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1、钻井液技术课件(污染)第1页，共20页，编辑于2022年，星期三钙、镁污染和处理钙、镁污染和处理水泥水泥石灰污染和处理石灰污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理 硫化氢硫化氢H H2 2S S的处理的处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理3 3第2页，共20页，编辑于2022年，星期三-钙、镁污染和处理钙、镁污染和处理1、污染的来源污染的来源 （1）配浆水：可能含有大量的Ca2+和Mg2+。（2）含无水石膏（CaSO4）和有水石膏（又称生石膏CaSO4.2H2O或CaSO4.H2O）的地层。它们的厚度因地区不同在几米至几百米的范围内变化。另外，经常有或薄或厚的
2、石膏层与含盐地层间互相共存。（3）地层水水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第3页，共20页，编辑于2022年，星期三2、钙、镁侵钻井液性能的变化钙、镁侵钻井液性能的变化 总的来说Ca2+、Mg2+侵会造成流变性能增大和滤失会造成流变性能增大和滤失量升高。量升高。钻井液性能变化幅度会根据情况随污染物的浓度、钻井液固相含量和化学成分，以及钻井液原来的性能而变化。（1）配浆水中有Ca2+和Mg2+会抑制膨润土的水化，导致膨润土造浆率下降，配出的浆动切力、动塑比较低，滤失量FL较高。（2）Mg2+侵还会使pH值降低，因为Mg2+会与OH结合生成Mg(OH)2。Mg2+2OH Mg(OH)2-
3、钙、镁污染和处理钙、镁污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第4页，共20页，编辑于2022年，星期三3、CaCa2+2+处理处理 （1）配浆水中的钙通常用适量纯碱来处理Ca2+Na2CO3CaCO3+2Na+1.0mg/L的Ca2+用0.00266kg/m3 Na2CO3处理 （2）石膏层对钻井液的污染 在浓度低的情况下可用纯碱，并配合降粘剂如HMP-III、KHm、铵盐、XY-27等处理。如遇大段石膏层会造成浓度较高的污染，可根据小型实验数据加入降粘剂和降滤失剂，将钻井液转化成钙基钻井液。-钙、镁污染和处理钙、镁污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第5页，
4、共20页，编辑于2022年，星期三4 4、Mg2+处理处理 （1）使用海水配钻井液时，Mg2+可用烧碱处理，当PH10.5时，大部分镁离子可以生成Mg（OH）2沉淀而被除去。Mg2+2OH-Mg（OH）2+2 Na+1.0mg/L的Mg 2+用0.0046kg/m3 NaOH处理 （2）当遇到严重镁离子污染时，持续加入NaOH会使粘度升高。这种情况下钻井液可根据小型试验用烧碱结合降粘剂和降滤失剂处理。-钙、镁污染和处理钙、镁污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第6页，共20页，编辑于2022年，星期三-水泥水泥石灰污染处理石灰污染处理1 1、污染物来源、污染物来源 当钻井液在
5、注水泥作业时直接与水泥浆接触或其钻水泥塞时都会发生水泥侵。水泥浆造成的污染要比凝固的水泥严重。水泥含有一系列含钙络合物。所有这些络合物与水反应都会生成氢氧化钙Ca（OH）2。水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第7页，共20页，编辑于2022年，星期三 2 2、钻井液性能的变化、钻井液性能的变化 水泥侵会造成流变性、滤失量和会造成流变性、滤失量和PHPH升高。升高。对水泥污染的处理包括两个方面：一方面要降低PH值，另一方面要降低钙离子的浓度，因为水泥侵的钻井液在120以上会发生固化现象。-水泥水泥石灰污染处理石灰污染处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第8页，共20页，编辑
6、于2022年，星期三3 3、处理、处理 （1）避免水泥侵的最简单的方法是用清水钻水泥塞或用钻井液钻水泥塞时，把污染的那段钻井液放掉。（2）加小苏打处理 NaHCO3+Ca(OH)2CaCO3+NaOH+H2O 用小苏打NaHCO3与石灰反应只中和了石灰的氢氧根的一半，另一 半转化成了NaOH。因因此此使使用用小小苏苏打打处处理理石石灰灰侵侵会会使使pHpH值值升升高高，这这在在温温度度较较高高的的情情况况下下（120120或或250)250)会造成钻井液固化。会造成钻井液固化。-水泥水泥石灰污染处理石灰污染处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第9页，共20页，编辑于2022年，星期
7、三 3 3、处理、处理 （3）使用一些有机磷酸盐、腐殖酸或HMP-III结合一些降滤失剂处理污染会使pH值得到有效控制。不不要要使使用用纯纯碱碱来来处处理理水水泥泥侵侵，因因为为石石灰灰所所含含的的氢氢氧氧根根会会与与钠钠离离子子结结合合，生生成成氢氢氧氧化化钠钠，造造成成PHPH值值显显著著升升高高，而有可能使钻井液固化。而有可能使钻井液固化。（4）应应在在钻钻井井液液中中保保留留100100200mg/L200mg/L（硬度测试法测出的）过过剩剩CaCa2+2+，这这样样在在遇遇到到碳碳酸酸根根碳碳酸酸氢氢根根污污染染时时可自动地改善钻井液性能。可自动地改善钻井液性能。-水泥水泥石灰污染处
