高密度水基钻井液CO_2污染防治技术-.pdf

201 1焦 第5 卷 第2 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 5． N o ． 2 Apr o 2 01 1 d o i 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 1 1 3 2 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 1 4 高密度水基钻井液C O 2 污染防治技术 张坤 黄平 郑有成 李江 。 覃勇 罗宇峰 陶永平 王明华， I ． 中国石油川庆钻探工程公司川西钻探公司，四川成都6 1 0 0 5 1 ； 2 ． 中国石油西南油气田公司，I t J q 成都 6 1 0 0 5 1 ；3 ． 中国石油川庆钻探工程公司 ，四川成都6 l 0 o 5 1 摘要 随着川渝地 区勘探 开发 的深入 ，在部分 区块钻井过 程 中钻 井液遭遇 了严重的 C O。 污染，致使其性能 急剧 恶化 。针 对高密度钻 井液抗 CO。 污染能力差的 问题 ，通过 对污染机理 的分析 ，研 究出了预 防及 处理 方案 ，即 “ 一 压、二高、三 除、四拓” ，其核心是 固相容量限拓展技 术的引入 ，使 高密度钻井液受 C O 污染变得 易于处理。 关键词 二氯化碳污染水基钻井液固相容量限拓展防治技术 中图分类号 T E 2 5 4 文献标 识码 B 文章编号 2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 1 0 2 0 0 4 8 0 3 0 引言 近年来在川渝地 区钻井 中，钻遇 C O 气层的几率 不断增大 ，C O 浸入钻井液后 ，形成C O 3 2 - 和 H C O 3 - 两 种污染离子 ，造成钻井液黏切升高 ，滤失量增 大和 p H值降低，严重破坏了钻井液性能，剑门1 井就因 密度 为 2 ． 5 0 g ／e m 的钻井液受 C O 污染导致流变性 失控而诱发 “ 又喷又漏”的险情 。这类 问题采用补 充c a 和高碱比稀释剂的常规方式处理效果不理想， 钻井液体积增量大，现场难以实施。因此，对高密 度水基钻井液抗 C O 污染防治技术的研究已变得刻不容 缓。 C O 浸入钻井液后 ，首先通过化学反应 ，消耗掉 钻井液中的C a 2 、O H一 等离子 ，未溶解反应 的部分再 形成 大量微泡 分散 于体系 中 ，引起黏 切大 幅度上 升，同时由于O H 一 的消耗，p H值大幅降低，稀释剂 及其他处理剂不能正常发挥作用 嘲 ，进一步引起黏 切失控、滤失量增大、不接受处理等现象，尤其是 固相含量高的高密度水基钻井液会很快失去流动性 。 2 C O 污染程度的确定 准确 测定钻井液 中 C O 3 2 - 和 H C O 3 - 的含量 ，对 于 指导现场处理有着重要的作用 。不同浓度酸根离子 对钻井液性能的影响见表 1 t 3 1 。 l c O 的来源及污染钻 井液的机理 3 室内试验及评价 3 ． 1 抗污染高密度水基钻井液体系优选 据文献介绍 n j ，钻井液中的 C O 来源如下 ① 配 浆或处理钻井液石膏浸、水泥浸时，加入了过量的 N a 2 C O ， ；② 空气中的C O 在地面固控系统溶解进入 钻井液；③ 木质素磺酸盐等有机物在高温下降解生 成 ；④ 作为伴生气 ，随地层流体浸入钻井液。其 中 最后一种污染最为严重 。据龙 岗西 、剑阁地 区部分 井 气 样 分 析 的 结 果 显 示 ，须 家 河 组 C O 含 量 达 9 0％，长兴组 C O 含量达 5 ％～1 0％。 针对普通高密度钻井液受到C O 污染时较难处理 表1 不同浓度酸根离子对钻井液性能影响表 收稿 日期 2 0 1 1 一 叭 一 2 1 修订 日期 2 0 1 1 0 3 0 9 基金项 目本文系中国石油川庆钻探工程公司 “ 酸性气体污染防治与处理技术研究与应用” 编号2 0 1 0 - 9 0 项目研究 内容。 作者简介张坤 1 9 6 4一 ，高级丁程师，从事现场钻井液技术及管理工作。E - ma i l j f s n j s 1 0 2 1 6 3 ． c o m 4 8 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 6 期 天然气技术与经济 钻井工程 2 0 1 1 正 的情况 ，通过大量室内试验 ，得到如下抗 C O 污染 的 钾 钙 基 钻 井 液 配 方 自来 水 3％S MP 一 23％ RS T F 2 ％ S HE一 7 5 ％ DHD 5 ％ KC l 2 ％ R L C 一 1 0 11 ． 2％C a O5％柴 油 0 ． 2％O P 一 1 0 2％ H T X 0 ． 4 ％N a O H重 晶石 。其性能见表 2 。 3 ． 2 成果配方抗 C O 污染评价 将成果配方所配钻井液置于老化罐 内，充入定 量 的 C O 气体 ，在 8 0 C下恒 温滚 动 2 0 h后测 定性 能 ，结果见表 3 。 