伊朗空氣/泡沫鉆井鉆具保護(hù)技術(shù)長(zhǎng)城中油鉆井液分公司劉德勝作者簡(jiǎn)介劉德勝，高級(jí)項(xiàng)目師， 年生， 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院開發(fā)系油田化學(xué)專業(yè)。一直從事鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用?，F(xiàn)任長(zhǎng)城中油鉆井液公司市場(chǎng)作業(yè)部經(jīng)理、總經(jīng)理助理，長(zhǎng)城鉆井公司伊朗項(xiàng)目生產(chǎn)技術(shù)部經(jīng)理。中油國(guó)際項(xiàng)目公司泥漿技術(shù)專家。 a 空氣一泡沫鉆井，因其鉆速快，防漏效果好，具有常規(guī)鉆井液不可比擬的優(yōu)越性?？諝夥蹓m鉆井在干硬地層機(jī)械鉆速達(dá)到 。霧化鉆井在出水量較小時(shí)，鉆速為 ，當(dāng)?shù)貙映鏊^多，空氣壓力較高時(shí)，其鉆速與泡沫鉆井速度相當(dāng)。但泡沫鉆井腐蝕鉆具輕微，而霧化鉆井腐蝕鉆具嚴(yán)重。因此，必須根據(jù)地層情況選擇合適的鉆井流體，既要提高機(jī)械鉆速，又要保護(hù)鉆具，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。.地層特性伊朗南部塔貝納克氣田海拔高度超過，從山體表面到目的層，地層巖性主要是碳酸鹽巖，裂縫發(fā)育，連通性好。海拔以上地層無孔隙壓力，海平面以下地層有鹽水層，含鹽量從海水到欠飽和鹽水。 以上地層，最高鹽水層壓力系數(shù)也只有 ，而且同一個(gè)井段存在不同壓力系統(tǒng)，上部裂縫無壓，下部地層出水，普通泥漿無法使用，清水也只能盲鉆。因此，要想確保安全鉆井，提高鉆井速度，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，必須采用空氣－泡沫鉆井。.空氣鉆井類型表1空氣鉆井適應(yīng)地層和特殊參數(shù)空氣鉆井類型適應(yīng)地層環(huán)空返速液氣比粉塵鉆井干硬地層三霧化鉆井低含水層 )三? %穩(wěn)定泡沫干地層和海水層。? 以硬膠泡沫干地層，海水層和鹽水層。? 以空氣鉆井的優(yōu)越性空氣鉆井因其氣而液柱壓力低，機(jī)械鉆速快，防漏效果好，是堅(jiān)硬地層和低壓、無壓裂縫性地層首選的鉆井方式。粉塵鉆井，鉆速快、無井漏、鉆頭壽命長(zhǎng)。霧化鉆井，鉆速快、無井漏、鉆頭壽命長(zhǎng)。穩(wěn)定泡沫，鉆速較快、防井漏、鉆具壽命長(zhǎng)，抗海水污染。硬膠泡沫，鉆速較快、防井漏、鉆具壽命長(zhǎng)，抗石膏和高濃度鹽水污染。.空氣鉆井與鉆具腐蝕空氣－泡沫鉆井存在很多不足，粉塵鉆井，需空氣排量大，返速高，沖蝕鉆具，不能控制地層流體。霧化鉆井，需空氣排量極大，返速高，不僅沖蝕鉆具，而且化學(xué)腐蝕嚴(yán)重。穩(wěn)定泡沫，泡沫液配制量大，泡沫材料成本高。硬膠泡沫，泡沫液配制量大，泡沫材料成本較高。穩(wěn)定泡沫和硬膠泡沫都有“一次性”使用成本高的難題，但通過泡沫液參數(shù)的調(diào)整和一些必要設(shè)備的使用可以基本解決回收再利用問題?，F(xiàn)在的主要問題是鉆具腐蝕，尤其是在地層出水而采取霧化鉆井時(shí)，腐蝕非常嚴(yán)重，必須引起高度重視。要采取切實(shí)有效的措施，延長(zhǎng)鉆具壽命，確保井下安全，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。.腐蝕物質(zhì)與腐蝕形式空氣鉆井腐蝕鉆具的主要介質(zhì)是空壓機(jī)注入的空氣，其次是地層鹽水和硫化氫。