碳酸氢根和碳酸根离子对钻井液污染的判别及处理

钻井钻遇CO32-、HCO3-离子对钻井液造成的污染，致使钻井液的粘切上升、滤失量变大，且性能难以控制。

在污染的初期，常常被误认为是因钻进时间长而造成的钻井液老化和处理剂质量问题引起的抗温抗污染能力差造成的钻井液性能不稳定。

如果没有做出准确的判断而按照一般的处理方法加入降粘剂和降滤失剂，无法达到处理目的，钻井液污染加重，造成钻井液性能急剧恶化，造成井下复杂。

1 碳酸根和碳酸氢根污染来源 一般钻井液用水对滤液中的CO32-、HCO3-值影响不大，CO32-、HCO3-可能来源：⑴调整泥浆性能，处理钙或水泥引起的污染时，加入过量的处理剂，使用碳酸钠、碳酸氢钠处理过量。

⑵有机化合物如铁络盐、木质素等在温度大于 300℃时的热降解。

⑶钻井液所用重晶石受到了污染。

⑷钻遇含有CO2地层时，CO2侵入钻井液以及富含CO32-、HCO3-离子的地层出水侵入。

⑸在钻遇含硫化氢的地层时，向钻井液中加入含碳酸盐处理剂。

2 钻井液被碳酸根和碳酸氢根污染后的特征钻井液如果受到CO32-、HCO3-污染，性能发生很多变化。

不管是什么钻井液，尤其是对CO32-、HCO3-抑制作用不强的钻井液，受到污染后基本上具有以下特征：⑴钻井液颜色变成暗灰色或者棕灰色，污染严重可变成暗黑色胶油状，并且钻井液体系起泡不宜消泡。

⑵钻井液的各种粘度、切力明显变大，波动大，常用的钻井液处理剂降粘效果不明显。

⑶钻井液粘度变大，液流动性变差，起皮现象明显。

⑷挂壁现象严重。

⑸钻井液的滤失量不好控制，即使向钻井液体系中加入足量的降滤失剂，将滤失量限制在要求的范围，滤饼的质量难保持薄而韧。

⑹六速旋转粘度计测定粘度，六转和三转的读数很大，测完指针不回零。

⑺pH值不好控制。

⑻虽然钻井液体系中的膨润土含量和固相含量均在正常值范围，但触变性变强，搅动停止，很快呈现“豆腐块”状。

3 理论依据3.1 轻度污染的处理钻井液本身含有Mg2+、Ca2+、CO32-、HCO3-离子，通过调整钻井液PH值维护。

发 生 了改变 ， 使 了易垮 塌 失 流 促 的泥 岩 、 膏泥 岩进 一 步 吸水 膨 胀 和 含煤 线 井 段在 高 ｐ 值情 况 下 能 够 形 成 煤 碱 液 ， 使 煤 层 进 一 步 溶 Ｈ 促
种稀 释剂 和 降失水剂 进行 反复 处理 ， 效果 不 明显 ； 其
③ ｐ 值 下降 ； 钻井液 在 流动 过程 中含 大量 小 气 Ｈ ④ 泡并 且不 宜消 除 ， 用 六 速 粘度 计 所 测 定数 据 不 准 使 确 ； 钻井 施工 过 程 中 起钻 有 挂 卡 现 象 ， 钻 到 底 ⑤ 下 开 泵 困难 ， 泵循 环并 且 返 出 大量 虚 泥 饼 并伴 有 井 开 壁掉 块 ； 有 时还 同时存 在 Ｃ 。 ⑥ ａ 离子 。
深井钻 井液 受到碳 酸根 和碳 酸氢根 离子 污染后 往往 具备 以下 特 征 ： 粘 切 上 升 且 居 高 不下 ， 井 ① 钻
液流 动性差 ； 钻井 液 滤失 量 上 升 且难 以控 制 ， ② 泥 饼 虚厚 ， 止后 呈块 状 ， 理 调 整 钻井 液 时 ， 用 多 静 处 使
液造成 的污染 ， 使 钻 井 液 的 粘 切 上 升 、 失 量 变 致 滤
大 ， 性能 难 以控制 。在 污染 的初 期 ， 且 常常误 认 为是 因钻 进 时间长 而造成 的钻 井液 老化 和处理 剂质量 问 题 引起 的抗温抗 污染 能力 差造成 的钻 井液 性能 不稳 定 。如果 没有做 出准 确 的判断 而按 照一般 的处理 方 法加 入 降粘剂 和 降滤 失剂 ， 根本 无 法 达 到处 理 的 目 的， 而且 耽误 了调 整 的 时机 ， 钻 井 液 的 污染 加 重 ， 使
碳酸根和碳酸氢根 和 Ｃ 、 ａ Ｍｇ一含 量 。通 常 可 以 通 过提 高 ｐ 值 进 行 维 护 性 处 理 ， Ｏ７ 和 Ｃ ） Ｈ ＨＣ （

钻井液污染物及处理钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生不符合施工要求的变化，这种现象称为钻井液污染。

