钻井液污染物及处理

钻井液污染物及处理
Ca2+/Mg2+的污染淡水粘土型泥浆受Ca2+/Mg2+的污染后粘
度和失水增加，Ca2+/Mg2+来源于配浆水层水
1. 硬石膏/石膏的污染(CaSO4/CaSO4. H2O) 石膏地层从只有几英寸到几千英尺厚不等，钻这种地层会引起泥浆絮凝和失水失控等问题，这是因为Ca2+浓度增大所引起的。

如果石膏层不太厚，就用纯碱处理：CaSO4 + Na2CO3 CaCO3↓+ Na2SO4 可能需要添加抗高温淀粉或聚阴离子纤维素来控制失水，用铁络盐降粘度，若是巨厚的石膏层，可能要转换成与石膏相容的泥浆体系，这可以通过增加铁络盐、烧碱和降失水剂转换成石膏泥浆体系来达到。

1. Mg2+的污染若用海水作为配浆水便会遇到Mg2+的污染问题，污染的影响与Ca2+污染相似，Mg2+污染常用烧碱处理，体系中大部分的Mg2+在pH值大于10.5时沉淀下来：Mg2+ + 2NaOH Mg(OH)2↓+ 2Na+ (1. 0mg/lMg2+需0.00116 lb/bbl的NaOH)
水泥/石灰的污染
当固井作业或钻开水泥塞时便造成水泥污染，污染的严重性与污染时泥浆状态和水泥状态有关，泥浆状态包括固相含量、抗絮凝剂的浓度等，水泥状态指水泥的胶结程度，胶结差的水泥(有时叫绿水泥)比胶结好的水泥造成更严重的污染，水泥由几种复杂的钙化合物组成，这些化合物与水反应都会生成Ca(OH)2，100当量的水泥会生成79当量的Ca(OH)2，石灰会使淡水粘土型泥浆絮凝，引起粘度和失水的上升，处理Ca(OH)2的污染涉及到降低pH值和控制Ca2+的浓度。

1. 处理方法可用下述一种或几种方法结合来处理水泥污染： a. 废弃如果污染严重，处理不实际时，把污染最严重的那部分泥浆废弃不要或按石灰泥浆来处理。

b. 小苏打(NaHCO3)处理：
小苏打与Ca2+反应生成不溶的CaCO3，由于在钻水泥时pH值较高，Ca2+的浓度一般不超过200～400mg/l：Ca(OH)2 + NaHCO3 CaCO3↓+ NaOH + H2O
(1.0mg/lCa2+需0.00074 lb/bbl的NaHCO3) 这反应只中和了一半的OH- ，另一半转变为NaOH，这会导致PH值升高，可通过有机酸(铁络盐或腐植酸)与小苏打一起加入来解决。

c. 焦磷酸钠(SAPP)处理SAPP与Ca(OH)2反应生成不溶的CaP2O7：Ca(OH)2 + Na2P2O7 CaP2O7↓+ 2NaOH + H2O
(1.0mg/lCa2+需0.00097 lb/bbl的SAPP) SAPP与Ca(OH)2的反应不够彻底，所以往往要加过量的SAPP，反应的结果同样也会造成PH值升高，如果井底温度大于175℃，SAPP会变成一种絮凝剂。

d. 有机酸(铁络盐或腐植酸)处理大约1 lb/bbl的Ca(OH)2可中和7～8 lb/bbl的有机酸。

2. 处理方法的评价a. 纯碱除非能小心监测pH值的升高，否则不推荐用纯碱来处理水泥污染，因为纯碱与水泥反应没有OH-被中和会导致过高的pH值：Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3↓+ 2NaOH b. 高温当温度大于250℃时，水泥污染的泥浆可能会固化，这时加入1～3lb/bbl的抗高温降絮凝剂(MIL-TEMP或MELANEX-T)便能稳定被污染泥浆的稳定性。

3 预处理用小苏打预处理泥浆能造成CO32-污染，所以一般预处理量不应超过0.5~0.75 lb/bbl。

用有机酸铁络盐或腐植酸预处理会有助于缓冲pH值的升高。

氯化钠污染
盐污染可来源于配浆水、盐水侵、盐层或挥发盐层，从化学上讲可以是钠盐、钾盐、镁盐或钙盐或是这些盐的混合物，最普遍的是氯化钠。

盐会絮凝淡水泥浆造成粘度和失水出现问题，如果盐污染更加严重或受二价离子(Ca2+、Mg2+)污染严重时，粘土颗粒的聚沉会导致粘度降低和失水量的进一步加大。

处理方法：a. 由于盐无法用化学方法来使其沉淀，盐浓度的降低只能靠加清水稀释的方法解决，除了稀释外，还要添加降絮凝剂和降失水剂，可加铁络盐和烧碱来降絮凝，
可加对盐不敏感的淀粉和聚阴离子纤维素来降失水。