在注入的空氣中含有2％1的氧氣和不到1％的二氧化碳。氧氣在水中溶解度約，二氧化碳在空氣中含量雖小，但它在水中形成碳酸，不但自身腐蝕鉆具，而且在酸性狀態(tài)下，加劇氧和電化學(xué)腐蝕。雖然井史中介紹，地層可能含有硫化氫，但空氣鉆井時(shí)沒有檢測(cè)到硫化氫氣體，所以它的腐蝕并不存在?？諝忏@井腐蝕鉆具的真正罪魁禍?zhǔn)资堑貙铀?，它不僅因其值，造成酸性腐蝕，更為氧和二氧化碳的腐蝕提供了條件。眾所周知，干燥的氧氣和二氧化碳是不腐蝕金屬的，只有在潮濕的環(huán)境下，腐蝕才會(huì)發(fā)生。地層水不僅提供了潮濕環(huán)境，而且含有電解質(zhì)，具有導(dǎo)電性，更有甚者，它還顯酸性，加劇腐蝕，是氧和二氧化碳腐蝕的土壤和溫床。氧、二氧化碳和鹽水腐蝕鉆具的主要形式是坑點(diǎn)腐蝕和失重腐蝕，引起鉆具疲勞、穿孔、斷裂，導(dǎo)致壽命縮短和井下嚴(yán)重事故。.腐蝕機(jī)理＞氧氣的腐蝕：2＞二氧化碳腐蝕：It22 3 23＞硫化氫腐蝕：xFe+Sy=H（FeI＞+xHtSy224＞酸性鹽水腐蝕：+=F++e+HtFe+H25＞流速：環(huán)空流速越快、沖蝕與腐蝕越嚴(yán)重。.防腐措施空氣鉆井離不開空氣，要清除空氣中的氧氣也是不可能的。因?yàn)榭諝忏@井的氣柱壓力很低，不讓地層流體進(jìn)入井眼也是不可能的。必須根據(jù)井下情況采取合理措施，揚(yáng)長(zhǎng)避短。既要發(fā)揮空氣鉆井的優(yōu)勢(shì)，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，又要盡可能地減輕腐蝕，保護(hù)鉆具，延長(zhǎng)使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，空氣鉆井時(shí)，應(yīng)采取以下工藝措施：1＞干地層使用純空氣鉆井由腐蝕機(jī)理可知：空氣＜氧氣和二氧化碳）對(duì)鉆具產(chǎn)生腐蝕，必須有水存在。在干燥環(huán)境下，空氣不腐蝕鉆具，所以，當(dāng)?shù)貙硬怀鏊畷r(shí)，可以進(jìn)行干空氣鉆井。2＞低壓水層使用干泡沫鉆井當(dāng)?shù)貙映鏊?，氧和二氧化碳?duì)鉆具的腐蝕作用開始發(fā)生。而且，因?yàn)榈貙映鏊仨氃黾?0－4％0空氣排量進(jìn)行霧化鉆井。因氣柱壓力增高，氧在水中的溶解度增大，氧對(duì)鉆具的腐蝕加劇。在這種情況下，必須采用干泡沫鉆井。即通過泵入? /的加有緩蝕劑的高、高發(fā)泡劑濃度的發(fā)泡液，保護(hù)鉆具，捕集水流，將鉆屑和水流帶至地面。3＞在高壓水層中進(jìn)行泡沫鉆井當(dāng)?shù)貙映鏊枯^大，含鹽量較高時(shí)，干泡沫鉆井無法作業(yè)，必須采用泡沫鉆井。這樣可降低空氣排量和環(huán)空返速，減少鉆具沖蝕，又可用泡沫將空氣包裹起來，減少空氣與鉆具接觸的機(jī)會(huì)。同時(shí)，通過高值和緩蝕劑的協(xié)同作用，減輕鉆具腐蝕。

.配伍性實(shí)驗(yàn)為了更好地保護(hù)鉆具，建議空氣/泡沫鉆井時(shí)在泡沫液中添加鉆具緩蝕劑。它是一種由復(fù)合有機(jī)胺和增溶劑組成的水基緩蝕劑，在高濃度氯化鈉和氯化鈣鹽水中具有較強(qiáng)的緩蝕能力，既可用于鉆井液，也可用于完井液，一般加量為? ，物理指標(biāo)見表2表 緩蝕劑的物理性能外觀密度溶解介質(zhì)粘度℃閃點(diǎn)傾點(diǎn)棕色液體水和鹽水5低于℃因?yàn)槟壳拔覀冊(cè)谒惣{克山上使用的發(fā)泡劑 是一種陰離子表面活性劑，因此，選擇使用的緩蝕劑必須和發(fā)泡劑 配伍，即不降低發(fā)泡體積，不影響泡沫穩(wěn)定性，且抗鹽抗鈣。