由表 3 可 知 ，该体 系有较 强 的抗 C O 污染能力。 3 - 3 固相容量限拓展技术研究 1 常规高密度钻井液抗污染能力评价 常规高密度聚磺钻井液受 C O 污染试验情况见表 4 。 由表 4可知 ，常规 聚磺 钻井 液在受 到 C O 污染 后 ，流变性恶化 ，滤失量增大 。采用 常规方法的处 理量是使用 固相容量限拓展 技术 的 1 倍 ，且效果较 差 。 2 钻井液抗二次污染能力评价 对上述两种方案处理后 的钻井液 ，进一步使用 5％N a C O ， 进 行污染 其 中使用 复合盐 的为 1 号钻井 液 ，未使用的为 2 号钻井液 ，在 8 0 ℃下恒温滚动 2 0 h 后测定其前后性能 ，并对 比其抗污染能力 ，试验情 况见表5 。由表 5 可知，采用 固相容量限拓展技术的 钻井液具有较强 的抗污染 能力 ，而未采用 的钻井液 不具备二次抗污染能力 ，性能愈加恶化。 综上所述 ，采用 复合 电解质 和稀释剂 H T X来增 大钻井液体系固相容量限的方法 简称 “ 固相容量限 拓展法” ，是高密度水基钻井液 C O 污染防治技术 表 2 成果配方的典型性能表 注以p H值为1 0 的清水作为模拟钻井液，充入 1 ． 6 7 5 g ／ L的CO 气体 ，测得其溶液中co 一4 0 0 0 mg／L， HCO3 一 1 2 0 0 0 mg／L。 表4 常规高密度聚磺钻井液受C O 污染试验表 天然气技术与经济 ／ 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 张坤，等高密度水基钻井液C O 污染防治技术 第 2 期 表5 钻井液受二次污染处理试验表 注 2号钻 井液为 1 号钻井液 5 ％Na z C O ；4 号钻井液 为3 号钻 井液 5 ％Na CO， 。 的核心 ，同时也是处理 C O 污染钻井液 的一个创新 点。 4 现场应用 4 ． 1 龙岗6 1 井 在第3 次开钻和第4 次开钻使用聚磺钻井液的过 程中，遇大段异常高压C O 显示层。钻井液密度由 1 ． 5 0 g ／e m 3 提 高至 2 ． 3 6 g ／e m 才建立了近平衡 。经 滤 液 分析 ，C O 3 2 _ 含 量 为 3 1 9 8 m g ／L ，HC O 3 - 含量 为 1 9 8 1 6 n a g ／L ，后续钻进过程中C O 持续浸入钻井 液。 采用 了高钾钙 基抗污染聚磺钻井液成果配方 原井 内钻井液 5 0％H O1 ％C a O7％K C I 0 ． 5％ H T X 2％R I F2％S MP - 25％柴 油 0 ． 4％ O P - 1 0B a S O , ，及时控制 了C O 污染 的恶化 ，在提 高密度达2 ．3 6 g ／ c Ⅱ l3 后 ，流变性优 良，在长达约4 台月高密度钻进过程中满足了井下安全需要 ，顺利 钻完了异常高压污染井段。 4 ． 2 罐 0 0 3 一 X 2 井 使用 密 度为 2 ．0 2 g ／c m 3 的 聚磺 钻 井液 在井 深 4 7 8 0 m遭遇 C O 2 污染 ，邻井罐 l 9 井钻遇该段时由于 钻井液 污染严重 ，黏切过高憋漏地层发生卡钻 。因 此在钻至该层位前 4 2 0 0 m 就按照成果配方转换 了 钻井液体系。采用原井浆 2 0％自来水 0 ．5％ H T X 0 ． 3％N a O H 5％K C l1％C a O2％R S T F 进 行了处理 ，在钻遇C O 污染的层段时 ，钻井液性能优 良、稳定 ，完全满足井下需要 ，顺利钻 至梁 山组完 钻。 5 结论 1 使用高钾钙基抗污染聚磺钻井液可以防止高 5O ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n dE c o n o m y 密度钻井液C O 污染；控制M B T 1 5 g ／ L ，将更有 利于控制高密度钻井液的流变性 。 2 对于高密度水基钻井液 ，“ 一压 、二高 、三 除 、四拓”是处理 C O 污染的有效方法 。“ 一压”即 钻遇 C O 时，第一时间提高密度平衡地层流体压力 ， 截断污染源 ；“ 二 高”即使用高碱 比胶液 ，提高 p H 值使其大于 1 1 ． 4 ，使钻井液中只存在 C O ， ，降低处 理难度。“ 三除”即根据滤液分析结果确定钙处理剂 加量 ，尽快清除酸根离子 ；“ 四拓”即引入复合盐 ， 拓展体系 固相容量 限，从本质上改变体系的分散状 态来控制流变性 。这是处理高密度钻井液受 C o 2 污染 的核心技术 ，也是本研究的创新点。 参 考文献 [ 1 ]徐同台． 钻井泥浆[ M] ． 北京石油工业出版社，1 9 8 4 ． [ 2 ]徐同台，陈乐亮 ，罗平亚，等． 深井泥浆[ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ，1 9 9 4 ． [ 3 ]鄢捷年． 钻井液工艺学 [ M ] ． 北京 中国石油大学出版 社 ，2 0 0 1 ． 编辑 卢栎 羽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m