钻井液二氧化碳气体污染起泡原因分析及处理

  摘要：钻井液俗称泥浆，又被称为钻井的血液,优质的钻井液可以有效的清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。在现场使用过程中,由于温度及地层产出的油气水、二氧化碳及硫化氢等物质均会对泥浆产生不同程度的污染，影响泥浆性能，使泥浆的粘度、切力和失水等性能发生改变。导致泥浆不能满足钻进时井下安全高效的要求，现场需要根据污染物情况合理分析，及时做出正确的处理方案，恢复泥浆性能。

 

  关键词：中古9井；泥浆起泡；碳酸根引言塔里木油气田位于塔里木盆地塔克拉玛干沙漠中心，其主要产层位于奥陶系鹰山组，可细分为鹰一上亚段和鹰一下亚段。鹰一上亚段岩性主要为泥晶灰岩、隐藻泥晶灰岩、隐藻凝块石灰岩、含砂屑泥晶灰岩，是储层相对不发育的致密段，地层厚度自北向南因剥蚀逐渐变薄（中古1井最厚达106m），至中古106井附近，鹰一上亚段地层已完全缺失。鹰一下亚段岩性主要为亮晶砂屑灰岩，夹泥晶砂屑灰岩、含泥晶砂屑灰岩。从地质资料可以看出，目的层多为碳酸盐性灰岩，对泥浆的主要污染物为二氧化碳气体污染。泥浆起泡的主要原因是泥浆碳酸根、碳酸氢根污染，造成泥浆性能变化，表现为泥浆结构增强、粘切升高，使得混入泥浆的气体被包裹形成气泡很难消除，泥浆粘附系数升高，其次是对碳酸根、碳酸氢根引起的泥浆起泡问题认识不足，经验不足，处理措施未能及时跟上。

 

  一、中古9井泥浆起泡发生经过中古9井钻进至井深5770m（地层为奥陶系良里塔格组，岩性是灰岩）泥浆开始出现少量气泡，水龙带开始抖动，当时泥浆性能为：密度 1.22g/cm3、粘度 50s、静切力 3/6Pa/Pa、Ca2 +197mg/L、Cl-5775mg/L。12月27日钻进至井深5881m，泵压从15MPa下降至13MPa。检查地面管线无异常，起钻检查钻具无刺漏。此时返出泥浆带有大量气泡，泵上水出现异常。

 

  二、中古9井现场处理情况中古9井泥浆起泡后，现场取样分析发现泥浆中钙离子浓度由原来197mg/L下降至80mg/L，PH值由11下降至10。碳酸根离子浓度出现异常，HCO3-浓度13000 mg/L、CO32-浓度2000 mg/L，泥浆碳酸根污染严重。先后做了加入氧化钙、润滑剂室内小型实验，并根据实验情况对井浆进行了处理，处理后的泥浆粘切下降，罐面泥浆气泡基本消失,仅有少量气泡浮在泥浆面上，加少量消泡剂可消除，不影响泵上水，泵压稳定，恢复正常钻进。

 

  后来的维护中，采取的办法是：少量、多次补充CaO饱和溶液0.3%，控制钙离子含量120-200mg/L，保持泥浆PH值10-11，逐步清除碳酸根、碳酸氢根，少量加入消泡剂消泡。泥浆性能稳定，泵压正常，钻进正常。

 

  处理前泥浆性能为：

 

  密度1. 22粘度48PV17YP4PH10API失水4. 0 /0. 5静切力3/7Ca2+80CL-5775气泡情况大量气泡漂浮处理后泥浆性能为：

 

  密度1. 23粘度42PV16YP5PH10. 5API失水4. 5/0. 5静切力2/5Ca2+129CL-5775气泡情况仅个别气泡三、泥浆起泡原因分析通过对实验数据和现场资料的综合研究分析，得出以下结论：

 

  1.泥浆起泡的主要原因导致近中古9井泥浆起泡的主要原因是CO2引起泥浆碳酸氢根污染，造成泥浆性能恶化，表现为泥浆结构增强，粘切升高，使得混入泥浆的气体（空气和CO2）形成气泡很难消除。被碳酸根严重污染的泥浆在通过筛布时，大量空气得以混入，形成不易破灭的气泡；而泥浆在加重时，由于加重材料颗粒很细，比表面积大，进入泥浆后，泥浆中的液相在相对短的时间内对其进行润湿作用，使大量空气被携裹混入泥浆中，从而形成大量气泡，这些气泡在泥浆性能不适合时，也不易破灭。这些都是造成泥浆气泡源源不断产生的原因。

 

  2.泥浆起泡的处理教训对CO2气体引起的泥浆起泡问题和泥浆碳酸氢根污染问题认识不足，在现场处理上缺乏经验，走了弯路。开始的处理方法一直是在现场和室内不断实验、不断探索、不断认识中进行，处理措施未能一步到位，使问题进一步复杂化，导致了停钻处理泥浆，影响了钻井进度。

 

  结论1.现场泥浆工程师要严格执行泥浆设计，积极认真检测泥浆性能。针对塔中中古等地区井深、地层温度高等特点，泥浆维护处理中要特别注意泥浆材料之间的相互配比，提高泥浆的抗温抗老化抗污染能力。同时现场要加强泥浆碱度分析，通过室内试验分析及时了解碳酸根离子、碳酸氢根离子浓度变化情况，一旦发现异常确认为泥浆碳酸氢根污染时，要及时采取有力措施，尽快控制和消除污染。

 

  2.泥浆发生碳酸根污染时，合理分析污染原因及污染物来源，在不影响钻进进度的前提下做出合理的处理方案。减少因除二氧化碳污染物以外的其他原因而引起的泥浆起泡加剧。

 

  3.在进行泥浆处理时，要做到全面考虑，防止因单一处理污染气泡而导致其他泥浆性能发生波动，尤其是中压失水和高温高压失水的增大。加入生石灰的同时，复配跟入聚合物及磺化类降失水材料，保证泥浆护胶，防止其他性能波动过大。

 

  4.处理碳酸根污染既要一次性处理到位，又要防止处理剂加入过量，导致泥浆粘切过低，影响井下带沙。这就要求现场工程师处理前做好室内小型试验，拿出合理准确的处理方案。