至威協(xié)鉆井、井控安全。天東017-H4井鉆至井深4504.25m，井下出現(xiàn)CO2酸性氣體污染，本文通過017-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)進行一些初步的探討。

【關(guān)鍵詞】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)濟損失。當污染嚴重時，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)?。井下出現(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HCO3-的總含量超過2400mg/L，或者CO32-和HCO3-含量增加，Ca2+和OH-含量下降（或為零），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）。

表1：天東017-H4井鉆井液受CO2污染前后性能對比

密度 粘度 初切/終切 API失水 PH CO32- Ca2+

污染前 1.87 43 1.5/13 2.8 10 0 480

污染后 1.87 120 8.5/28 6.5 9 1.28×104 0

由表一不難看出，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（4224 m～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)濟損失。

其次，鉆井液污染后PH降低，在高含硫地區(qū)鉆進，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)于這一點危害，只是從理論上進行探討，本井并未發(fā)生因為CO2腐蝕而造成的鉆具刺、斷等現(xiàn)象。一般認為， CO2的腐蝕機理為：

CO2 + H2O≒ H2CO3 （1）

H2CO3 ≒H+ + HCO3- （2）

HCO3- ≒H+ + CO32- （3）

Fe=Fe2+ + 2e- （4）

2H+ + 2e- =H2 （5）

Fe2+ + CO32- =FeCO3 （6）

實際上， 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)在普遍認為，油氣井的CO2腐蝕應(yīng)以局部腐蝕特性來定義和評價預(yù)測，因為鉆具的壽命常因局部腐蝕穿孔、斷裂而終止。

（3）鉆井液性能維護成本高、難度大。天東017-H4井在井段4224 m～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，維護成本高（表2）。

表2：天東017-H4井鉆井液受CO2污染而增加的泥漿消耗材料

序號 種類 代號 累積消耗（T）

1 生石灰 CAO 9.575

2 燒堿 NAOH 9.850

3 重晶石 BASO4 9.0

4 鉆井液用改性樹脂 JD-6 25.0

5 無鉻磺化褐煤 M-SMC 8.0

6 重晶石粉（散） BASO4/1 506.000

7 柴油 30.000

8 陽離子乳化瀝青 SEB 11.000

9 特種稀釋劑 TX 1.500

10 陽離子酚醛樹脂 SRP 5.000

11 高溫抗鹽降濾失劑 RSTF 10.000

12 防卡潤滑劑 PPL 21.0

13 水基潤滑劑 CAL 29.000

14 多元聚合醇泥頁巖穩(wěn)定劑 MSJ 4.000

15 高溫降濾失劑 ZKLS 8.000

16 乳化劑 OP-10 4.200

17 褐煤樹脂 SPNH 6.000

18 磺化單寧 SMT 4.00

19 石粉 BASO4/2 61.000

20 司苯 SP-80 1.00

21 潤濕防泥包劑 CJ6-1 6.000

22 高效降濾失劑 SHE-7 3.000

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，適當提高鉆井液密度壓穩(wěn)地層流體，隔斷污染源；二高：維護鉆井液較高的PH值（9.5～11.0）和較高的Ca2+濃度；三維護：鉆井液護膠維護、流變性維護、失水造壁性維護。

（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、氯化鈣等處理劑進行處理。

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

（4）若污染嚴重，可采用在地面配制部分抗CO2污染能力強，含Ca2+濃度高（>600mg/L）、加足護膠劑、足量的稀釋劑和較低的粘切的鉆井液對井漿進行部分置換，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行。

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

6 幾點認識

（1）當進入含CO2高的地層前，或在含CO2的地層鉆進過程中，加強對鉆井液處理和維護。

（2）控制鉆井液密度，防止CO2進入鉆井液。

（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）加強鉆井液CO32-、HCO3-、Ca2+濃度的監(jiān)測。

參考文獻

[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)律及研究進展.腐蝕與防護，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.

作者簡介：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。