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钻井液常见污染问题分析及处理措施

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王江红

[导读] 摘要：钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。

        西部钻探钻井液分公司新疆克拉玛依 834000
        摘要：钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称作钻井泥浆，或简称为泥浆。钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。随着钻井难度的逐步增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。然而,钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生不符合施工要求的变化，这种现象常称为钻井液受侵。有的污染物严重影响钻井液的流变和滤失性能，有的加剧对钻具的损坏和腐蚀。轻则影响到井壁的稳定、油气藏的保护，重则影响到井下安全。当污染严重时，只有及时地对配方进行有效的调整，或者采用化学、机械方法清除它们，才能保证钻井工程的正常进行。
        关键词：钻井液；常见污染；处理措施
        引言
        钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。随着钻井难度的逐步增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。然而,钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生不符合施工要求的变化，这种现象常称为钻井液受侵。有的污染物严重影响钻井液的流变和滤失性能，有的加剧对钻具的损坏和腐蚀。轻则影响到井壁的稳定、油气藏的保护，重则影响到井下安全。当污染严重时，只有及时地对配方进行有效的调整，或者采用化学、物理方法清除它们，才能保证钻井工程的正常进行。下面，我们将一些常见的钻井液污染问题，进行有针对性的分析和研究，并阐述相对应的处理措施。
        1.钻井液基本介绍
        钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称作钻井泥浆，或简称为泥浆。钻井液的循环是通过泥浆泵来维持的。从泥浆泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、顶驱（方钻杆）、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑。然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆循环罐，再经各种固控设备进行处理后返回上水罐，最后进入泥浆泵循环再用。钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。
        钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。随着钻井难度的逐步增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。然而,钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生不符合施工要求的变化，这种现象常称为钻井液受侵。有的污染物严重影响钻井液的流变和滤失性能，有的加剧对钻具的损坏和腐蚀。轻则影响到井壁的稳定、油气藏的保护，重则影响到井下安全。当污染严重时，只有及时地对配方进行有效的调整，或者采用化学、机械方法清除它们，才能保证钻井工程的正常进行。
        2.钻井液常见污染问题
        2.1劣质固相污染问题
        劣质固相的来源主要是钻井过程中进入钻井液中的钻屑以及添加剂中无效固相成分。钻井液发生粘土侵后，钻井液的密度、粘度、切力剧增，流动性变差，甚至失去流动性；滤失量略有下降，滤饼厚且松散，含砂量上升很快；岩屑侵时，大量的岩屑和砂子沉淀困难而进入钻井液，使钻井液密度、粘度、切力升高，滤饼厚且松，失水增大，含砂量及固相含量上升，钻速下降，钻头、钻具、钻井液泵及配件等磨损严重。
        2.2盐水、盐岩污染问题
        盐污染可来源于配浆水、盐水侵、盐层或挥发盐层，盐水侵时，一般可使低密度钻井液密度稍增，Cl-离子含量剧增，失水量增加很快。如盐水中含盐量不高，而侵入钻井液中盐水的量很大时，钻井液的粘度、切力明显下降；当盐水中含盐量较高时，钻井液粘度、切力升高，流动性变差；盐岩侵时钻井液的滤失量剧增，滤饼增厚，Cl-离子含量剧增，粘度、切力随钻井液中含盐量的增加先增大而后变小，pH值下降。
        2.3钙、镁离子污染问题
        钙、镁离子的主要来源主要有生产用水、石膏层、盐水层、水泥塞，钙、镁离子污染的作用机理是：Ca2+/Mg2+与Na+交换，将钠土转变为钙土（或镁土）。水化能力变弱，分散度明显下降；Ca2+/Mg2+本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，ξ电位下降，造成粘土颗粒分散度下降，导致钻井液粘度、切力、滤失量增大。
        3钻井液常见污染问题处理措施
        3.1劣质固相污染处理措施
        劣质固相污染常见处理措施有：（1）保证大分子包被剂和抑制剂的用量，从源头减少劣质固相的增加，加强钻井液的维护，确保钻井液性能稳定和井下安全；（2）加强四级固控设备使用，尽可能清除钻井液中的所有“有害固相”；（3）向钻井液中加水、稀胶液或低粘、低固相钻井液稀释；（4）严重时，可用一部分钻井液性能良好的钻井液替换一部分劣质固相含量高的钻井液；（5）加入絮凝剂使钻井液中的固相聚集变大，沉降或机械清除劣质固相；（6）部分油田利用地面沉淀池将较大固相颗粒沉淀下来的方法，降低劣质固相。
        注意事项：（1）在加水维护钻井液过程中，要保证钻井液中处理剂含量达到设计要求，确保井下正常；（2）加水维护时应做到细水长流，同时配合加入聚合物，抑制粘土水化，既保证钻井液中粘土含量达到要求，又使钻井液性能稳定；（3）钻井液粘土侵严重，粘度、切力过大，甚至流不动时，不要用胶液进行处理，应用大量清水进行稀释后，再配合稀释剂处理。