有的污染物严重影响到钻井液的流变性和滤失性能，有的加剧对钻具的损坏和腐蚀。

当污染严重时，只有及时的对钻井液性能进行调整，或则用化学方法清除它们，才能保证钻进的正常进行，下面对钻井液污染问题进行了详细讨论1.Ca2+/Mg2+的污染淡水粘土型钻井液受Ca2+/Mg2+的污染后粘度和失水增加，Ca2+/Mg2+来源于配浆水、地层水或挥发岩中。

处理方法如下：1.1 从地层或配浆水溶解出来的Ca2+一般用纯碱处理：Ca2+ + Na2CO3 CaCO3↓+ 2Na+(1.0 mg/l Ca2+需0.00265kg/m3的Na2CO3)pH值升高有助于减少钙的溶解。

1.2 硬石膏/石膏的污染(CaSO4/CaSO4. H2O)石膏地层从只有几厘米到几千米厚不等，钻这种地层会引起钻井液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钻井液体系，这可以通过增加铁络盐、烧碱和降失水剂转换成石膏钻井液体系来达到。

1.3 Mg2+的污染若用海水和高含镁地层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0.00331kg/m3的NaOH)应用举例：6月份我公司马厂区块马19-19井水源井化学水分析结果： Ca2+7.62mg/l、Mg2+ 1118.49mg/l和Cl- 4290mg/l，其它SO42-、HCO3-和CO3-为零。

钻井液受碳酸根／碳酸氢根污染的探讨钻井液受碳酸根/碳酸氢根污染的探讨钻井液是一种用于钻井过程中的液体，其主要作用是冷却钻头并减少钻孔的阻力。

碳酸根/碳酸氢根是常见的钻井液污染物，这些化学物质会对钻井液的性质和效果产生不利影响。

本文将对钻井液受碳酸根/碳酸氢根污染的影响进行探讨。

碳酸根/碳酸氢根对钻井液的影响主要包括以下几个方面：1. 酸化作用：碳酸根/碳酸氢根在含水环境中会分解产生二氧化碳，从而使pH值降低，造成钻井液的酸化。

这会导致钻井液的腐蚀性增强，可能会对设备和井壁造成损伤。

2. 段落性：碳酸根/碳酸氢根与钙离子结合形成碳酸钙沉淀，这会造成钻井液的段落性。

段落性会影响液相的流动性和稠度，从而导致钻井液在使用过程中流动性变差，造成钻井效果的降低。

3. 皂化作用：碳酸根/碳酸氢根与钻井液中的皂基反应产生皂化物，这会使得钻井液的粘度增加，从而影响钻井液的性能。

4. 降低盐度：碳酸根/碳酸氢根会降低钻井液的盐度。

钻井液的盐度与密度密切相关，降低盐度会导致钻井液的密度变低，导致加剧钻头经验的卡钻和井壁塌陷等问题。

为了解决以上问题，可以采取以下措施：1. 选择合适的钻井液：应根据具体的钻井环境和需要，选择不同类型的钻井液。

选择防止酸化、段落和皂化的钻井液配方，以及适当的添加剂可以使钻井液更加适合特定的环境和需要。

2. 定期检测钻井液：应定期对钻井液进行检测，及时发现污染物，并采取措施进行处理。

碳酸根/碳酸氢根污染应采取相应的中和措施，以确保钻井液的稳定性和性能。

3. 采取措施防止酸化和段落：可以采用添加碱性物质和悬浮剂的方法来防止钻井液的酸化和段落。

例如，可添加氢氧化钠、碳酸钠和亲水性胶体等。

4. 环保用液处理：当钻井液污染处理不当时，对环境带来的污染也不容忽视。

因此，应与氧化剂和还原剂分离污染物并对其适当处理，以确保环境保护。

总结碳酸根/碳酸氢根是钻井液中的常见污染物。

通过选择合适的钻井液，定期检测钻井液，采取措施防止酸化和段落以及环保用液处理，可以有效解决碳酸根/碳酸氢根污染问题，从而保证钻井液的性能和使用效果。

抗 CO32-和 HCO3-污染钻井液技术研究摘要：在深井和超深井的钻探过程中，由于钻遇碳酸氢钠层、纯碱加量过大或含有CO 2的地层流体进入钻井液等原因,钻井液常常可能受到CO 32-和HCO 3-离子的污染。

由于CO 32-和HCO 3-离子污染对钻井液的性能影响较大，且在超深井钻井过程中用的大多是高密度钻井液，钻井液的密度大，粘度和切力也大，受到污染后粘度和切力变得更加难以控制，极有可能引发井塌、井漏等各种井下复杂事故的发生。

因此，研究抗CO 32-和HCO 3-离子污染的水基钻井液，优化钻井液配方，在即将打开目的层钻井液性能未发生恶化前，及时有效地采取合理的处理方式预防CO 32-和HCO 3-离子对钻井液的污染，提早实现钻井液的转换对保证钻井施工的顺利进行具有重要意义。

