钻井液常见污染问题分析及处理措施

钻井液常见污染问题分析及处理措施
钻井液的性能是确保钻井成功的最基础条件，然而钻井液却较易被硫化氢、二氧化碳等污染，进而影响到其性能的发挥，钻井工作也无法正常开展，施工的成本因而大大增加。

由此，对钻井液中常见的污染问题进行分析就显得极为重要，文章在对钻井液常见的污染源进行分析的同时，提出一些相应的处理措施。

标签：钻井液；常见污染问题；处理措施
1 钻井液中常见的污染源
1.1 硫化氢
地层中硫化氢的侵入以及钻井液的处理剂在高温下发生分解或者氧化还原反应都会造成钻井液的硫化氢污染。

硫化氢的水溶液具有弱酸性，这在一定程度上降低了钻井液的PH值，使钻井液不再具有胶体性质，钻井液的性能也就遭到了严重的破坏。

同时硫化氢还会诱使钻具发生腐蚀。

硫化氢在水溶液情况下容易被电离成H+、HS-等带电离子，而H2S和HS-会促使阴极的氢原子无法结合形成氢分子，从而使钻具上吸附的氢原子不断地向钻具内部进行扩散，钻具的裂缝以及孔隙中的氢原子就会结合成氢分子，其体积不断膨胀，钢材的内部气压过高，导致强度低的钢材产生氢泡或是脱层的现象，而强度高的钢材其韧性就会降低，易于断裂。

当阳极发生反应并沿着晶粒的边沿或钻具的裂缝把金属变成硫化物时就是硫化物应力腐蚀的表现，一旦钻具的断裂应力低于正常值，就会发生钻具的断裂事故。

1.2 石膏
石膏也是钻井液中易于形成的污染问题之一，特别对聚合物钻井液而言，因其抗污染的能力较弱，就更易发生石膏污染，钻井液中有石膏侵入也会降低其PH值，大量的钙离子还会使钻井液过度絮凝，进而使其黏度切力以及滤失量都会相应增加。

1.3 二氧化碳
二氧化碳是钻井液中较为常见的污染源，钻井液中二氧化碳的来源主要有：一是在钻井液的配浆或是其处理过程中CO■■的量加入过多；二是在固控中空气中的二氧化碳被溶解至钻井液中；三是一些有机物在高温下分解出二氧化碳；四是随着底层流体的侵入，地层中的二氧化碳进入到钻井液中。

二氧化碳在水以及油中具有很好的可溶性，钻井中二氧化碳的侵入会使得钻井液HCO■■的浓度增大，泥岩水化膨胀的程度也会加剧，进而提高了钻井液的黏度切力。

另外，二氧化碳的水溶液还就有弱酸性，也会加剧对钻具以及管线等设备的腐蚀。

1.4 盐水
钙性盐水以及钠性盐水是地层中较为常见的盐水，钻井液中侵入盐水也会使得其PH值降低，导致钻井液处理剂丧失其作用，钻井液不再具有胶体性质，钙离子还会加剧钻井液的絮凝状态。

2 钻井液污染的处理措施
如果只是简单利用稀释剂或是胶液进行上述污染的处理，处理效果不但不理想，还会增加处理的成本。

因而，应在分析污染状况的基础上，从化学理论的角度出发，采取一些经济有效的处理措施。

2.1 硫化氢的处理措施
钻井液的处理剂PSC以及SPNH在进行氧化还原反应以及高温降解时都能够产生硫化氢，这是由于钻井液处理剂中含有磺甲基（CH2SO-3），而磺甲基在高温下会分解出硫化氢，另外，PSC中含有Cr3+，其能够和自身以及钻井液处理剂中的SO-3进行氧化还原反应，也会生成硫化氢。

由此可知，在选择钻井液的处理剂时应尽可能的选择抗温性能较好的处理剂，另外，还应尽可能的避免同时使用氧化型的处理剂以及还原型的处理剂。

而对于已经污染的钻井液，首先应提高钻井液的PH值，然后再加入Zn2（OH）2CO3，这样就可以将钻井液中的硫化氢除去，使钻井液的性质得到恢复。

由于实际情况中，钻井液中的硫化氢多为慢慢侵入且浓度也较低，这就要求对Zn2（OH）2CO3量的准确把握，加入量不够，会使得钻井液中的硫化氢难以有效除去，而加入量过多，又会加大钻井液中OH-的浓度，使钻井液的黏度切力迅速上升。

