高-磨地區(qū)高密度鉆井液CO2污染預(yù)防與處理技術(shù)①

袁志平李巍肖振華

1.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

高-磨地區(qū)高密度鉆井液CO2污染預(yù)防與處理技術(shù)①

袁志平1李巍1肖振華2

1.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

摘要對(duì)四川高-磨地區(qū)高密度鉆井液CO2污染進(jìn)行了室內(nèi)研究，評(píng)價(jià)出CO2對(duì)常規(guī)鉆井液處理劑污染的影響情況。同時(shí)，對(duì)污染后的高密度鉆井液進(jìn)行處理研究，得出了CO2污染鉆井液的原因。最終，形成了一套適合于高-磨構(gòu)造高密度井段鉆井過程中CO2污染的預(yù)防措施和污染后的鉆井液處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞鉆井液CO2污染預(yù)防處理

隨著四川高-磨構(gòu)造勘探開發(fā)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已鉆的高石8、高石26等井在高密度井段因受CO2污染導(dǎo)致鉆井液性能嚴(yán)重失控。其中，高石26井在龍王廟地層發(fā)生CO2酸性氣體污染，鉆井液失去流動(dòng)性，只能采取地面排放進(jìn)行處理，嚴(yán)重威脅鉆井安全，同時(shí)也帶來了環(huán)保壓力。針對(duì)四川高-磨構(gòu)造CO2對(duì)高密度鉆井液的污染問題，開展了預(yù)防與處理技術(shù)研究，最終形成一套適合于高-磨構(gòu)造高密度(2.0 g/cm3以上)井段鉆井過程中CO2污染的預(yù)防措施和污染后的鉆井液處理與維護(hù)技術(shù)，對(duì)降低事故發(fā)生，保證鉆井施工的順利進(jìn)行具有重要的意義。

1CO2污染對(duì)鉆井液性能的影響

表1 磨溪46X1井單一處理劑對(duì)鉆井液濾液CO2-3、HCO-3的影響Table1 EffectsofsingleadditivesonCO2-3andHCO-3ofdrillingfluidfiltrateinMoxi46X1well(mg/L)條件體系ρ(CO2-3)ρ(HCO-3)常溫磨溪46X1基漿20400磨溪46X1基漿+RSTF26800磨溪46X1基漿+SMC29700磨溪46X1基漿+RLC-10122600磨溪46X1基漿+石灰16800磨溪46X1基漿+SMP-228900磨溪46X1基漿+重晶石18300

1.2CO2對(duì)鉆井液性能污染評(píng)價(jià)

1.2.1膨潤土漿中CO2污染實(shí)驗(yàn)

通過在膨潤土漿中添加不同濃度的碳酸鈉，模擬不同CO2污染程度。分析發(fā)現(xiàn)，隨著污染程度的增加，鉆井液流變性能變差、Zeta電位(絕對(duì)值)下降、粒度增加、API濾失量增加、泥餅虛厚，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2、圖1。

表2 實(shí)驗(yàn)室不同污染程度的膨潤土漿模擬分析Table2 LabanalysisofCO2contaminationinbentonitemud編號(hào)ρ(HCO-3)/(mg·L-1)ρ(CO2-3)/(mg·L-1)AV/(mPa·s)PV/(mPa·s)YP/PaGel/PaZeta電位/mV粒度分布D43/μmAPI濾失量/mL124412012.565.56.0/10.0-48.69.7135.224888405.041.00/0-35.48.2568.830252011.074.01.0/1.5-34.06.9696.441464468013.576.03.0/8.0-33.69.45116.051830720016.579.57.0/9.0-25.610.10132.0619521044017.589.58.0/11.0-24.216.10160.4

從表2、圖1可以分析得出，隨著CO2污染程度的加重，土漿濾失量增加，泥餅逐漸虛厚，明顯看出顆粒狀絮凝狀態(tài)。同時(shí)，反映出受污染鉆井液濾失量上升，是由于膨潤土出現(xiàn)聚結(jié),導(dǎo)致增稠現(xiàn)象。