关键词：CO 32-污染，HCO 3-污染，抗温，抗盐 1难题来源在深井和超深井的钻井过程中，钻井液常常可能受到CO 32-和HCO 3-离子的污染，不仅对钻井液的性能造成较大的影响，且在超深井钻井过程中，用的大部分是高密度钻井液，钻井液密度大，粘度和切力也大，一旦受到污染，粘度和切力更难控制，有可能引发各种井下复杂事故的发生。

目前在准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带区域打了多口探井，探明二叠系佳木河组存在烃源岩，且以气藏为主。

其中，已钻完的风城1井、风011井等发现钻遇风城组时钻井液常受到严重的CO 32-和HCO 3-离子污染，造成钻井液性能难以控制并由此可能引起井漏和井塌等井下负责事故的发生。

风城1井在3558m 、3492m 、3558m 层段均发生CO 32-、HCO 3-污染，污染严重时，CO 32-达30270mg/L ，HCO 3-达48952 mg/L ；风011井在3349m 层段也发生CO 32-、HCO 3-污染，且CO 32-达18000 mg/L ，HCO 3-达7930 mg/L 。

因此，优化钻井液配方，在即将打开目的层钻井液性能未发生恶化前，及时有效地采取合理的处理方式预防CO32-和HCO3-离子对钻井液的污染，提早实现钻井液的转换对保证钻井施工的顺利进行具有重要意义。

文 献标 识码 ：Ａ 中 图分 类 号 ：Ｔ ２４４ Ｅ ５．
液 经 常受
到Ｈ Ｏ Ｃ 和 Ｃ 离 子 的污 染 ，会 对 钻 井 液性 能造 Ｏ
用多种稀释剂和降滤失剂进行反复处理 ，其效果不 明显 ，黏 度 和切 力 居 高不 下 ，钻 井施 工 过 程 中起 钻
有 的井 甚 至 造 成事 故 ，造成 巨大 的 损失 ［］ 因此 ， １ｏ － ４
２ 钻 井液受 污染后 的常规处理 方法
１ ）当钻 井 液 滤 液 分 析测 得 ＨＣ 、ＣＯ 一 量 Ｏ 含 小 于 ２３ ．７×１ ／ ，钻 井 液 受 到 轻 度 污染 ，对 ０ ｍｇＬ时 钻井 液 影 响不 大 。 通 常可 以通 过 提 高 ｐ Ｈ值 对 钻 井 液进 行 维 护处 理 ，因 为 当 ｐ Ｈ值 小 于 ９时 ，滤 液 中
和 Ｃ 污染。 Ｏ
溶解 ，随 ｐ Ｈ值 的变化 ，Ｃ Ｃ ａ Ｏ 反而进一步溶解 而 分解成 Ｃ ２和 Ｃ 离子 ，对减轻钻井液 的化学 污 ａ Ｏ
染 不利 。 ２）测 得 钻 井 液 滤 液 中 的 ＨＣ 、Ｃ 含 量 大 Ｏ Ｏ 一
当遇 到 ＨＣ 和 Ｃ 污 染 时 ，钻 井 液 的性 能 Ｏ Ｏ 变 化 较 大且 极 不 稳 定 ，钻 井 液 的 ｐ Ｈ值 下 降 ，黏度
有Ｃ， Ｏ 气体 的地层 时 ，会 有大量 Ｃ Ｏ 气体 侵入钻
井液 中 ； 或钻 遇 含有 较 多 ＨＣ 和 Ｃ 地 下 水层 ， Ｏ一 Ｏ一 部分 地 下水 侵 入 钻井 液 中 ；由于部 分 钻井 液 处 理剂
中含 有 Ｎ Ｈ Ｏ 或 Ｎ Ｏ ，使钻 井 液受 到 Ｈ Ｏ ａＣ ａ Ｃ Ｃ ，
以 Ｈ Ｏ一 Ｃ 为主， Ｏ 含量较低 ； ｐ Ｃ 当 Ｈ值 为 ９ ～ ． ０ ｌ－ ，滤 液 中 ＨＣ 和 Ｃ 共 存 ； ｐ 值 大 １ ３时 Ｏ一 Ｏ 当 Ｈ

1　钻井过程中碳酸根和碳酸氢根的应用在石油钻井过程中，用来满足钻井工作需要的循环流体的总称称之为钻井液。

下完表层套管和技术套管进行下次开钻时，都会钻过一段水泥塞，水泥中的Ca2+离子会污染钻井液，引起粘度和流动性发生变化，这时需要用碳酸钠或者碳酸氢钠进行处理，除掉过多的Ca2+离子，恢复钻井液性能。

2　钻井过程中碳酸根和碳酸氢根相关污染分析2.1　钻井液中碳酸根和碳酸氢根的来源有时碳酸根和碳酸氢根是作为污染源存在的。

当钻遇含有CO2气体的地层时，CO2气体会侵入到钻井液中溶解，产生碳酸根和碳酸氢根，造成钻井液污染；当钻遇含有较多碳酸根和碳酸氢根的地下水层时，部分地下水会侵入钻井液中形成污染。

