高-磨地区高密度钻井液CO_2污染预防与处理技术.pdf

1 O6 石 油 与 天 然气 化 工 CHEMI CAL ENGI NEE RI NG 0F 0I L 8 L GAS 安 全 与 环 保 高一 磨地 区高密 度钻 井液 C O2 污染预 防与处理技术 袁 志平 李 巍 肖振 华 1 ． 中国石 油川 庆钻探 工程 有限公 司钻采工程技 术研 究院 2 ． 中国石油 西南油气田公 司勘探 事业部 摘 要 对 四川 高一 磨 地 区高 密度 钻 井液 C o 污染进 行 了室 内研 究 ， 评 价 出 C O 对 常 规钻 井液 处 理 剂 污染的影 响情 况 。 同时 ， 对 污染后 的 高密度 钻 井液进 行 处理研 究 ， 得 出 了 C O。污染钻 井 液 的原 因。 最 终 ， 形 成 了一套 适合 于 高一 磨构 造 高 密度 井段 钻 井过程 中 C o 污染 的预 防措 施 和 污 染后 的钻 井液 处 理技 术 。 关键 词 钻 井液 C O 污 染 预 防 处理 中 图分类 号 X7 4 1 文献标 志码 A D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 3 4 2 6 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 2 2 Pr e c a u t i o n a n d t r e a t me n t o f C02 ‘ c o nt a mi na t e d hi g h d e n s i t y d r i l l i ng f l u i d i n Ga o 。 M o b l o c k Yu a n Zh i pi n g ，Li W e i ，Xi a o Zhe nhu a 1 ．C CDC Dr i l l i n g Pr o d u c t i o n T e c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Gu a n g h a n 6 1 8 3 0 0，Ch i n a 2 ．Ex pl o r a t i o n Di v i s i o n o f Pe t r o Ch i n a S o u t h we s t Oi l Ga s f i e l d Co mp a n y，C h e n g du 6 1 0 0 5 1，C h i n a Ab s t r a c t La b s t u di e s o n CO2 c o nt a m i n a t i o n o f hi gh de n s i t y d r i l l i n g f l u i d wa s c a r r i e d o ut ．The i n f l u e n c e o f c o n v e n t i o n a l d r i l l i n g f l u i d c h e mi c a l s O D t h e CO2 c o n t a mi n a t i o n wa s e v a l u a t e d ．M e a n wh i l e ， CO 2 一 c o nt a mi n a t e d h i gh d e n s i t y d r i l l i ng f l ui d wa s t r e a t e d a n d t he r e a s o ns f o r c o nt a mi na t i o n we r e c l a r i f i e d． Eve n t u a l l y，a s e t o f s ui t a bl e pr e c a ut i o ns a nd s ol u t i o ns we r e pr o po s e d f o r CO2 c on t a m i n a t i on o f hi g h d e n s i t y dr i l l i n g f l ui d i n Si c hua n Ga o M o bl o c k ． Ke y wo r ds dr i l l i ng f l ui d，CO2 c on t a mi na t i o n，pr e c a u t i o n，t r e a t me nt 随着 四川高～ 磨构造勘探开发领域不断扩大 ， 已钻 的高石 8 、 高石 2 6等井在高密度井段 因受 C O 污染导 致钻井液性能严重失控。