1.2.2現(xiàn)場鉆井液CO2污染分析

通過對(duì)磨溪46X1井現(xiàn)場鉆井液受污染前后的分析表明，污染后鉆井液Zeta電位(絕對(duì)值)下降，粒度增大，結(jié)果見表3。

表3 磨溪46X1井污染漿粒度和污染程度分析Table3 AnalysisoftheparticlesizeandthelevelsofthecontaminatedmudinMoxi46X1well編號(hào)ρ(HCO-3)/(mg·L-1)ρ(CO2-3)/(mg·L-1)AV/(mPa·s)PV/(mPa·s)YP/PaGel/PaAPI濾失量/mLZeta電位/mV粒度分布D43/μm1#344200322662/114.0-22.273.302#16665400393182/124.5-18.4012.70

1.2.3磺化酚醛樹脂吸附實(shí)驗(yàn)

考察不同污染程度下磺化酚醛樹脂SMP-2在膨潤土漿液中黏粒上的吸附情況測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4和圖2。

表4 SMP-2在膨潤土漿污染前后在黏土表面的吸附量對(duì)比Table4 ComparisonofSMP-2adsorbingcapacityonthesurfaceofbentonitebeforeandafterCO2contamination編號(hào)樣品處理方式上層清液SMP-2/(g·L-1)上層液體體積/mL1污染前空白膨潤土漿+0.5%SMP-2;離心1h5.04212污染后空白膨潤土漿+0.5%SMP-2;離心1h5.1155

2鉆井液CO2污染的處理措施

結(jié)合上述思路，對(duì)初受污染的井漿考慮降低鉆井液體系中黏土含量進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)配方：井漿400 mL+40 mL清水+2 g CaO+5 g SMT+16 g SMP-3+16g RSTF+264 g重晶石，結(jié)果見表5。

表5 磨溪46X1井污染漿處理結(jié)果Table5 TreatmentresultsofCO2-contaminatedmudinMoxi46X1well名稱測溫/℃密度/(g·cm-3)G10″/10'/PaAV/(mPa·s)PV/(mPa·s)YP/PaAPI濾失量/mL處理前140℃,16h2.113.0/46.058.03523.09.0/1.0處理后70℃2.12.0/10.521.5192.54.0/0.5

上述處理方式是基于初受污染井漿的處理方式。在鉆井液性能變差，黏度切力上升初期，性能未失控的情況下，及時(shí)采用加入氧化鈣等常規(guī)處理劑，同時(shí)補(bǔ)充足夠的抗高溫處理劑和稀釋劑配制的膠液協(xié)同護(hù)膠處理。結(jié)果表明，該處理方式能有效地處理初受污染鉆井液濾失量和流變性。

但在鉆井液受到嚴(yán)重污染，性能出現(xiàn)惡化的時(shí)候，僅僅靠加入氧化鈣和膠液等效果并不理想，此時(shí)就需要在前面的基礎(chǔ)上加入高溫穩(wěn)定劑。實(shí)驗(yàn)配方：400 mL基漿+0.3%高溫穩(wěn)定劑+40 mL清水+2 g CaCl2+5 g SMT+16 g SMP-3+16 g RSTF +30 g重晶石,結(jié)果見表6。

表6 磨溪46井嚴(yán)重污染漿處理結(jié)果Table6 Treatmentresultsofsevere-CO2-contaminatedmudinMoxi46X1well名稱測溫/℃密度/(g·cm-3)G10″/10'/PaAV/(mPa·s)PV/(mPa·s)YP/Pa處理前140℃,16h2.1攪拌后失去流動(dòng)性處理后70℃2.10.5/11.026215

以上處理方式經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室多次實(shí)驗(yàn)表明，在常規(guī)加鈣處理劑和膠液的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充加入高溫穩(wěn)定作用的處理劑，效果明顯，能夠有效地控制鉆井液流變性。