2.2　钻井液受到碳酸根和碳酸氢根污染后的性能变化钻井液受碳酸根和碳酸氢根污染后，钻井液性能发生了显著变化，pH值下降，钻井液流动性变差，在流动时含有小气泡镶嵌在里面，其他性能也发生变化（如失水增大），静止后呈块状。

处理调整钻井液时，使用多种稀释剂和降失水剂进行反复处理，其效果不明显，粘切居高不下，容易引起井下复杂情况。

通过滤液滴定分析发现有碳酸根和碳酸氢根存在，从而确定碳酸根和碳酸氢根是造成钻井液污染的根源。

3　碳酸根和碳酸氢根含量测定原理碳酸根和碳酸氢根含量测定通常用到酚酞和甲基橙两种指示剂，用0.02N的硫酸滴定1毫升钻井液滤液，滤液一般为碱性，酚酞的变色点为pH=8.3，当滴定到此pH值时酚酞由红色变成无色。

发生以下化学反应：OH-+H+=H2O，CO32-+ H+= HCO3-，此时溶液中碳酸氢根不参加反应。

当继续用该硫酸滴定至pH=4.3时，甲基橙有黄色变成橙红色，发生的反应为：HCO3-+ H+=CO2+H2O，通过计算可得滤液中碳酸根和碳酸氢根含量。

4　钻井液受到碳酸根和碳酸氢根污染后的处理当钻井液受到碳酸根和碳酸氢根污染时，要依据不同的情况，确定碳酸根和碳酸氢根的污染程度，处理钻井液中碳酸根和碳酸氢根的污染。

中图分类号：ｘ ７ ４ １
文献标识码 ：Ａ
文章编 号：１ ６ ７ １ ． ５ ７ ９ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ８ ． ０ ０ ３ ２ ． ０ ２
酸根所需 Ｃ ａ ２ ＋ 离子 的含量 。 （ ３ ） 当钻进 下部 易垮 塌和破碎 的泥岩 、膏泥岩和泥 页岩 时， 钻井液极 易受到碳酸氢根和碳酸根污 染， 在此情况下， 可 使用适量 的超细水泥作处理剂 ， 一方 面分散在钻井液 中的超 细水泥 小颗 粒， 在 易垮塌地层较大 的孔隙和微裂缝起 到充填 搭桥作用 ， 防止井壁 过量坍塌， 减少污染 。其 次， 超细 水泥 中 的硅酸根和 Ｃ ａ Ｏ组分 向钻井液中提供一定数量的 Ｃ ａ ２ ＋ ， 减少 ． 碳酸氢 根和 碳酸根污染 ， 并在井壁表 面形成一层坚 固的保护 层， 有 效地封堵 孔 隙和 微裂 缝， 阻止钻井 液滤液 进一步 侵入 地层， 有利 于井壁稳 定， 并能起到保护油气层作用。
衡管线 。
达到９ ９ ． ６ ％ ，实际中，能够很好的达到相应的脱酚指标。
４ ． ２ ． ２所用 的设 备简 介
４ ． ２ ． ３工 艺 流 程 煤 化 工 在 生 产 过 程 中 产 生 了具 有 一 定 温 度 （ 约９ ０ ℃ ）的含 酚 废 水 ，首 先 ，将 这 些 含酚 废 水 用 泵 送 到 脱 酸 塔 ， 目的 是将 含 酚废水 中的 ： 以及 Ｃ ｏ ２ 等的酸性气体 去除 ， 然后， 将 处理 后 的废 水利 用相关 的设 备将废 水的温 度冷却 到一 定的温 度范 围 （ ４ ０ ℃左右 ） ， 并 将 这 些 废水 从 顶 部 送 到 转 盘 萃 取 塔 ， 同 时 ，在 转盘 萃取 塔 的塔 底 送 入 二 异 丙 基 醚 萃 取 剂 ，经 过 转 盘 萃取塔的一定的转速 下 （ ２ ７ — ２ ９转 ／ 分钟 ） 进 行搅 拌 处 理 ，这 样能够用二异丙基醚萃取剂将 ９ ９ ％ 的酚 从废 水 中萃 取 来 ， 酚水从塔底流出来， 经过换 热至 ８ ６ ℃／ ． ． ☆， 进 入水塔， 最后 ， 在水塔 中的含酚水利用再沸器进行加热处理 ，口的是 能够从 水塔中蒸馏 出二异丙基醚萃取制 ，同时，将塔 釜流出的稀 酚 水进行相关的污水生化处理工 艺处理 ，最后 ，利 用酚塔 中的 二异丙基醚 回流装置 ，采用蒸汽加 压的方式将塔 釜温 度提 升 至 ２ ０ ５ ℃并且压 力设置为 ０ ． ０ ３ Ｍ ｐ ａ ，对二异 丙幕醚溶 液进 行 精馏处理 ，进而 回收 出纯净 的■异 丙基醚 。

