钻井液的受侵及处理

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。

钻井液水泥钙侵问题分析与处理技术研究张正;张统得【摘要】In the operation of casing cementing and hole cement sealing of drilling construction, the cement pollution to drilling fluid is inevitable, which will change the property of the drilling fluid to affect the drilling requirement.According to this problem, by the hydration mechanism of cement and based on the theory of electric double layer produced by clay par-ticle dispersion, the paper analyzed the causes of cement pollution to drilling fluid and put forward a set of effective solution.% 在钻探施工的下套管固井、水泥封孔等作业中，不可避免地会发生水泥对钻井液的污染，使钻井液性能发生改变，不能满足正常钻进工作需要。

针对这一问题，从水泥水化机理出发，结合粘土颗粒扩散双电层理论分析了水泥对钻井液污染的，并针对其钙侵特点提出一套行之有效的解决方案，对以后的水泥固井、水泥封孔施工的钻井液处理和维护有借鉴意义。

【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P32-34)【关键词】钻井液;水泥钙侵;处理方法【作者】张正;张统得【作者单位】安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安237010;成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】P634.60 引言在钻井过程中，常有来自孔内、孔壁的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生破坏性变化，这种现象常称为钻井液受侵。

胜利油田注水井水侵的预防与处理发布时间：2021-04-16T14:43:52.867Z 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：刘春平[导读] 本文针对胜利地区钻井施工中易发生的水侵现象，提出了在钻遇注水井水侵前、钻遇注水井水侵时的井控压井措施，能够确保钻井施工的安全且对其它区块应对注水窜槽导致水侵的处理方法，具有一定借鉴意义。

胜利石油工程黄河钻井总公司刘春平摘要：本文针对胜利地区钻井施工中易发生的水侵现象，提出了在钻遇注水井水侵前、钻遇注水井水侵时的井控压井措施，能够确保钻井施工的安全且对其它区块应对注水窜槽导致水侵的处理方法，具有一定借鉴意义。

关键词：注水井窜槽水侵井控在油田开发过程中，通常会采用注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。

对低渗透油田一般采用高压注水的开发方式。

高压注水开发在带来明显的经济效益的同时，也使注水井套管的工作环境不断恶化，套管所受的负载不断增加，造成套管出现不同程度的变径甚至破裂，部分井还出现了浅层套管漏失窜槽的情况。

胜利油田部分老油区已经开采了近三十年，注水井密布，由于长期注水及部分注水井套管损坏,压力层系紊乱，在上部浅地层窜槽形成了“水窜”，钻井施工中易发生水侵给钻井施工带来极大隐患和危害。

一水侵的原因1）产层的注采不平衡，在同一个产层，注水量多于采油量；2）砂层平面分部形态不均，对于分布面积较小的砂岩层，不可能全部在注采井控制范围内，注水井钻遇的砂岩体无采油井泄压，长期注水会形成高压；3）砂岩体在平面上渗透性不均，注水层位处于高渗透部位，采油井处于低渗透部位，在水线前缘会形成高压；4）砂体厚度不均，注水井处于厚度较大部位，采油井处于厚度较小的部位，采出量相对减少，在水线推到的部位会形成高压； 5）断层遮挡的影响，注水井与采油井互不联通，注水井一侧也会形成高压；二水侵的危害1）由于地层松软,水侵层压力高,对井壁形成冲刷和浸泡,处理措施不当极易造成井眼坍塌、卡钻甚至可能导致井眼报废恶性事故。

中国石油大学（钻井液盐侵及处理）实验报告实验日期：2014.10.8 成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验三 钻井液盐侵及处理一.实验目的1.了解淡水钻井液盐侵后性能的变化规律。

2.学会盐侵钻井液性能的调整。

二.实验原理1.钻井液盐侵后，压缩粘土的扩散双电层，其ε 电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成网架结构，导致钻井液粘度、切力上升，失水增大。

当盐侵到一定程度后，粘土颗粒面-面联结，粘土分散度明显降低，使粘度、切力转而下降，失水继续增大，见下图。

2.盐侵钻井液加入适量处理剂（稀释剂）后，一是拆散较强的粘土网架结构，使钻井液处于适度絮凝状态，二是保护粘土颗粒使它保持适度尺寸，不至于结合变的过大，从而使钻井液滤失性能得到改善。

三.仪器、药品1、高速搅拌机一台；2、六速旋转粘度计一台；3、大气筒失水仪一台；4、电子天平一台；5、秒表一只；6、吸管一支；7、牛角勺两把；8、25ml、500ml量筒各两支；9、PH试纸、泥浆500ml、Nacl、降滤失剂CMC、降粘剂等。

四.实验步骤：1．取泥浆450ml 高搅10 分钟，测其六速粘度、滤失量、泥饼厚度、和PH值。

2．各组按下表向步骤1完成后的泥浆中加入一定量的加氯化钠，高速搅拌10 分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度、和PH值。