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        3.2盐水、盐岩污染问题处理措施
        盐水侵处理措施：①钻遇盐水层时，应提高钻井液密度，尽可能压死盐水层；②在提高钻井液密度的同时，配合其它处理剂处理盐水侵，必要时将淡水钻井液换成盐水钻井液；③钻井液变稠时，使用高碱比的稀释剂进行处理，同时加入降滤失剂，降低钻井液的滤失量，并加入重晶石粉进行加重；④钻井液变稀时，应设法提高钻井液的粘度，并加入烧碱、膨润土和CMC，保持钻井液具有足够的切力，同时加重压死盐水层；⑤盐水侵入钻井液很多，粘度低于30s（马氏漏斗粘度计），应立即关井升压，配重钻井液压井（重钻井液的液柱压力大于盐水层压力3-4MPa）。
        （2）盐岩侵处理措施：①适当提高钻井液的密度，以克服盐岩的塑性变（钻井液的失水进入盐岩使之塑性变形、膨胀，容易卡钻）；②增加钻井液中聚合物的含量，保持钻井液的稳定性；③增加抗盐处理剂的含量（使用抑制性钻井液）；④加大抗盐降滤失剂的用量；⑤配制饱和盐水钻井液；⑥及时补充烧碱水，使钻井液的pH值保持在8-10之间。
        3.3钙、镁离子污染问题处理措施
        （1）首先对生产用水进行化验，矿化度大于200mg/L的水不能用做生产用水。从源头控制Ca2+/Mg2+对钻井液的污染。
        （2）如果配浆水中Ca2+或地层溶解的Ca2+已对钻井液构成污染，一般用纯碱处理：Ca2++Na2CO3→CaCO3↓+2Na+(1.0mg/L Ca2+需0.00265kg/m3的Na2CO3)，注意：pH值升高有助于减少钙的溶解。
        （3）硬石膏/石膏的污染(CaSO4/CaSO4•H2O)：石膏层不太厚，就用纯碱处理：若是巨厚的石膏层，要转换成高钙盐钻井液体系。CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4
        （4）Mg2+的污染：若用海水和高含镁地层水作为配浆水便会遇到Mg2+污染，常用烧碱处理，体系中大部分的Mg2+在pH值大于10.5时会沉淀下来：
        Mg2++2NaOH→Mg(OH)2↓+2Na+（1.0mg/LMg2+需0.00331kg/m3的NaOH）
        （5）现场应用：Ca2+主要来源于石膏层和生产用水，Mg2+主要来源于生产用水。Ca2+、Mg2+总量大于200mg/L时，使用硬度低的生产用水；钻遇石膏层前，对钻井液进行预处理，控制坂土含量，加大抗盐聚合物的用量；钻进中加入适量的烧碱和纯碱，同时用抗盐聚合物和少量的抗盐降滤失剂进行维护、降失水。
        案例1：马19-19井，井深2400m时，API滤失量升到40mL，用CMC-LV降到7mL后只能维持8h，又升到30mL。
        化验生产用水：Ca2+：7.62mg/L、Mg2+：1118.49mg/L和Cl-：4290mg/L，其它SO42-、HCO3-和CO32-为0。
        分析：配浆水Mg2+的污染导致钻井液滤失量和pH值指标恶化，耗费了大量降滤失剂依然无法稳定钻井液性能。
        处理：通过更换配浆水和使用纯碱和烧碱处理污染物后，只加入少量降失水剂和稀释剂便稳定了钻井液性能。
        案例2：明434井，该井2102m遇到石膏层，滤失量从4mL上升到10mL，因坂土含量控制较好,漏斗粘度上升幅度不大。
        处理：加入1吨烧碱将pH值提高到10，同时加入1吨CMC-LV，失水仅降到7mL，后加入300Kg纯碱，失水就降到了4mL，说明解决石膏侵首先要使用烧碱复配纯碱来消除Ca2+,然后再用降滤失剂才能起到较好的效果。
        3.4油气污染问题处理措施
        （1）进行加重处理，同时进行排油除气；
        （2）侵污严重、粘切过高时，在加重处理的同时对钻井液进行稀释处理，便于排油和除气；
        （3）必要时加入适当的表面活性剂（稀释时FCLS和NaOH已经起到乳化作用）。
        结语
        总而言之，在钻井施工的过程中，岩屑（劣质固相），盐水、盐岩，钙、镁离子，油气，碳酸根、碳酸氢根，硫化氢，氧等物质都会对钻井液造成破坏和污染。因此，为了保障钻井液的性能稳定，确保钻井施工的顺利开展，需要针对这些污染问题进行分析，以便能及时发现问题并对钻井液进行处理或提前预防，以不断提升钻井液的抗污染能力，从而促进我国钻井行业的高效、稳定发展。
        参考文献
        [1]马长栋.钻井液常见污染问题及处理方法[J].化工设计通讯,2016,42(12):123-124.
        [2]马劲松,王敏.石油钻井硫化氢对钻井液污染的预防与处理[J].科技风,2014(14):92.
        [3]杨莉,姚建华,罗平亚.钻井液常见污染问题及处理方法探讨[J].钻井液与完井液,2012,29(02):47-50+93.