2/11 3/11 3.5/6
25
30 30 29
11
9 8 6
2880
6800 9600
19032
37454 55144
表9 钾钙基钻井液抗CO32-、HCO3-污染实验数据
配方 CO32mg/L HCO3mg/L ρ g/cm3 FV s FL/K mL/m m 5.2/1.0 pH Gel Pa/Pa PV mPa•s YP Pa
1.14
65
3.9/0.5
1/5
32
7
2#浆：1#浆;3% NaHCO3 4#浆：3#浆+3% NaHCO3 5#浆：4#浆热滚16h/120℃
1.16
1.14 1.15 1.15
45
43 47 45
4.0/0.5
3.6/0.5 3.5/0.5 3.4/0.5
1.5/10
基浆
1.11
46
9
0.5/1.0
18
1.5
+2%NaHCO3 +4%NaHCO3 +6%NaHCO3
3480 4200 7400
17995 22936 36844
1.11 1.12 1.12
48 47 47
5.4/1.0 5.4/1.0 5.4/0.5 5.4/0.5
9 9 9 9
0.5/1.5 0.5/1.5 0.5/1.5 0.5/2.0
FV s 56
130 48 168
ρ g/cm3 1.35
1.35 1.27 1.27
FL/K mL/mm 4.2/0.5
4.6/0.5 4.2/0.5 4.8/0.5
Gel PV Pa/Pa mPa•s 3/7

关键词 碳酸根 碳 酸氢根 污染 文献标识码 ： Ａ ＨＣ Ｏ 。 离子与 Ｃ ａ ｚ ＋ 、 Ｍ 离 子不 能有效地结合） 。 通过使用多种 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ２ ５ ４ ． ３ １ Ｃ Ｏ， 、 ＨＣ Ｏ ３ 污染钻井 液后 的现象
（ １ ） 钻井液性能极不稳 定， Ｐ Ｈ值下降， 粘切上升 ， 动塑 比 稀释剂和降失水剂进行处理， 以及调整 ｐ Ｈ值， 都不能有 效控 升高 ， 钻井液流动性差， 触变性变强 ， 静止 时呈“ 豆腐脑” 状， 很 制钻井 液的性能 。在这种情况下，处理方法主要是向钻 井液 快析 出自由水。钻井液失水量增加 ， 泥饼虚厚 。（ ２ ） 钻井液在 中提 供 一 定数 量 的 Ｃ ａ ２ ， 使 其 在 碱 性 环 境 下形 成 碳 酸 钙 沉 淀 ， 流动过程中含大量气泡并且不 易消除 ， 有时顺着筛布往外流 ， 清除 Ｃ Ｏ ， 、ＨＣ Ｏ 。 一 离 子 。 这可 以通 过 钻 井 液 滤 液 分 析 ，测 得 使用除气器后除气 效果差 。（ ３ ） 处理调整钻井液时， 使用多种 Ｃ Ｏ Ｈ Ｃ Ｏ， 。 和 Ｃ ａ ２ 、Ｍ 含 量 ，计 算 出钻 井 液 中 能够 中和 稀 释 剂 和 降 失 水剂 进 行 反 复 处 理 ， 其 效 果 不 明显 。（ ４ ） 膨 润 土 Ｃ Ｏ ， 、 ＨＣ Ｏ ， ‘ 所需 Ｃ ａ 离 子 的含 量 ， 以此 计 算 所 需石 灰或 石 膏 与 固相 含 量 均 在 正 常 范 围 ， 加少 量 水 对 性 能 调 整 无 效 。（ ５ ） 粘 的 量 。
２ － ２检 测 方 法
、＼
表１ ： 处理前后钻井液滤液 中离子含量变化
离子含量 ｃ ｏ ＨＣ ｏ Ｃａ ２ ＿ Ｍ
钻井施工现场往往用检测 Ｍｆ （ 钻井液滤液 的甲基橙碱度） 和Ｐ ｆ （ 钻井液滤液酚酞碱度） 来粗略估算碳酸盐的污 染情况 。 当 Ｍ卯 ｆ 大 于 ３时 ， 认为有 Ｃ Ｏ ３ ： － 污染 ； 当 Ｍ卯 ｆ 大 于 ５时 ， 有

