钻井液钙侵及处理

实验11 钻井液的钙侵及其处理在钻进过程中，地层里的可溶性盐类（如石膏、岩盐、芒硝），各种流体（油、气、水）以及岩石细粒会使钻井液性能发生不符合施工要求，称之为钻井液受侵。

钻进石膏层和水泥塞时都会遇到钻井液受钙侵问题。

一、实验目的1．了解钙侵对钻井液性能的影响。

2．掌握钙侵后钻井液的处理方法。

二、实验原理当钻井液受到石膏或水泥侵时，在钻井液中由于CaSO4（固）===== Ca2++SO42-Ca（OH）2（固）=====Ca2++2OH-按照离子交换吸附的原理，石膏或水泥提供二价钙离子要置换吸附在粘土表面上的一价钠离子，使钠质粘土变为钙质粘土。

钙离子是二价的，它和粘土表面的吸附力量大于一价的钠离子，难于被呈极性的水分子“拉跑”，因而粘土的ζ电势减小，粘土颗粒聚结合并的斥力减小，颗粒变粗，网状结构加强加大，致使钻井液的滤失量、粘度、切力增大。

在处理时，首先加入稀释剂，使粘土颗粒适度絮凝，根据需要再加入适量降失水剂，从而得到满意的性能。

三、实验仪器设备及药品六速旋转粘度计，中压失水仪，密度计，高速搅拌器，电子天平，秒表，1000ml 搪瓷杯，秒表，pH试纸，CaSO4、SMT（或SMC），SMP、钻井液。

四、实验步骤1．此步由实验室人员在实验前完成。

在室温下(即水不加热)或加热条件下，配制比重为 1.05的原浆。

配制好后放置几天至十几天，让其中的粘土充分水化分散，使原浆性能基本稳定下来，临到本实验前加水稀释，冬天可稀释到漏斗粘度约为20～35秒，夏天可更稀，使漏斗粘度约为23～26秒。

稀释时供参考的加水量约为每升钻井液100～300ml。

2．以下各步由学生完成。

取700ml原浆于1000ml钻井液杯中，用密度计、六速旋转粘度计、气压失水仪、钢板尺、PH试纸分别测定密度(ρ)、表观粘度(AV)、静切力（GeL10“/10…）、API滤失量(FL)、泥饼厚度(H)和PH值，记录数据。

测定完性能的钻井液要倒回原1000ml钻井液杯中，泥饼，滤纸弃去。

钻井液受污染及性能调节一、实验目的和要求1.了解钠盐或钙对淡水钻井液性能的影响规律。

2.掌握受污染钻井液性能调节的处理原则和调节方法。

二、实验仪器、药品常规钻井液仪器一套，钻井液杯(1000ml)一个，电动搅拌器一台(公用)，药物天平一台(公用)，秒表、钢板尺各1，量筒(50ml)2个，pH试纸一盒，土粉、食盐、FCLS［２∶1(1/5)］，NaHm,石膏粉。

三、实验原理在钻井过程中，地层岩石里的可溶性盐类(如石膏、岩盐、芒硝)及各种流体、钻屑等进入钻井液，使钻井液性能不能满足正常钻井的需要，称之为钻井液受浸或污染。

我们这里主要讨论的是盐浸或钙浸对淡水钻井液性能的影响。

1.钙浸：钻进石膏层和水泥塞时都会遇到钻井液受钙侵问题。

石膏的化学成分是硫酸钙；水泥凝固产生氢氧化钙。

虽然它们在水里的溶解度不高，但都将提供钙离子。

即CaSO４（固) → Ca＋＋＋SO4＝-Ca(OH)２（固) → Ca＋＋＋2OH-而几百个ppm(百万分之一，如500ppm是指一百万份中有500份)的含钙量就足以使钻井液失去胶体性质。

原因何在?按照离子交换吸附的原理，由石膏或水泥提供的二价钙离子要置换吸附在粘土表面上的一价钠离子，使钠质粘土转变为钙质粘土。

钙离子是二价的，它和粘土表面的吸附力量大于一价的钠离子，难于被呈极性的水分子“拉跑”，即不容易解离，因此，当钠质粘土转变为钙质粘土后ζ电势减小，如图1所示。

图1 钙离子对粘土胶粒ζ电势的影响粘土颗粒ζ电势的变小，使得阻止粘土颗粒聚结合并的斥力减小，聚结一分散平衡即向着有利于聚结的方向变化，这样，钻井液中粘土颗粒变粗，网状结构加强和加大(图2)，致使钻井液的失水量、粘度、切力增大。

图2 平衡朝聚结方向变化，网状结构加强钠质土转变为钙质土后，另一个变化是粘土颗粒的水化程度降低，水化膜变薄。

据《粘土矿物学》(格里姆著)介绍，钙蒙脱石颗粒周围环绕将近四个分子层的吸附水(“非液体”)，钠蒙脱土仅仅三个，然而厚层的疏松的吸附水(“液体的”)在钙蒙脱土里却是很少的，分子力的作用在15的距离里突然中止了，在钠蒙脱土里定向水分子的距离大于100 (约40个水分子层)，如图3所示。

在实施钻井作业过程中，钻井液是必须使用的材料，这种特殊材料的使用可以大大提高钻井工作效率，对促进油气工业发展具有关键作用。

但是，在使用钻井液时，由于其成分的原因，很容易发生污染问题，不仅会对地层原油质量产生不利影响，同时也可能破坏到井下各种设备的使用寿命，因此，有必要采取一定科学措施解决钻井液污染问题。

一、钻井液常见污染问题分析1.硫化氢污染问题。

有些钻井液里含有少量的硫化氢，在使用钻井液过程中受沉积地层高温高压特性的影响下，硫化氢物质会迅速发生化学反应，造成硫化氢污染问题。

另外，在化学反应中还会出现甲硫醇，弱酸等成分。

这些成分的存在会降低钻井液的pH数值，钻井液质量会被严重破坏，不再保持胶体的整体形状。

氢化反应也会影响制造设备，从而加快腐蚀速度，减少设备的使用寿命。

2.石膏污染问题。

使用钻井液时石膏也是一种污染物，会影响钻井液的使用效果，一些大型油田使用的钻井液是不同类型的聚合物材料，这种钻井液在使用过程中抗污染能力差，很容易造成石膏污染问题。

石膏的介入会大大降低石油钻井液的PH值。

此外，一旦钻井液里含有石膏时，就会使钻井液稳定性变差，钻井液粘度增加降低了整体使用性能。

3.二氧化碳污染问题。

钻井液最常见的污染问题一般是二氧化碳污染，因为在钻井液制备过程中，经常会用到大量含有CO32物质的混合物。

其次，在对钻井平台进行直接固体控制中，会从空气直接混入大量二氧化碳气体。

最后钻井液中的一些成分在使用过程中会直接转化为甲烷，甲烷的介入会影响钻井液的pH值，进而导致钻井液被污染。

二、钻井液常见处理措施1.硫化氢处理。

形成硫化氢污染问题的主要原因是部分钻井液里含有一定量的硫化氢物质，为了解决这一问题，工作人员在选择钻井液的过程中，除了重视性能外，还应注意是否有其他污染成分。

如果钻井液发生严重的硫化氢污染，就应立即调整其pH值，在处理合理的情况下可使用适当Zn（OH）2CO3去除氢化物，但需要精确控制Zn2（OH）2CO3的使用量。