鉆井液二氧化碳氣體污染起泡原因分析及處理

  摘要：鉆井液俗稱(chēng)泥漿，又被稱(chēng)為鉆井的血液,優(yōu)質(zhì)的鉆井液可以有效的清潔井底，攜帶巖屑。保持井底清潔，避免鉆頭重復切削，減少磨損，提高效率。平衡井壁巖石側壓力，在井壁形成濾餅，封閉和穩定井壁。防止對油氣層的污染和井壁坍塌。在現場(chǎng)使用過(guò)程中,由于溫度及地層產(chǎn)出的油氣水、二氧化碳及硫化氫等物質(zhì)均會(huì )對泥漿產(chǎn)生不同程度的污染，影響泥漿性能，使泥漿的粘度、切力和失水等性能發(fā)生改變。導致泥漿不能滿(mǎn)足鉆進(jìn)時(shí)井下安全高效的要求，現場(chǎng)需要根據污染物情況合理分析，及時(shí)做出正確的處理方案，恢復泥漿性能。

 

  關(guān)鍵詞：中古9井；泥漿起泡；碳酸根引言塔里木油氣田位于塔里木盆地塔克拉瑪干沙漠中心，其主要產(chǎn)層位于奧陶系鷹山組，可細分為鷹一上亞段和鷹一下亞段。鷹一上亞段巖性主要為泥晶灰巖、隱藻泥晶灰巖、隱藻凝塊石灰巖、含砂屑泥晶灰巖，是儲層相對不發(fā)育的致密段，地層厚度自北向南因剝蝕逐漸變?。ㄖ泄?井最厚達106m），至中古106井附近，鷹一上亞段地層已完全缺失。鷹一下亞段巖性主要為亮晶砂屑灰巖，夾泥晶砂屑灰巖、含泥晶砂屑灰巖。從地質(zhì)資料可以看出，目的層多為碳酸鹽性灰巖，對泥漿的主要污染物為二氧化碳氣體污染。泥漿起泡的主要原因是泥漿碳酸根、碳酸氫根污染，造成泥漿性能變化，表現為泥漿結構增強、粘切升高，使得混入泥漿的氣體被包裹形成氣泡很難消除，泥漿粘附系數升高，其次是對碳酸根、碳酸氫根引起的泥漿起泡問(wèn)題認識不足，經(jīng)驗不足，處理措施未能及時(shí)跟上。

 

  一、中古9井泥漿起泡發(fā)生經(jīng)過(guò)中古9井鉆進(jìn)至井深5770m（地層為奧陶系良里塔格組，巖性是灰巖）泥漿開(kāi)始出現少量氣泡，水龍帶開(kāi)始抖動(dòng)，當時(shí)泥漿性能為：密度 1.22g/cm3、粘度 50s、靜切力 3/6Pa/Pa、Ca2 +197mg/L、Cl-5775mg/L。12月27日鉆進(jìn)至井深5881m，泵壓從15MPa下降至13MPa。檢查地面管線(xiàn)無(wú)異常，起鉆檢查鉆具無(wú)刺漏。此時(shí)返出泥漿帶有大量氣泡，泵上水出現異常。

 

  二、中古9井現場(chǎng)處理情況中古9井泥漿起泡后，現場(chǎng)取樣分析發(fā)現泥漿中鈣離子濃度由原來(lái)197mg/L下降至80mg/L，PH值由11下降至10。碳酸根離子濃度出現異常，HCO3-濃度13000 mg/L、CO32-濃度2000 mg/L，泥漿碳酸根污染嚴重。先后做了加入氧化鈣、潤滑劑室內小型實(shí)驗，并根據實(shí)驗情況對井漿進(jìn)行了處理，處理后的泥漿粘切下降，罐面泥漿氣泡基本消失,僅有少量氣泡浮在泥漿面上，加少量消泡劑可消除，不影響泵上水，泵壓穩定，恢復正常鉆進(jìn)。

 