8、理石灰污染处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第10页，共20页，编辑于2022年，星期三-碳酸根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理1、污染物来源污染物来源 （1）地面：CO2可在泥浆枪、钻井液混合设备、钻井泵和固控设备工作时随空气一起侵入。（2）地下的含CO2气的地层。（3）处理钙侵和水泥侵时加纯碱Na2CO3过量。（4）一些有机添加剂如木质素、木质素磺酸盐等的高温分解。（5）加重材料或碳酸钙桥堵剂中所含的杂质一起加到钻井液中。水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第11页，共20页，编辑于2022年，星期三2、碳酸根和重碳酸根污染后钻井液性能的变化碳酸根和重碳
9、酸根污染后钻井液性能的变化 碳酸根随钻井液pH值可以三种形式存在：H2CO3、HCO3-和CO32-。碳酸根和重碳酸根侵会会造造成成钻钻井井液液流流变变性性变变差差、滤滤失失量量稍稍有有增增加加和和pHpH降降低低等等。有时这种现象迷惑了一些现场工程师，他们忽略了碳酸根重碳酸根的污染会导致这些问题的产生，而认为是其他的污染所造成的。为了能尽快得到准确的判断，碳酸根重碳酸根的分析数据，以及对钻井液流变性、滤失量和pH值变化的综合分析会有助于得出正确的结论。-碳酸根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第12页，共20页，编辑于2022年，星期三
10、3、处理 碳酸根CO32-可用钙处理的方法使其生成碳酸钙沉淀将其除去，而重碳酸根HCO3-不能直接除去，必须先使它与氢氧根OH-反应转换成碳酸根后才可能除去。Ca2+可通过石灰或石膏提供。-碳酸根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第13页，共20页，编辑于2022年，星期三3 3、处理、处理 用石灰处理，反应如下：用石灰处理，反应如下：CO32-+HCO3-+2Ca(OH)22CaCO3+H2O+3OH-当用石灰处理碳酸根重碳酸根污染时，会使pH值升高。为此，为降低pH值，可以加入一些有机酸处理剂或石膏处理。用用石石膏膏处处理理，必须同时
11、加入石灰和/或烧碱，这样可以维持pH值不降，反应如下：CO32-+HCO3-+2Ca2+OH-2CaCO3+H2O-碳酸根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第14页，共20页，编辑于2022年，星期三 3 3、处理、处理 不管应用上述两种方法中的哪一种，钻井液必须同时用一些降粘剂和降滤失剂处理，从而使钻井液获得满意的流变性能和滤失量。具体的方案由小型试验来确定。处理碳酸根重碳酸根污染需使用的石灰和石膏的相应数量见下表。建议不要把钻井液中的碳酸根碳酸根完全除去，而应至少至少保持保持100010001200 mg/L1200 mg/L。-碳酸
12、根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第15页，共20页，编辑于2022年，星期三 处理碳酸根重碳酸根污染需使用的石灰和石膏的相应数量表lb/bbl=3923 mg/L-碳酸根和重碳酸根污染和处理碳酸根和重碳酸根污染和处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理处理离子处理离子石灰石灰Ca(OH)Ca(OH)2 2lb/bbl(mg/L)lb/bbl(mg/L)石膏石膏CaSO CaSO 4 4lb/bbl(mg/L)lb/bbl(mg/L)烧碱烧碱NaOHNaOHlb/bbl(mg/L)lb/bbl(mg/L)1.0 mg/L CO1
13、.0 mg/L CO3 32-2-0.00043(1.69)0.00043(1.69)0.001(39.23)0.001(39.23)1.0 mg/L HCO1.0 mg/L HCO3 3-0.00021(0.82)0.00021(0.82)0.00023(0.9)0.00023(0.9)第16页，共20页，编辑于2022年，星期三-硫化氢硫化氢H2SH2S的处理的处理 硫化氢（H2S）有剧毒，对金属设备有很强的腐蚀性。一定量的硫化氢在几分钟内就会对操作人员造成致命的后果。尽管硫化氢会使钻井液性能受到破坏，与之比较起来，至关重要的是人身安全和劳动保护的重大问题。水基钻井液的污染和处理水基钻井液
14、的污染和处理第17页，共20页，编辑于2022年，星期三1 1、污染物来源、污染物来源 （1）热作用下，石油中有机硫化物分解；（2）石油中烃类和有机质通过储集层水中硫酸盐的高温还原；（3）下部地层中硫化氢气体上窜；（4）某些钻井液处理剂高温热分解。-硫化氢硫化氢H H2 2S S的处理的处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第18页，共20页，编辑于2022年，星期三2 2、处理、处理 （1）作为预防和辅助措施，加入烧碱或石灰将钻井液的pHpH值值维持在高于高于1010。（2）加入碱式碳酸锌Zn(OH)2.ZnCO3（1.0 mg/L硫化氢H2S使用0.002 lb/bbl或0.00572 mg/m3碱式碳酸锌Zn(OH)2.ZnCO3。3Zn(OH)2.ZnCO3+4H2S4ZnS+CO2+7H2O 为了取得更好的效果，以上两两种种方方法法应应同同时时采采用用。如果已预测到一个含硫化氢的地层，以上两种措施作为预防措施提前进行。-硫化氢硫化氢H2SH2S的处理的处理水基钻井液的污染和处理水基钻井液的污染和处理第19页，共20页，编辑于2022年，星期三第20页，共20页，编辑于2022年，星期三