地熱鉆井

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。