其 中， 高石 2 6 井在龙王庙地 层发生 C O 酸性气体 污染 ， 钻井液失去流动性 ， 只能 采取地面排放进行处理， 严重威胁钻井安全 ， 同时也带 来了环保压力 。针对四川 I 高一 磨构造 C O 对高密度钻 井 液的 污染 问题 ， 开展 了预 防与 处理 技术 研究 ， 最终 形 成一 套 适 合 于高一 磨 构 造 高 密 度 2 ． 0 g ／ c m。以上 井 段钻 井过 程 中 C O。 污 染 的预 防 措 施 和 污 染 后 的 钻 井 液处理 与 维护技 术 ， 对 降低 事 故发 生 ， 保 证钻 井 施工 的 顺利进行具有重要的意义 。 1 C O 污 染对钻 井液性能的影响 钻 井 液 C O 污 染 实 质 为 CO ； 一 和 HC o 污 染 ， 在 C O 浸 入 钻 井 液 后 ， 形 成 C O； 一 和 HC Of两 种 污 染 离子 ， 对 钻 井 液 性 能 产 生 极 大 的影 响l 1 ] 。 2 0 1 3 ～ 2 0 1 4年 ， 在 高一 磨 地 区 6 o井 次 的现场井 浆抽 样检 测 后 ， 发现 钻井 液 中 CO； 一和 HC O～3污染 严重 的地 层纵 作者简介 袁 志平 1 9 8 4 一 ， 工程师 ， 现就 职于中国石油川庆钻探工程有 限公 司钻采工 程技术研 究院 ， 主要从事 钻井液技 术研 究 与现场服务 。E ma i l mu d y u a n l 6 3 ． c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 8 石油与天然气化工 CHEMI CAL ENGI NE ERI NG 0F oI L ＆ GAS 从表 2 、 图 1可以分析得 出， 随着 C O 污染程度 的 加重 ， 土浆滤 失量 增加 ， 泥 饼逐 渐 虚 厚 ， 明显 看 出颗 粒 状 絮凝状 态 。 同时 ， 反 映 出受污染 钻井 液滤 失量 上升 ， 是 由于 膨润 土 出现聚结 ， 导 致增稠 现 象 。 1 ． 2 ． 2现 场钻 井液 C o 2污染分析 通 过对 磨溪 4 6 X1 井 现场 钻 井 液受 污 染 前后 的分 析 表 明 ， 污染 后 钻井 液 Z e t a电位 绝 对 值 下 降 ， 粒 度 增 大 ， 结 果见 表 3 。 表 3 磨 溪 4 6 X 1井污染浆粒度和污染程度分析 Table 3 An al y s i s o f t h e pa r t i cle s i z e an d t h e l e ve l s o f t h e co n t a mi n a t ed mud i n Mo xi 4 6Xl wel 1 ． 2 ． 3 磺 化 酚醛树 脂吸 附实验 考察不同污染程度下磺化酚醛树脂 S MP 一 2在膨 润土浆液中黏粒上 的吸附情况测试 ， 实验结果见表 4 和 图 2。 表 4 S MP - 2在膨润土浆污染前后在黏土 表面 的吸附量对比 Ta bl e 4 Co mp ar i s on o f SMP- 2 ad s or bi n g c ap ac i t y on t h e s u r f ac e of be n t on i t e be f or e a n d a f t er CO2 c on t ami n a t i on 图2 S MP 一 2 在膨润土浆污染前后在黏土表面的吸附量对比 F i gu r e 2 Vi s u al c o mp ar is on of SMP- 2 a ds or bi n g c ap ac it y on t h e s ur f ac e of b en t on i t e b e f ore a nd af t er CO2 c on t ami n at i o n 从表 4和图 2可以得 出， 磺化酚醛树脂在膨润 土 浆 液 中黏粒 上 的吸 附明 显受 到 CO ； 一的影 响 。