塔里木油田常用钻井液PH降低原因探讨

塔里木油田常用钻井液PH降低原因探讨中石油塔里木油田公司王泽华目录保持适当PH意义和钻井液PH下降现象聚合物钻井液PH值不稳原因及应对措施深井高温聚磺钻井液PH值下降原因分析及应对盐水钻井液PH值急剧下降原因分析及应对措施有机盐钻井液PH值难以提高原因分析钻井液保持适当PH的意义塔里木油田目前常用的水基钻井液有聚合物体系、聚磺体系、饱和盐水体系、以及有机盐体系等，适当PH值（8－9.5）：有效地抑制微生物对钻井液处理剂的破坏；保持钻井液适度的分散和絮凝；有效地发挥钻井液处理剂的效能；最大限度地减轻钻井液对钻具及套管的腐蚀。现场应用表明，多数情况下，钻井液PH值通常都保持在8－10之，但有时钻井液PH值会在短期内出现大幅度下降，例如PH值会在两个循环周内由9降至8以下。现场遇到的钻井液PH下降现象钻井液PH值大幅降低多见于以下三种情况：（1）采用聚合物或聚磺钻井液时，钻井液温度或井温较高情况下（钻井液出口温度高于60℃，或井底温度高于120℃），钻井液PH值不易保持在9以上，有时，每天烧碱的消耗量在600公斤以上，但PH值仍低于于8.5。（2）采用饱和盐水钻井液钻进复合盐膏层时，泥浆滤液PH值会发生突降。（3）在高浓度有机盐钻井液体系中，难以提高PH值，也是普遍现象。现场虽然往钻井液中加入大量的烧碱，但其PH值仍在8以下，有时甚至接近于7。聚合物钻井液PH值下降原因分析分析PH值下降原因：1、一是高温促进了粘土的水化和分散，裸露的粘土端面会与泥浆中的氢氧根作用（可称为粘土反应），导致氢氧根浓度下降。表示如下：-O-Si(OH)-O-Al-(OH)2+2OH-→-O-Si(O-)-O-Al-(OH)-(O-)+2H2O聚合物钻井液PH值下降原因分析分析PH值下降原因一：低温下，聚合物包被作用强，钻屑或粘土在钻井液中呈现不分散或粗分散状态，裸露的粘土端面较少，上述反应所消耗的氢氧根很少，从而碱的消耗量少。随温度升高，聚合物的包被作用减弱，且高温进一步促进了粘土的分散和水化，新产生的大量粘土端面与氢氧根作用时，必然消耗大量氢氧根，从而增加了碱的用量。聚合物钻井液PH值下降原因分析分析PH值下降原因：2、高分子聚合物多为聚丙烯酸与聚丙烯酰胺，酰胺基团发生水解作用。表示如下：[NaCOO-CHCH3-CH3CH-CO(NH2)]n＋2nH2O=[NaCOO-CHCH3-CH3CH-COOH]n＋nNH3H2O聚合物钻井液PH值下降应对措施维持合适的PH值（8－9），烧碱的用量每天在300公斤内都属正常消耗，无需采取应对措施。通过提高泥浆滤液矿化度，尤其是在泥浆中加入KCL，在不影响钻井液流变参数的情况下，可有效地抑制粘土的细分散与水化。井底温度高于100℃，或出口钻井液高于60℃，则应降低聚合物用量，逐渐补加抗温性能好的磺化类处理剂，将钻井液转为聚磺体系。高温聚磺钻井液PH值下降原因分析分析PH值下降原因：1、粘土反应。2、高温及深井地层放射性的作用，会加剧磺化处理剂中稳定性较差的化学键（如醚键、碳硫键）的断裂，导致分子断链，消耗一定量的氢氧根。3、羟基、磺酸基和羧基也使钻井液成为一个碱缓冲体系，需要提高钻井液PH值时，实际需要的碱量远高于理论计算量。