HT2井三開水基鉆井液CO32-和HCO3-污染處理工藝

祝學飛，孫俊，徐思旭，劉皓楓，査凌飛

（川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，新疆庫爾勒841000）

1 現場鉆井液污染現象與危害

圖1 HT2井三開水基鉆井液污染與濾失泥餅蜂窩狀圖片

2 2840～5785 m井段鉆井液流變性與濾液分析

深井高溫鉆井液經常受到鉆井液材料與地層陰離子的污染，現場往往會錯誤的判斷為抗溫能力不足導致的性能突變，應根據流變性與濾液離子分析做出準確判斷。現場按照GB/T 16783.1—2014（1）對HT2井三開現場水基鉆井液進行性能測試與濾液離子分析[8]，見表1。

表1 和田2井三開水基鉆井液性能與濾液離子分析

3 污染處理

鉆井液被污染后，根據流變性、濾液離子變化節點、維護處理方法、地層溫度變化分3段進行描述。

3.1 第一段4258～4759 m

本段地層溫度相對偏低，處于污染初期，采用常規處理方式，在室內小型實驗的基礎上，在井漿中引入0.1%～0.2%生石灰，實質是通過生石灰提供Ca2+與CO32-反應生成CaCO3沉淀將CO32-除去；但HCO3-本身不能直接被除掉，需在堿性條件下轉換成CO2-，其反應方程式為+OH-3→+H2O。維護處理注意事項如下。①膨潤土含量不能過高，否則引入生石灰后絮凝造成黏度、切力急劇上升。②生石灰加量應為CO32-含量與HCO3-轉換成 CO32-含量二者的總和。③加入順序，第一循環周加入所需堿液提高pH值，對HCO-3進行轉換[9]，第二循環周再引入生石灰進行中和反應。④生石灰引入后生成的Ca（OH）2會使濾液pH值升高，此時應避免濾液pH值較高造成誤導而不再引入燒堿，若不加燒堿繼續加入生石灰，流變性漏斗黏度等會出現不降反升現象。處理過程中，生石灰可加入膠液中再均勻補充，避免性能波動，同時也對易產生污染源的磺化材料進行預處理。

因碳酸鹽地層承壓能力普遍偏低，污染發生后，在4740～4759 m井段將鉆井液密度提至上限1.45 g/cm3，利用液柱壓力減緩地層陰離子的滲入進而控制污染源，鉆井液被污染后產生的氣泡較多，現場使用了6種消泡劑效果均不理想。

3.2 第二段4759～5434 m

通過前期的處理，膨潤土含量已降至合理的范圍，隨著井深與溫度的增加，因為生成的Ca（OH）2由于溶解度和溶度積的原因不能將二者除盡，生石灰的引入已不能滿足流變性的控制，通過引入0.1%～0.2%氯化鈣、2%～5%有機鹽Weigh2、0.5%～1%多功能型納米乳液[10-13]TYRF-1等3種處理劑進行復配處理。

CaCl2屬強電解質，溶解度高，與CaO相比能提供較多游離的Ca2+，將其配成水溶液均勻緩慢加入，以防止鉆井液過度絮凝形成果凍狀，造成泥漿泵上水困難。而Ca2+水解會引起pH值下降，加入時應保持井漿有相對較高的pH值。有機鹽是堿金屬低碳有機酸鹽、銨鹽、季銨鹽及其復合物[14-15]，有良好的水溶性，且具有較低的活度與較強的抑制、抗污染能力，有機酸根離子具有較強的還原性，可除掉鉆井液中的溶解氧，減少陰離子形成幾率。TYRF-1是通過乳化分散工藝制成粒徑200 nm～40 μm的多波峰粒徑分布的乳狀液，含有大量具有兩親結構的表面活性劑、白油等，在金屬、巖石、膠體顆粒表面吸附改變膠體顆粒界面性質，促使各種原因產生的氣泡能有效分離，達到消泡的目的。氯化鈣、有機鹽、TYRF-1三者復配實驗評價表見表2。

表2 氯化鈣、有機鹽、TYRF-1復配實驗評價

在實際維護處理過程中，根據室內小型實驗調整3種處理劑加量，根據表1濾液離子濃度判斷HCO3-得到了有效控制，濾液 OH-在一定范圍。

3.3 第三段5434～5785 m

鉆至井深5400 m后隨著井底溫度的增加，在5400～5450 m井段，井漿流變性持續上漲趨勢明顯，日常維護處理不能得到有效控制，尤其切力上升明顯。通過實驗分析井漿趨于高溫稠化，停止引入生石灰、氯化鈣[16-19]。通過提高膠液中SMP-3、SPNH、SMC這3種磺化材料濃度（單項含量由2%增加到5%），提高體系的抗溫抗污染能力。以高濃度磺化膠液、高濃度磺化堿液交替維護處理，通過堿液的稀釋作用控制鉆井液的流變性。在井深5500 m 鉆井液性能發生突變，φ6、φ3讀值由 11、10升高到22、20，切力由6/20 Pa/Pa提高到11/28 Pa/Pa，后期通過高濃度磺化堿液進行維護處理。井深5500 m處高濃度磺化膠液與高濃度磺化堿液實驗評價表見表3。在實際維護處理過程中，采用5#與6#交替進行維護處理，較好地控制了鉆井液的流變性。