通 过离 心 固液分离 ， 使用分光光度计测试上层液体 中磺化 酚 醛 树脂 的含 量 ， 计算 得 出 未 污染 的膨 润 土 黏 粒上 吸 附 的磺化 酚醛 树 脂 量 大 于 污 染 的 膨 润 土 黏 粒 上 S MP 一 2 吸 附量 。这 说 明 ， C O 污 染 时会 造 成 钻 井 液 中护 胶 剂 在 黏土 上 的吸 附量 降低 ， 导致滤 失量 增大 ] 。 2钻井液 C O 污染 的处理措施 C O 污染后 ， 处理 c O； 一 可用钙处理 的方 法使其 生成 C a C O。 沉 淀而 将 其 除去 ， 但 HC O -不 能 直 接 除 去 ， 必须 先使 其与 OH一 反应 转 换 生成 C O； 一 后 才 可 能 除去。磨溪 4 6 X1 井钻井液污染是 由于 CO 进入钻井 液 ， 使得钻井液中有效 土发生钝化 ， 水化膜变薄 ， 黏粒 聚结 。同时在高温条件下 ， C O 作用使得钻井液体系 中的抗温材料解吸附 ， 其抗温性能变差， 胶体体系不稳 定 ] 。最终 CO。 进入钻井液体系后 ， 使得 钻井液在 一 定程度上发生了絮凝或聚结 ， 从而表现为滤失量 和 切力 失控 。 结合 上述 思路 ， 对 初 受 污 染 的 井 浆 考虑 降低 钻 井 液体 系 中黏 土含量 进 行处理 。实验 配方 井浆 4 0 0 mL 4 0 mL清水 2 g C a O 5 g S MT 1 6 g S MP 一 3 1 6 g RS T F 2 6 4 g重 晶石 ， 结 果见 表 5 。 表 5 磨溪 4 6 X 1井污染浆处理结果 Ta bl e 5 Tr ea t men t r es u l t s of CO2 c on t amina t e d mud i n MO Xi 4 6Xl wel I 貅测 0 “ ／ 1 A V ／ P V ／ Y P ／滤A P I 上述 处理 方式 是 基 于 初 受 污染 井 浆 的处 理 方 式 。 在钻 井液 性 能变差 ， 黏 度切 力上 升初 期 ， 性 能 未失 控 的 情况下 ， 及时采用加入氧化钙等常规处理剂 ， 同时补充 足够 的抗 高温 处理 剂 和稀释 剂配 制 的胶液 协 同护 胶处 理 。结果 表 明 ， 该处 理 方 式 能 有 效 地 处 理初 受 污 染 钻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 4 卷第 4 期 袁志平 等 高一 磨地区高密度钻井液 C Oz污染预防与处理技术 1 O 9 井液 滤 失量 和流变 性 。 但 在钻 井液 受 到严重 污染 ， 性 能 出现恶化 的时候 ， 仅仅靠加入氧化钙和胶液等效果并不理想 ， 此 时就需 要在前面的基础上加入 高温稳定剂 。实验配方 4 0 0 mL基 浆 0 ． 3 高 温 稳 定 剂 4 0 mL 清 水 2 g Ca C1 z 5 g S MT 1 6 g S MP一 3 1 6 g RS TF 3 0 g 重 晶石 ， 结果 见 表 6 。 表 6 磨 溪 4 6井严重污染浆处理结果 Table 6 Tr ea t men t r e s ult s o f s ev er e CO2 - c On t ami n at ed m u d i n MOX i 4 6Xl wel 1 名称 g 密度 c n 3／ _ 。 o “／ l m P aA V - s ]／ m P aP V ／． S Y P P ／ 处理前 1 4 0℃， 1 6 h 2 ． 1 搅拌后失去流动性 处理后 7 O℃ 2 ． 1 0 ． 5 ／ 1 ] ． 0 2 6 2 1 5 以上处 理方 式 经过 实 验 室 多 次 实验 表 明 ， 在 常规 加 钙处 理剂 和胶 液 的基 础 上 ， 补 充 加 入 高 温稳 定 作 用 的处理剂 ， 效果明显 ， 能够有效地控制钻井液流变性。 