天東017-H4井鉆井液受CO2污染及工藝處理技術初探

黃彥發

(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初探

黃彥發

(川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司,重慶 400021)

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

鉆井液 CO2酸性氣體 污染 工藝技術

1　前言

在鉆井過程中，經常有來自地層的各種污染物侵入鉆井液中，使其鉆井液性能發生不符合施工要求的變化，這種現象稱為鉆井液受侵。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，造成較大的經濟損失。當污染嚴重時，可能對環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整，或者采用化學方法清除污染物，才能保證正常鉆進和施工作業。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:龍潭。井下出現CO2酸性氣體污染，這里只對該井出現的CO2酸性氣體污染造成的危害和工藝處理技術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)。

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雜;天東017-H4井從4504.25m發現CO2氣體污染至5384m固井井深，在同一漏層(4224m～4226m)共發生四次井漏，損失時間125.09h，漏失泥漿811.1m3，消耗FDJ: 14.4T，SDL:14.8T，JD-5:2.8T，造成了較大的經濟損失。

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

實際上，CO2腐蝕往往表現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。但現在普遍認為，油氣井的CO2腐蝕應以局部腐蝕特性來定義和評價預測，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4224m～4226m，有一個漏層，經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定，維護成本高

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

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)發現鉆井液CO2氣體污染，要及時調整鉆井液密度，減少或者抑制CO2的侵入，隔斷污染源。若出現井漏，則在有條件的情況下做承壓堵漏，盡可能壓穩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，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-發生反應，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。

(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+濃度的監測。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學.石油大學出版社,2001:153～157.

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

[3]張清,李全安等.CO2對油氣管材的腐蝕規律及研究進展.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探討.新疆石油科技, 2005(2):4～6.

黃彥發(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工作。