３ 室 内 实验
３ ． １ ． １ 实 验 药 品 硫酸溶液 ： ０ ． ０ １ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ标 准 溶 液 ； 酚酞指示剂溶液 ： 将 １ ｇ酚 酞 溶 于 １ ０ ０ ｅ ｍ 浓度 为 ５ ０ ％酒 精 水 溶 液 中配 制 而
． １ 实 验 试 剂 和 仪 器 ２ ） 钻井 液的 ｐ Ｈ值下 降 ， 黏度和切力 上升 ， 钻井 液流 ３
学兔兔第33卷第2期oilandgastreatingandprocesslng油号加工53碳酸根碳酸氢根污染的钻井液处理及机理研究冯丽雷伏涛祝学飞严福寿黄念义中国石油集团川庆钻探工程有限公司塔里木工程公司新疆库尔勒 Ｉ Ｌ Ａ Ｎ Ｄ Ｇ Ａ Ｓ Ｔ Ｒ Ｅ Ａ Ｔ Ｉ Ｎ Ｇ Ａ Ｎ Ｄ Ｐ Ｒ ｏ Ｃ Ｅ Ｓ Ｓ ｌ Ｎ Ｇ 油号 加 工５ ３
黏 度和切力 升高 ， 造成 起钻挂 卡 ， 开泵 困难 ， 严重 时
ｐ Ｈ值下降过多会使很 多钻井液处 理剂失 去效 酸盐 ；部分钻井液处理剂经井 底高温分解产生二氧化碳 无法开泵 ；
钻井 液性 能全 面变差 ， 可 能造成 井塌 、 井喷； 失 水 量 气体。大丰 １ 井钻进 ３ ０ ０ ０ｍ左 右时进入安集海层位 ， 遇 用 ， 气泡 的产生会造 成钻井 液 到大量盐膏层 ， 因地质 录井未及 时提供 地层岩性资料 ， 造 增 大会增加井 壁坍塌 的风险 ；
论 和胶凝结构理论 。 关键 词 ： 钻井液 ； 污染 ； 碳酸根 ； 碳酸氢根 ； 生 石灰
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ０ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ５ ５ ３ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ １ １
０ 前 言
钻 井 过 程 中 常 发 生 钻 井 液 受 到 碳 酸 根 污 染 的情 况 ，

钻井液碳酸根和碳酸氢根持续污染实例与分析摘要：以实例井受碳酸根和碳酸氢根污染前后钻井液性能及离子分析为基础，结合改进被持续污染和消除污染处理过程，开展了邻井地层水组分、岩心浸泡液离子组分、加入CaO处理过程中离子变化及化学反应式分析和钻井液中固相粒径颗粒分布对比。

结果表明，地层水和地层中水溶物是该井CO32-/HCO3-主要持续污染来源，加入CaO可以有效消除污染，但持续大量加入时，会增加pH、亚微颗粒，破坏钻井液体系，需要部分置换低坂土含量钻井液。

通过实践，该井处理方法可以为同类工程问题的预防和处理提供参考。

关键词：碳酸根、碳酸氢根、污染、氧化钙、流变性近年来，随着深井、超深井的不断增多，钻井液遇到碳酸根和碳酸氢根（CO32-/HCO3-）污染的情况也屡见不鲜，造成钻井液漏斗黏度急剧升高、流变性及滤失量等性能难以控制，严重时可能造成井筒内复杂事故发生，是钻井液性能维护的难点。

预防方法主要是将pH提高至11.3以上，将HCO3-转化为CO32-，常见的处理方法采用氧化钙或氯化钙生成碳酸钙沉淀，从而达到消除CO32-/HCO3-的目的。

本文以某井被CO32-/HCO3-污染的实例，结合处理过程，分析CO32-/HCO3-来源、污染及处理机理，为类似工程案例提供实践参考。

1实例井基础信息（1）井身结构：表层Φ444.5mm钻头至504m，下入Φ339.7mm套管至503.66m；二开Φ333.4mm钻头至3200m，下入Φ273.1mm技套至3195.74m，三开采用Φ241.3mm钻头至4789m后换Φ215.9mm钻头继续钻进。

（2）承压情况： 4789m钻井液密度1.62g/cm3时，承压3.5MPa，折算地破当量密度：1.69g/cm3。

（3）钻井液基础配方：4%坂土 + 0.2%-0.4%Na2CO3+0.3%-0.5%NaOH +0.5%-0.8% 降滤失剂+ 0.3%-0.8%包被剂+0.5%-0.7%复配铵盐+ 1%-2% SPNH+1%-2%SMP+5%-7%KCl +2%-6%抑制防塌材料+0.2%-0.5%CaO + 0.5%-1%润滑剂+3%-6%封堵材料+重晶石。

Ｃ Ｏ３ ＋ ＨＣＯ。 一 ＋２ Ｃ ａ （ ＯＨ） 。 —— ２ Ｃ ａ Ｃ Ｏ３ ＋Ｈ。 Ｏ＋
３ ＯＨ一
４ ． ２ ． １ 玉东 ４ 井
（ １ ） 施工情况 ： 该井三开采用聚磺 防塌钻井液体系
现场没有配备 ｐ Ｈ计 的情况下深色滤液的碱度测 定方法 ： 可取 ０ ． ２ ～Ｏ ． ５ ｍ Ｌ滤液用于滴定 ， 并将水基钻 井液测试 标准 中所使用 的指示剂 甲基橙 换为溴 甲酚 绿， 这样可以有助于颜色的观察和滴定终点 的判断， 减
（ ４ ） 钻井液处理剂在高温条件下的热分解 ， 含有的 碳酸盐溶解或分解 ； （ ５ ） 加重材料或处理剂中的杂质。 ２ ． ２ 碳酸（ 氢） 根的预防
目前 国内深井大多采用 聚磺钻井液体系 ， 而这类
钻井液颜色普遍较深 。深色滤液特别是黑色滤液 的碱 度测定较浅色滤液更加困难 。采用ｐ Ｈ计来控制ｐ Ｈ为 ８ ． ３ 和４ ． ３ 来标定钻井液的碱度 ， 可 以较好地减小人为 误差和指示剂化学反应滞后带来的误差 ， 更好地测算
钻测定钻井液 中碳酸（ 氢） 根含量 ， 若其含
量偏 高 ， 及时配制含 氧化钙 的胶液通过细水长流方式 循环加人钻井液 中 ， 使钙离子不 断消耗 碳酸（ 氢） 根离 子， 同时补充其它处理剂 ， 保持钻井液性能稳定。 （ ４ ） 保持聚磺钻井液 中始终有过量的石灰。 ３ 钻井液碱度的测定
方面 ：
（ １ ） 配制钻井液用水 中含有碳酸（ 氢） 根； （ ２ ） 钻遇含有 Ｃ Ｏ 。 的地层流体 （ 气或水 ） ；
（ ３ ） 处 理钙 侵 、 扫水 泥塞 时加 纯碱 过量 ；
碳酸 （ 氢） 根离子的浓度 。具体测定方法见《 钻井液现 场测试第 １ 部分 ： 水基钻井液》 （ Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ６ ７ ８ ３ ． １ － ２ ０ ０ ６ ） 。