4、高温下，腐植酸类材料溶解充分，将更多的腐植酸暴露在液相中，暴露的腐植酸会与氢氧根发生中和反应，消耗氢氧根，导致钻井液PH值下降。高温聚磺钻井液PH值下降应对措施1、维持较低的搬土含量。高搬含不仅PH值稳定性差，而且易出现稠化、现象。2、加KCL，保持粗分散。3、加强钻井液净化，尤其要充分利用好一级固控设备，在第一时间将钻屑除去，防止钻屑分散或细分散。4、高温高压滤失量满足井下需要的情况下，要避免加入过量的磺化材料。盐水钻井液PH值急剧下降原因分析1、盐层或复合盐膏层由海相沉积形成的，海水中大多含有CaCl2、MgCl2及CaSO4(石膏)。钻开后，CaCl2、MgCl2必然要溶解于钻井液中，直至达到溶解平衡（达到饱和）为止。如果溶解的盐类中含有可与氢氧根结合生成沉淀的离子，沉淀反应就不可避免，典型的沉淀反应如下：MgCl2＋2OH-=Mg(OH)2(沉淀)＋2Cl-2、磺化材料耗碱。3、由于复合盐膏层沉积过程中，泥岩中的水份不易被挤出，泥岩含水比较普遍，软泥岩多。软泥岩使粘土反应强烈。盐水钻井液PH值下降应对措施1、泥浆PH值突降，多是由于镁离子等引起的沉淀反应所致，现场不必惊慌，继续补加烧碱，维持PH值9.5－10.5即可。2、加入适量的硅酸盐，利用硅酸钙沉淀膜作用，阻碍石膏的过度溶解。3、有效的钾离子浓度，保证钻井液的抑制性能。4、充分利用好四级固设备，尤其是充分利用好一级固控设备，及时将钻屑除去。有机盐钻井液PH值难以提高原因分析有机盐多为烷基与一个或多个羧基键接构成的中小有机分子化合物或其衍生物，如CH3COOH、CH3CH2COOH、R-(COOH)n等。有机盐生产过程中，根据碱的加入量不同，亲水性羧基或以羧酸（-COOH）形式存在，或以羧酸盐（如-COONa、-COOK）的形式存在。多数情况下，羧基以羧酸（-COOH）和羧酸盐的形式（如NaCOO-R-COOH）共存，便构成了弱酸弱碱强缓冲溶液。往钻井液加入烧碱类处理剂（如NaOH、KOH），羧酸基与氢氧根发生中和反应，生成弱碱性的羧酸盐，使其PH值不会发生明显升高。只有当碱类材料加至过量，将全部的羧酸基全部中和成羧酸盐，继续加入碱，才会使钻井液碱值出现明显升高。结论1、细分散粘土与氢氧根发生的粘土反应、粘土的吸附作用、聚合物的高温水解作用、可溶性离子沉淀作用、钻井液处理剂的断链降解作用、钻井液处理剂的碱缓冲作用、钻井液处理剂本身含有的大量酸性基团等因素都可大量消耗钻井液中的氢氧根，从而使其PH下降或难以提高。结论2、钻井液体系不同、钻遇的地层不同、使用的泥浆处理剂千差万别、同一因素的影响程度不同，从而造成钻井液PH值下降的原因存在差异；因此，在现场操作中，应加强观察、监测、室内实验和分析，出现PH值下降或难以提高等现象，根据环境、条件变化，做出正确判断，找出针对性强的处理方法。结论3、通过加入氯化钾，提高泥浆的抑制性；以及加强钻井液净化，及时除去有害固相；及时补加烧碱等，都是一些行之有效的控制钻井液PH的措施，现场可加以灵活运用。4、塔里木油田成功与失败之经验，在深井高温条件下，尤其注意保持钻井液低搬含、低钙含量及适宜的PH值，避免发生高搬含、高钙、高PH所引起的钻井液稠化及固化。