3鉆井液CO2污染預(yù)防措施

(1) 根據(jù)實(shí)際需要提高鉆井液密度，平衡地層流體壓力，盡可能減少CO2進(jìn)入井筒，減輕CO2對(duì)鉆井液的污染，降低地面處理的工作量。

(2) 鉆遇含CO2氣層前，將鉆井液體系轉(zhuǎn)換成為鉀-石灰磺化分散體系，可以根據(jù)實(shí)際需要添加其他功能性材料。該鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性和抗酸性氣體污染的能力。

(4) 始終控制鉆井液pH值為10～11。

(5) 調(diào)整鉆井液膨潤土含量至規(guī)程規(guī)定的低限值。

(6) 保持鉆井液較低的黏切，維持鉆井液良好的流變性和脫氣性能。

4結(jié)論與建議

(1) CO2污染鉆井液的根本原因是由于CO2導(dǎo)致鉆井液中黏土顆粒Zeta電位(絕對(duì)值)降低,發(fā)生絮凝，從而導(dǎo)致鉆井液增稠。同時(shí)，造成鉆井液中護(hù)膠劑在黏土上的解吸附，導(dǎo)致濾失量增大。

(2) 對(duì)初受污染和嚴(yán)重污染的鉆井液，提出了兩種有效的處理方法。對(duì)初受污染的井漿，及時(shí)加入氧化鈣等常規(guī)處理劑，同時(shí)補(bǔ)充抗高溫處理劑和稀釋劑配制的膠液,協(xié)同護(hù)膠,及時(shí)處理CO2污染；在鉆井液受到CO2嚴(yán)重污染，性能出現(xiàn)惡化的時(shí)候，在上述處理的同時(shí)，還需要加入高溫穩(wěn)定劑。結(jié)果表明，上述兩種處理方式能有效地處理CO2污染，達(dá)到良好的效果。

(3) 建議在鉆進(jìn)含CO2地層前，適當(dāng)提高鉆井液密度和pH值(維持在10～11)，并在鉆井液中加入石灰乳，使Ca2+質(zhì)量濃度保持為300～500 mg/L，同時(shí)用高濃度膠液維護(hù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳大鈞. 油田應(yīng)用化學(xué)[M]. 北京： 石油工業(yè)出版社， 2005.

[2] 位華, 馬金, 何煥杰, 等. 固結(jié)-氧化復(fù)合固化法處理酸性氣田鉆井液廢液[J]. 石油與天然氣化工, 2011, 40(5): 518-521.

[4] 劉佑云. 深井鉆井液碳酸根和碳酸氫根污染的處理[J]. 石油與天然氣化工, 2012, 41(1): 104-106.

[5] 王立建， 于峰. L-1超深井鉆井液CO2污染處理技術(shù)[J]. 石油鉆采工藝, 2003， 25(1): 25-27.

Precaution and treatment of CO2-contaminated high density drilling fluid in Gao-Mo block

Yuan Zhiping1, Li Wei1, Xiao Zhenhua2

(1.CCDCDrilling&ProductionTechnologyResearchInstitute,Guanghan618300,China)

(2.ExplorationDivisionofPetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chengdu610051,China)

Abstract:Lab studies on CO2contamination of high density drilling fluid was carried out. The influence of conventional drilling fluid chemicals on the CO2contamination was evaluated. Meanwhile, CO2-contaminated high density drilling fluid was treated and the reasons for contamination were clarified. Eventually, a set of suitable precautions and solutions were proposed for CO2contamination of high density drilling fluid in Sichuan Gao-Mo block.

Key words:drilling fluid, CO2contamination, precaution, treatment

收稿日期：2014-09-15；修回日期：2014-12-12；編輯：鐘國利

中圖分類號(hào)：X741

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.022

作者簡介:①袁志平(1984-),工程師,現(xiàn)就職于中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院,主要從事鉆井液技術(shù)研究與現(xiàn)場服務(wù)。E-mail:mudyuan@163.com