采用 同区风南 ４井 ３９ ０ 井浆 为基浆 ， 用 Ｎ Ｈ ０ ５ ｍ 采 ａＣ ，
风城 ０ １ １
３３ ９ ６
污染 后 污染 前
污染 后
调整 ＨＣ ； Ｃ ｝ 量 达 到风 城 ０ １井 检 测浓 度 的方 Ｏ 、Ｏ 含 １ 法， 实验 采用加 入 Ｃ Ｏ、 ａ １处 理的结果 。 ａ Ｃ Ｃ 风南 ４井泥 浆受 ３ ａ Ｏ 污 染后 流变性 变差 ， ％Ｎ ＨＣ ，
２５ ／ ７Biblioteka １ ／８ｌ ７４ ６
７
１ ８
①作者 简介 ： 高级工程 师，９ ３ ０ １９— ７毕业 于承德石 油专科学校
风城 井 区钻 井液抗碳 酸根 污染分析
・７ ・
表 ３ ａ Ｃ Ｏ处 理 实验数 据表
切力 提 高幅 度 大 ， 用 Ｃ Ｏ处 理 ， 量 在 ３ 使 ａ 加 ％以前 效 果不 好 ， 量达 到 ４ 加 ％以上 后流 变性 变 得非 常好 ， 力 切
过 提高 ｐ Ｈ值 大于 １． 行维 护性 处理 ，使 Ｈ Ｏ 变 １ ７进 Ｃ；
化 为 Ｃ ｝， ０ 形成 Ｃ Ｃ 淀 ， ａＯ 沉 当钻 井 液 滤液 分析 所测
期短 等现象 ， 由此引 发井漏 、 塌等井 下 复杂情 况 ， 并 井 成为制 约该 区勘探开 发 的技 术难题 。
钻 揭佳 木河 组 的风 １ 、 ７和 夏 ７ ９风 ２井 也见 到较 好 的 油 气 显示 ， 因而 加强 了对 风 城组 、 木 河 组 以及 二 叠 佳
系其它层 系 的地质综 合研 究 。结果 发现 ， 区风城 组 该 整 体 含油性 较 好 ， 口井 见到较 好 的油 气 显示 ， 探 多 勘 潜 力 巨大 ； 木河 组 、 尔禾 组 也具 有 较 大 的勘 探潜 佳 乌

钻井液碳酸根、碳酸氢根污染的处理由于井深的增加和钻探领域的不断扩大，碳酸根和碳酸根离子对钻井液带来的污染在很多区域的钻井过程中都会发生，使钻井液的滤失量增大、粘切度上升，而且其性能也会不好控制。

在初期污染过程中，抗污染抗温能力差造成的钻井液性能不是很稳定经常会被误以为是因为钻井时间太长而使得处理剂质量问题和钻井液老化。

如果只是按照一般的解决方法加入降滤失剂和降粘剂而不能做出正确的判断，是不会达到解决的目的的，还会耽误了调整的最佳时机，加重钻井液的污染，使钻井液的性能下降并恶化，甚至会使井下的情况更加复杂。

一、钻井液受碳酸根、碳酸氢根污染后的现象1.钻井液的性能很不稳定，不容易控制pH值，动塑比变高，粘切度上升，钻井液的流动性不好，触变性增强；2.粘切太高，挂壁现象太明显，下钻到底开泵不容易，开泵循环而且会返出大量的虚泥；3.钻井不好控制液滤失量，而且波动太大，滤饼虚厚；4.钻井液滤液经过分析存在大量的CO32-、HCO3- [1]。

二、钻井液中碳酸根、碳酸氢根的来源1.钻遇地层中遇到含有CO2的气体，使得钻井液中有CO2气体侵入；2.钻遇地层中遇到可溶性碳酸盐和酸式碳酸岩，使得钻井液中有少许盐类融入；3.钻遇地层中遇到含CO32-、HCO3-的水层，使得钻井液中有地下水融入；4.一些有机处理剂受热分解；5.钻井液用富含CO32-、HCO3-的水型作为配浆用水[2]。