  后來(lái)的維護中，采取的辦法是：少量、多次補充CaO飽和溶液0.3%，控制鈣離子含量120-200mg/L，保持泥漿PH值10-11，逐步清除碳酸根、碳酸氫根，少量加入消泡劑消泡。泥漿性能穩定，泵壓正常，鉆進(jìn)正常。

 

  處理前泥漿性能為：

 

  密度1. 22粘度48PV17YP4PH10API失水4. 0 /0. 5靜切力3/7Ca2+80CL-5775氣泡情況大量氣泡漂浮處理后泥漿性能為：

 

  密度1. 23粘度42PV16YP5PH10. 5API失水4. 5/0. 5靜切力2/5Ca2+129CL-5775氣泡情況僅個(gè)別氣泡三、泥漿起泡原因分析通過(guò)對實(shí)驗數據和現場(chǎng)資料的綜合研究分析，得出以下結論：

 

  1.泥漿起泡的主要原因導致近中古9井泥漿起泡的主要原因是CO2引起泥漿碳酸氫根污染，造成泥漿性能惡化，表現為泥漿結構增強，粘切升高，使得混入泥漿的氣體（空氣和CO2）形成氣泡很難消除。被碳酸根嚴重污染的泥漿在通過(guò)篩布時(shí)，大量空氣得以混入，形成不易破滅的氣泡；而泥漿在加重時(shí)，由于加重材料顆粒很細，比表面積大，進(jìn)入泥漿后，泥漿中的液相在相對短的時(shí)間內對其進(jìn)行潤濕作用，使大量空氣被攜裹混入泥漿中，從而形成大量氣泡，這些氣泡在泥漿性能不適合時(shí)，也不易破滅。這些都是造成泥漿氣泡源源不斷產(chǎn)生的原因。

 

  2.泥漿起泡的處理教訓對CO2氣體引起的泥漿起泡問(wèn)題和泥漿碳酸氫根污染問(wèn)題認識不足，在現場(chǎng)處理上缺乏經(jīng)驗，走了彎路。開(kāi)始的處理方法一直是在現場(chǎng)和室內不斷實(shí)驗、不斷探索、不斷認識中進(jìn)行，處理措施未能一步到位，使問(wèn)題進(jìn)一步復雜化，導致了停鉆處理泥漿，影響了鉆井進(jìn)度。

 

  結論1.現場(chǎng)泥漿工程師要嚴格執行泥漿設計，積極認真檢測泥漿性能。針對塔中中古等地區井深、地層溫度高等特點(diǎn)，泥漿維護處理中要特別注意泥漿材料之間的相互配比，提高泥漿的抗溫抗老化抗污染能力。同時(shí)現場(chǎng)要加強泥漿堿度分析，通過(guò)室內試驗分析及時(shí)了解碳酸根離子、碳酸氫根離子濃度變化情況，一旦發(fā)現異常確認為泥漿碳酸氫根污染時(shí)，要及時(shí)采取有力措施，盡快控制和消除污染。

 

  2.泥漿發(fā)生碳酸根污染時(shí)，合理分析污染原因及污染物來(lái)源，在不影響鉆進(jìn)進(jìn)度的前提下做出合理的處理方案。減少因除二氧化碳污染物以外的其他原因而引起的泥漿起泡加劇。

 

  3.在進(jìn)行泥漿處理時(shí)，要做到全面考慮，防止因單一處理污染氣泡而導致其他泥漿性能發(fā)生波動(dòng)，尤其是中壓失水和高溫高壓失水的增大。加入生石灰的同時(shí)，復配跟入聚合物及磺化類(lèi)降失水材料，保證泥漿護膠，防止其他性能波動(dòng)過(guò)大。

 

  4.處理碳酸根污染既要一次性處理到位，又要防止處理劑加入過(guò)量，導致泥漿粘切過(guò)低，影響井下帶沙。這就要求現場(chǎng)工程師處理前做好室內小型試驗，拿出合理準確的處理方案。