表3 井深5500 m處高濃度磺化膠液與高濃度磺化堿液實驗評價

3.4 維護處理思路與效果

前期處理以化學中和反應為基礎，利用Ca2+對陰離子進行反應，利用有機鹽的抑制抗污染能力，同時通過納米乳液納米膜對污染產生的氣泡的界面性質的改變使其主動消泡破滅，三者結合對污染進行有效處理；后期深井高溫段通過高濃度磺化膠液或磺化堿液調整流變性為前提，同時用優質鉆井液進行部分井漿置換。井深5400 m以前，能將井漿中的HCO3-轉化或中和完畢，并能保持井漿中OH-的含量，使其儲備堿度增加；井深5400 m以后，能將陰離子控制在較低范圍，整個長周期污染期間流變性控制相對輕松，泥漿泵、加重泵上水正常，井下掉塊能及時有效帶出，保證了井下安全，未出現工程復雜。

4 復雜處理

4.1 處理劑析出、瀝青敷篩

因本開次巖性為灰巖，地層本身不造漿，鉆井液長周期污染，生石灰、氯化鈣、有機鹽等絮凝抑制劑的引入，致使后期出現處理劑析出與瀝青敷篩現象，也是此種鉆井液最為突出的表現。鉆進至5400～5550 m井段，振動篩篩面出現處理劑嚴重析出現象，篩面厚度約2 cm左右，緊接著瀝青顆粒析出堵篩孔致跑漿現象。分析原因為井漿中活性土含量不夠，顆粒級配不合理，處理劑無吸附點而析出。后緩慢均勻向井漿補充1.5%的強護膠膨潤土漿，控制膨潤土含量在20～25 g/L范圍，處理劑析出、瀝青敷篩逐漸好轉至消失。

4.2 低溫增稠

在5685～5778 m井段發現井漿取樣，室內放置 30 min 左右失去流動性，井深 5685 m、5778 m起鉆井筒內井漿靜止24 h左右，下鉆過程中出現返出鉆井液呈果凍狀，失去流動性，過渡槽需通過人力與工具輔助才能流動，經緩慢開泵一循環周，待溫度上升后方能建立循環，3～5循環周后恢復正常。原因分析為長周期污染低溫狀態下靜切力較高，形成新的網架結構而失去流動性，循環溫度上升后便可恢復正常。后期每次起鉆至井口1000 m左右墊入未受污染的優質新鮮鉆井液進行置換，避免電測與下套管長時間靜止產生復雜。

5 處理污染注意事項

1）生石灰、氯化鈣、有機鹽Weigh2等處理劑引入前，應控制膨潤土含量在合適范圍內，避免絮凝造成黏度、切力過高，引起流變性復雜；長周期陰離子污染的鉆井液，深井高溫井段應引入具有抗溫抗鹽且具有強吸附性基團的處理劑；同時提高井漿抑制性，延長抗污染周期，通過有機鹽、K+、Ca2+等離子的協同抑制作用或其他有機鹽來提高鉆井液水化抑制能力。

2）長周期污染的鉆井液，因流變性難以控制，在井底段增稠造成鉆具黏附井壁，形成黏卡或卡鉆現象，深井高溫段調整流變性應以較低φ6、φ3讀值調整為基礎，同時輔以極壓潤滑劑或納米類潤滑劑改變井壁親水性質。

6 結論與認識

1.CO32-與HCO3-陰離子污染井段4258～4759 m通過常規引入生石灰，4759～5434 m段通過引入氯化鈣、有機鹽、納米乳液，5434～5785 m段通過高濃度磺化膠液、堿液進行交替維護調整，較好地控制了流變性，保證了工程安全鉆井，實現了預期地質目標。

2.深井段陰離子污染后期產生的低溫增稠現象，而又需要長周期高黏度、切力進行帶砂作業的井次，可利用高濃度磺化堿液進行稀釋，調整鉆井液流變性，可避免使用稀釋劑稀釋致使鉆井液黏度、切力過低。

3.對于易產生陰離子污染的井段，一是應以預防為主提高自身抗污染能力，二是從污染源頭著手通過物理手段控制污染源，長周期污染的井次中，后期采用補充優質新鮮血液的方式對污染井漿進行置換處理。