三、碳酸根、碳酸氢根污染处理方法根据CO32-+Ca2+=CaCO3↓产生沉淀的反应原理，首先考虑在对CO32-、HCO3-污染进行处理时使用熟石灰，因为熟石灰对钻井液的性能影响最小。

1.滤液分析被污染的钻井液，记录出钻井液中HCO3-和CO32-的含量数值，并且在室内进行实验计算出熟石灰的加量；2.用烧碱调节钻井液的pH值，使它保持在11.0-11.5的范围内，确保HCO3-和CO32-之间的相互转化；3.用适量的熟石灰配置成乳浊液并且不断的进行搅拌，按照时间均匀的加入钻井液；4.为了稳定钻井液的性能，使得井下的安全得到保障，就要使用高效的护胶降失水处理剂[3]。

碳酸氢根和碳酸根离⼦对钻井液污染的判别及处理碳酸氢根和碳酸根离⼦对钻井液污染的判别及处理摘要：在钻井现场，常因钻井液的粘切⾼、滤失量⼤、性能不稳定⽽耗费⼤量的处理剂。

通过对中原油⽥52⼝井钻井液滤液的分析发现，过量的HCO--3、CO2-3会恶化钻井液性能。

经数⼝井的实践，摸清了HCO--3、CO2-3对钻井液的污染规律，找到了判别与消除HCO--3、CO2-3污染的⽅法；只要是因HCO--3、CO2-3污染⽽造成的钻井液性能变坏，加⼊适量的CaSO4、Ca (OH)2等处理剂，即可改善其性能，满⾜施⼯要求。

主题词：碳酸盐、钻井液污染、滤液作者：杨振杰，1982年毕业于西南⽯油学院开发系钻井⼯程专业。

HCO--3、CO2-3的积聚，对钻井液会产⽣严重污染，其特点是粘切⼤，处理极为困难。

由于对污染规律缺乏认识，常常只当作⼀般的降粘切处理，结果总是事倍功半，反复处理仍达不到要求。

本⽂通过⼤量的现场资料分析和处理实例，就HCO--3、CO2-3对钻井液污染类型的判别和现场处理⼯艺进⾏探讨，以引起对此类问题的重视。

⼀、HCO--3、和CO2-3的来源及污染规律（—）钻井液中HCO--3、和CO2-3的来源1、地层中⼤量CO2⽓体的侵⼊。

2、井液在流动或搅拌中，浆空⽓中的CO2裹⼊。

3、处理剂中可能含有超标准的Na2CO3,或使⽤过量的Na2CO3。

4、使⽤青⽯粉加重时,钻井液中加⼊过量的NaOH。

5、抗温性能较差的处理剂热解断链。

（⼆）HCO--3、和CO2-3对钻井液的污染规律分析了中原油⽥⽂13区块、卫城、胡状地区52⼝井、2100—3800M井段的钻井液性能与滤液中HCO--3、CO2-3、OH—、Ca2+含量的关系，发现钻井液性能有以下规律：1：钻井液滤液中HCO--3、CO2-3含量随PH值的变化①、当PH＜9时，滤液中发HCO--3为主，CO2-3含量较低，并有游离的CO2存在。

②、当PH在8.5—11.5时，滤液中的HCO--3与CO2-3常同时存在，游离的Ca2+含量较少。

钻井液碳酸根、碳酸氢根污染的处理
郑宁
【期刊名称】《中国化工贸易》
【年(卷),期】2013(5)5
【摘要】本文主要依据深井在钻探过程中遭到碳酸根和碳酸氢根离子的污染后钻进液表现出的特性，从而提出应对不同污染问题的解决办法。

特别针对生界的下部易坍塌膏泥岩、泥岩和含煤线的地层只靠提升PH值和采用CaO来处理已经满足不了井下问题的需要，提出了一种新的处理方法就是使用硅酸盐。

通过对几口井的现场使用和室内进行实验，在调整处理时使用硅酸盐，在解决碳酸氢根和碳酸根污染的时候，能够安全有效地起到防坍塌的作用，使证钻井液拥有良好的防坍塌和流变性能力。

【总页数】1页(P280-280)
【作者】郑宁
【作者单位】中国石化华东石油局六普钻井液技术服务公司，212000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.碳酸根和碳酸氢根离子对钻井液的污染及处理 [J],
2.碳酸根和碳酸氢根离子对钻井液的污染及处理 [J], 孙长健;彭园;张仁德;彭大勇
3.钻井液碳酸根和碳酸氢根污染的实践探索 [J], 刘丹洁
4.深井钻井液碳酸根和碳酸氢根污染的处理 [J], 刘佑云
5.碳酸根、碳酸氢根污染的钻井液处理及机理研究 [J], 冯丽;雷伏涛;祝学飞;严福寿;黄念义
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