2.2 石膏的处理措施
石膏污染主要是造成钻井液PH值的降低以及钙离子引起的钻井液的絮凝，对于这种情况，可向钻井液中同时加入NaOH以及Na2CO3，氢氧化钠能够有效的提高钻井液的PH值，并拆散钻井液的絮凝结构，使钻井液恢复正常的絮凝状态，保持黏土颗粒的大小的适中。

碳酸钠则能很好的清除钻井液中的钙离子，使钙离子的含量处于合适的范围内。

氢氧化钠以及碳酸钠若能按一定的比例进行配合，就能够起到即清除钻井液中的钙离子，又能使其PH值处于适宜的范围内，实现钻井液性能的正常发挥的双重作用。

由于石膏也是逐渐侵入到钻井液中的，因而也应合理的控制氢氧化钠的加入量，加入量不足无法去除过量的钙离子，而碳酸钠加入过量又会增大钻井液中碳酸离子的浓度，钻井液的黏度切力也会迅速的上升。

在实际应用中，应尽可能的使用具有较强抗污染能力的聚磺钻井液，在进入石膏层时，提前处理好井浆，将其及时的转化成聚磺钙的处理体系，同离子会促使可逆反应的向右进行，进而使石膏的溶解度得到降低，减小了石膏的破坏作用，同时还需添加充足的护胶剂，以提高钻井液对石膏污染的抵抗力。

2.3 二氧化碳的处理措施
CO2-3和HCO-3造成的钻井液的黏度切力的上升是二氧化碳污染的主要方
面，可采用加入CaO的处理方式，这样不仅能够清除钻井液中的HCO-3，还能够有效的抑制泥岩发生水化膨胀的现象，进而减缓对设备的腐蚀，使处理成本得到有效的控制。

同样的由于二氧化碳侵入的缓慢性，处理时也应合理的控制CaO 的加入量，加入量不足，无法除去钙离子，加入量过多又会加大钙离子的浓度，钻井液的黏度切力也会迅速上升。

对于钻井液的过度絮凝，可以利用纯碱进行处理，但也应注意对纯碱量的控制。

由于钙离子能够除去钻井液中的二氧化碳，因此，钻井液中应保持适量的钙离子，同时还需加入充足的护胶剂，以提高钻井液对二氧化碳的污染抵抗力。

对于聚合物钻井液，就需经常测量钻井液的碱度，算出CO2-3以及HCO-3的具体含量，并根据两者的含量控制生石灰量的添加。

2.4 盐水的处理措施
处理盐水污染时，钻井液PH值的提高也需要采用氢氧化钠进行处理，同时添加充足的护胶剂，以保证钻井液的胶体性质。

如果是钙性盐水，则应先除去过量的钙离子，此时可采用纯碱进行处理，以保证钻井液處于正常的絮凝状态。

如果在起下钻后出现大量的盐水，首先应将盐水及时的排放出去，以降低处理污染的难度，如果是在钻进中盐水逐渐侵入，处理剂的加入量不足就很难将钙离子除去，同时也不容易降低其PH值，然而加入纯碱过量，又会增加钻井液的碳酸离子浓度，其黏度切力也会提高，此种情况就适宜采用生石灰进行处理，但也要控制好生石灰的加入量。

3 结束语
在钻井过程中，硫化氢、二氧化碳、石膏等这些都会影响到钻井液的性能，这就要求我们应加强对钻井液的防污染力度，选择合适的钻井液处理剂，以提升钻井液的抗污染能力，同时，对于钻井液中已经发生的污染问题，应在对污染原因进行充分分析的前提下，制定出既经济又切实有效的处理措施。

参考文献
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[2]王中华.国内钻井液及处理剂发展评述[J].中外能源，2013（10）：22-23.。