b. 出现大量不断的盐污染导致粘度降低时，用预水化般土浆能提粘和降失水但随着时间的推移，已水化的般土会发生去水作用，除非能减低盐的浓度。

有效的做法是先用铁络盐和烧碱处理预水化般土浆后再加到泥浆中去。

c. 有时随着盐的增加Ca2+的浓度也增加，这时便需加入纯碱来除钙。

d. 当需加入能起化学作用的材料到盐污染或盐水泥浆中时，这些材料必须预水化或预溶解以能达到最佳效果。

碳酸根/碳酸氢根(CO32-/HCO-)污染当水基泥浆被碳酸盐污染时，流变性与失水便会出现问题，碳酸盐依泥浆中pH值的不同以三种不同形式出现，这些形式是H2CO3、HCO3-、CO32-。

当pH低于5时，主要是H2CO3；pH 8~9时，主要是HCO3-；pH大于12，主要是CO32-。

碳酸盐可来源于：1）处理钙或水泥污染时处理量过大。

2）从地层气、配浆泵和泥浆泵进入泥浆的CO2气的积累。

3）有机化合物如铁络盐、木质素等在温度大于300℃时的热降解。

4）受污染的重晶石。

1. 碳酸盐的检测若要准确检测碳酸盐，需使用一套叫GARRETT GAS TRAIN 的装置，这里不详细介绍。

现场工程师往往用检测Mf和Pf粗略估算碳酸盐的污染情况，当Mf/Pf大于3时，认为有HCO3-污染；当Mf/Pf大于5时，有较严重的CO32-污染。

2. 碳酸盐污染的处理大多数泥浆中碳酸根的浓度约在1200～2400mg/l之间，有些泥浆在这浓度超过一倍时不受影响而有些在1200mg/l浓度时却大受影响，泥浆所能接受的碳酸根浓度取决于该泥浆的固相含量、温度和各种化学材料的浓度。

如果已证实流变性和失水的问题是由碳酸根污染所引起的，处理的方法就是加入Ca2+使其生成CaCO3沉淀，Ca2+以石灰或石膏的形式加入，如果用的是石膏，石灰或烧碱必须同时加入以使HCO3-转变成CO32-，否则HCO3－与Ca2+是不起反应的。

如果使用石灰，pH值将增加，可能需要加入石膏或铁络盐来缓冲PH值的增大，不要加入木质素，因为木质素会与石膏和石灰反应其结果会影响后者别的化学反应，另外推荐不要把所有的碳酸盐都反应完，至少要留有1000～2000mg/l浓度的碳酸盐在泥浆中，所发生的化学反应和处理浓度如下加石灰：2Ca(OH)2 + HCO3－+ CO32- 2CaCO3↓+ 3OH- +H2O 加石膏和石灰或石膏和烧碱：2Ca2＋+ OH- +HCO3－+ CO32- 2CaCO3↓+ H2O
处理所需量如下： 1.0mg/l CO32-需0.00043 lb/bbl石灰
1.0mg/l CO32-需0.001 lb/bbl石膏
1.0mg/l HCO3-需0.00021 lb/bbl石灰
1. 0mg/l HCO3-需0.00023 lb/bbl烧碱
3. 处理评价确认是碳酸根污染问题时，滤液中钙的存在并不表明无碳酸根污染，测总硬度时检出的钙可能不与碳酸根反应，通常螯合作用会减低反应速率化合价的变化也使所测到的钙难于和碳酸盐反应，至少应有100～200mg/l的钙离子浓度才能确保有足够量的游离钙与碳酸根反应。

按常规泥浆的碱度与泥浆中的CO32-、HCO3-和OH-是密切相关的，但其他的碱性物质也会增加泥浆的碱度，这些干扰因素的存在以及检测时的局限性使到分析碳酸根的碱度滴定只是个近似值，所以若用GARRETT GAS TRAIN检测碳酸盐会更精确，不管采用那种方法，推荐在处理泥浆中的碳酸根时应做一个彻底的小型试验。

硫化氢污染
H2S的毒性和腐蚀性都很强，空气中含量很少几分钟内便使人致命，当预测有H2S时，预先要完全熟悉防护措施，H2S对泥浆的粘度、失水和化学性质都有不利影响，但安全问题是最重要的。

1. H2S的检测从安全考虑，任何平台在H2S潜在地区必须装有H2S检测器和警报系统。

检测泥浆中H2S的最可靠方法是使用GARRETT GAS T RAIN。

2. H2S的处理方法最有效的处理H2S方法是，在控制好泥浆中pH值的同时用碱式碳酸锌处理：a. 用烧碱或石灰把pH
值调到10.0以上。

b. 加入2～3 lb/bbl的碱式碳酸锌。

1mg/l S2-需0.002 lb/bbl的碱式碳酸锌。

【注意】不能单纯依靠控制pH值来控制H2S污染。