表1 氯化钠加量组12345氯化钠,%0.10.50.75233.根据加氯化钠后的钻井液性能，加适量稀释剂和降失水剂使其性能得到恢复。

处理剂加量参考表2。

表2 盐侵后处理剂参考加量组123450.3-0.40.5-0.60.3-0.40.2-0.30-0.2降粘剂，%0-0.10.1-0.20.2-0.30.4-0.50.5-0.6降失水剂，%五.实验数据及处理1．将所得数据及计算结果整理列表。

2．绘出钻井液表观粘度、动切力以及失水量随盐加量的变化曲线，并简要解释。

钻井液盐侵及处理原始记录表粘度计转速n（rpm）Φ600Φ300Φ200Φ100Φ6Φ3滤失量/ml泥饼mmPH基浆（格）231917131092649基浆+Nacl（格）21171512314578组别Φ600Φ300滤失量/ml1/2272333.63/43227365/62919397/82715519/10171254表观粘度计算公式为ηa=Ø600/2因为动切力的计算公式为：τ0=0.511(2 Ø 300- Ø 600)钻井液的表观粘度、动切力滤失量随Nacl含量的变化Nacl，%0.10.50.7523表观粘13.5116.614.513.68.5度/mPa.s动切力/Pa9.7911.22 4.59 1.53 3.57滤失量/ml33.636395154含量的变化曲线钻井液性能随Nacl。

钻井液的受侵及处理钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液，使其性能发生不符合要求的变化，这种现象称为钻井液受侵。

有的污染物严重影响钻井液的流变性和滤失性能，有的污染物能够腐蚀钻具。

最常见的是油、气侵、粘土侵钙侵、盐侵和盐水侵，还有Mg2+，CO2、H2S和O2的污染。

因其中一些已作介绍，下面着重介绍CO2、H2S、O2、盐膏层和高压盐水层的污染及处理。

第一节CO2和O2的污染一、CO2的污染在许多钻遇的地层中含有CO2，某些处理剂分解也会使钻井液含有CO2气体。

是一种酸性气体，当其混入钻井液后会生成HCO3-和CO32-，即CO2+H2O=H++HCO3-=2H++ CO32反应中生成的碳酸使钻井液PH值下降，其酸性比H2S强。

并且也和钻井液中的碱反应，生成碳酸氢钠。

CO2气体流入井内将大大降低或完全抵消钻井液中的碱性。

金属的腐蚀概念：金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。

金属腐蚀的本质：M-ne-=Mn+。

金属腐蚀的分类：1、化学腐蚀：金属跟接触到的气体或液体等物质（如O2、Cl2、H2S、SO2等），直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。

该过程很缓慢。

2、电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀。

化学腐蚀和电化学腐蚀的比较电化学腐蚀两种情况的比较（以钢铁在潮湿的空气中腐蚀为例）的腐蚀机理为：管材中的铁作为阳极被腐蚀，阳极放出氢气，其化学反应式如下：Fe+ H2CO3→Fe CO3+ H2↑阴极反应：2H++ 2e-→H2随着H+的消耗,弱酸(CO2+H2O)将会继续电离补充。

阳极反应：Fe →Fe2++ 2e-温度：游离二氧化碳的腐蚀受温度影响很大。

升高温度,腐蚀速率增加。

分压：腐蚀速度还随着二氧化碳分压增加而增加。

复配：水中同时含有O2、CO2腐蚀将会加重。

原因：氧的电极电位高,易形成阴极,腐蚀性强;去膜：CO2使溶液呈酸性,破坏保护膜。

钻井液中气侵的处理工艺
钻井液中气侵的处理工艺
艾潽固控研究室
为了防止钻井液中的气侵或井喷，可在起钻前向裸眼内漏层以下打重晶石塞，由于重晶
石塞的粘度和节力都比较高，且会沉淀，在井内会形成一个坚固的重晶塞子。

且由于失水
量过大可能造成井壁剥落形成桥堵，更重要的是，重晶石塞的密度大，其液柱压力的增加
可大大地抑制天然气的侵入及其膨胀上升，有助于控制地层压力，极大地增加了起钻后的
安全因素。

下钻后应关闭防喷器循环出气柱，对于这种循环，可视之为套管为零的压井作业，在这种情况，尤其要注意井底气柱上升膨胀时的套管压力的变化，以防止压漏地层可
通过调节阻流器，在保证泵速不变和钻杆压力不变的情况下进行循环，使其最大套管压力
不能超过最大允许套管压力。

钻井作业是需要承受一定风险的，任何钻井作业都应充分考虑任何风险的存在。

充分认
识和了解钻井的特性，并正确合理地应用一切相关理论知识和技术措施，科学的加以防范
而不是盲目处理和冒险，争取把一切可能存在的风险降低到最小限度。

虽然气侵是一种危
险而又复杂的情况，但只要正确地认识其特性及其运动规律，气侵的问题也可以得到控制。

由此，气侵后钻井泥浆比重的选择应主要以平衡地层压力为原则而不应仅仅以气测值的大
小为依据。