3钻井液 C O 污染预 防措 施 根据长期以来的经验 以及实验室论证得 出了预防 CO 污染的措施 ， 要求进入 C Oz 含量高 的地层前 ， 或 在 含 C O。的地层 钻进 过程 中 ， 对 钻井 液 进行 处 理 和维 护 ， 控制 C Oj 一质量浓度低于 2 4 0 0 mg ／ L， 具体措施 如 下 。 1 根据实际需要提高钻井液密度 ， 平衡地层流 体 压力 ， 尽 可能 减少 C O 进 入 井 筒 ， 减轻 C O 对 钻 井 液的污染 ， 降低地面处理的工作量。 2 钻遇含 C O 气层前， 将钻井液体系转换成为 钾一 石灰磺化分散体系， 可 以根据实际需要添加其他功 能性材 料 。该钻 井液 体 系具有 较强 的抑 制性 和抗 酸性 气体污染的能力 。 3 监测钻井液 CO j 一、 HCO； - 、 C a 。 浓度。合理 控 制 钻 井 液 中 C a 质 量 浓 度 为 3 0 0 ～ 5 0 0 mg ／ L 。 C a O 在 生 成 C a C O。的 同 时 不 断 地 消 耗 C O； 一和 HC O； - ， 由此可预防 C O。 侵入所带来的钻井液性能恶 化 。过量的石灰 作为储 备 钙存在 于钻 井液 中， 形 成 C a OH 微溶物 ， 能缓慢释放 C a 抖 ， 对体系的 p H值 等相关性能有较好的缓冲调节作用。 4 始终控制钻井液 p H值为 1 0 ～1 l 。 5 调 整 钻 井 液 膨 润 土 含 量 至 规 程 规 定 的 低 限 值 。 6 保持钻井液较低 的黏切 ， 维持钻井液 良好 的 流变性和脱气性能 。 4结论与建议 1 C O 污 染 钻 井 液 的根 本 原 因 是 由于 C O 导 致钻井液 中黏土颗粒 Z e t a 电位 绝对值 降低 ， 发生絮 凝 ， 从而导致钻井液增稠。同时 ， 造成钻井液中护胶剂 在黏 土上 的解 吸 附 ， 导 致滤失 量增 大 。 2 对初 受 污 染 和 严 重 污染 的钻 井 液 ， 提 出 了两 种有效的处理方法。对初受污染 的井浆 ， 及时加入氧 化钙等常规处理剂 ， 同时补充抗 高温处理剂和稀 释剂 配制的胶液， 协 同护胶， 及时处理 C O。污染 ； 在钻井液 受到 C O 严重污染 ， 性能出现恶化 的时候 ， 在上述处 理的同时， 还需要加入高温稳定剂 。结果表明， 上述两 种处理方式能有效 地处理 C Oz污 染， 达到 良好 的效 果 。 3 建议在钻进含 C O 地层前， 适当提高钻井液 密度和 p H值 维持在 1 O ～1 1 ， 并在钻井液 中加入石 灰乳 ， 使 C a 质量浓度保持为 3 0 0 ～5 0 0 mg ／ L， 同时 用高浓度胶液维护 。 参 考 文 献 [ 1 ]陈大钧．油田应用化学 [ M] ．北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 5 ． [ 2 ]位华 ， 马金 ， 何焕杰 ， 等．固结一 氧化复合 固化法处理酸性气 田钻井 液废液I- j ] ．石油与天然气化 工，2 0 1 1 ， 4 0 5 5 1 8 5 2 1 ． [ 3 ]黄宏军．超深井钻井 液完井液 HC O 3 -和 cOj 一污染规律和处 理方 法[ J ] ．钻井液与完井液 ， 2 0 0 3 ，2 0 4 3 1 3 3 ． [ 4 ]刘佑云．深井钻井液碳 酸根 和碳 酸氢根污染 的处 理E J ] ．石油 与天 然气化工 ， 2 0 1 2 ，4 1 1 l O 4 1 0 6 ． [ 5 ]王立建 ，于峰．L 一 1超深井钻井液 C O 污染 处理技术 [ J ] ．石 油钻 采 工 艺 ，2 0 0 3 ，2 5 1 2 5 2 7 ． 收稿 日 期 2 o 1 4 0 9 1 5 ； 修回日 期 2 0 1 4 1 2 1 2 ； 编辑 钟国利 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m