實(shí)驗(yàn)室在淡水、鹽水和氯化鈣水溶液中配制 泡沫基液，各取。并在其中加入 緩蝕劑，高速攪拌后，轉(zhuǎn)入 量筒，測(cè)量發(fā)泡體積 和半衰期，觀察配伍性，1/2數(shù)據(jù)見表3。表不同緩蝕劑對(duì)發(fā)泡劑性能 ）的影響緩蝕劑淡水緩蝕劑淡水泡沫基液基液十基液十基液十實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 和 不適合作泡沫鉆井的緩蝕劑，因?yàn)橐皇怯突a(chǎn)品，具有消泡作用， 是陽離子，與 發(fā)生電性中和，而 與 具有很好的配伍性，因?yàn)樗且环N非離子表面活性劑。我們也單獨(dú)做了 的發(fā)泡實(shí)驗(yàn)，其發(fā)泡性能不亞于 ，因?yàn)樗膬r(jià)格是 的倍，所以不能作為發(fā)泡劑使用，但在泡沫鉆井時(shí)，可以減少發(fā)泡劑的加量，而不影響泡沫質(zhì)量。.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用井井 井眼設(shè)計(jì)井深 ，實(shí)際鉆深 6用純空氣鉆至?xí)r，地層第一次出鹽水，。增大空氣排量進(jìn)行霧化鉆井，時(shí)，地層第一次出鹽水，。增大空氣排量進(jìn)行霧化鉆井，鉆到起鉆，發(fā)現(xiàn)鉆具腐蝕十分嚴(yán)重見圖）。圖1霧化鉆井對(duì)鉆具的腐蝕初步分析認(rèn)為，鉆具腐蝕的主要原因有：酸性地層鹽水的電化學(xué)腐蝕；高壓溶解氧對(duì)鉆具的氧化腐蝕；二氧化碳溶于水后的酸性腐蝕；鉆屑撞擊鉆具使氧化膜脫落造成的沖蝕。為了保護(hù)鉆具，決定配制高值穩(wěn)定泡沫液進(jìn)行空氣泡沫鉆井。一方面減少空氣與鉆具接觸，另一方面中和地層水和空氣中的酸性物質(zhì)，第三，降低環(huán)空返速，以減輕鉆具的腐蝕和沖蝕。改為泡沫鉆井后，不但酸性物質(zhì)被中和，而且低返速鉆屑微粒在鉆具表面形成一層“糊狀保護(hù)?！保瑴p少空氣接觸鉆具的機(jī)會(huì)，使鉆具得到保護(hù)，減緩腐蝕，見圖2。鉆至5地層第二次出鹽水，- 。將穩(wěn)定泡沫轉(zhuǎn)變?yōu)橛材z泡沫鉆進(jìn)。鉆至 2地層第三次出水，-含量達(dá)到 、密度,接近飽和鹽水。鉆至?xí)r，因?yàn)槌鏊刻笤斐蓴嗔?、泵壓升高，空氣泡沫鉆井無法繼續(xù)作業(yè)，用膨潤(rùn)土泥漿盲鉆到 6起鉆電測(cè)，下入 套管后四開。四開井眼鉆井參數(shù)見表。表 井四開井眼鉆井參數(shù)井段地層鉆井進(jìn)尺純鉆鉆速鉆壓轉(zhuǎn)數(shù)泵壓液排量氣排量

情況方式干層空氣出水霧化出水霧化出水泡沫出水泡沫出水泡沫出水泥漿由表可知，霧化鉆井在出水量較小時(shí)，鉆速為 6當(dāng)?shù)貙映鏊^多，空氣壓力較高時(shí)，其鉆速 ）與泡沫鉆井速度 2相當(dāng)，但它對(duì)鉆具的腐蝕太嚴(yán)重。一井塔貝納克一井， 井眼設(shè)計(jì)井深5因?yàn)榈貙犹崆?，?shí)際鉆深進(jìn)尺0其中，穩(wěn)定泡沫在 鉆遇石膏層后，泡沫質(zhì)量下降，攜砂效果變差。改為低濃度硬膠泡沫后，返出正常。鉆到 6因地層出水，又用高濃度硬膠泡沫液鉆到 3地層嚴(yán)重出水后，用膨潤(rùn)土泥漿強(qiáng)鉆到0泡沫鉆井的平均機(jī)械鉆速為 。因?yàn)闆]有進(jìn)行霧化鉆井，鉆具基本沒有受到明顯的腐蝕，見圖3。

圖3泡沫鉆井對(duì)鉆具腐蝕較輕10鉆.具檢驗(yàn)為了保護(hù)鉆具，自從 井以后，不但取消了霧化鉆井，而且在泡沫鉆井時(shí)使用了鉆具緩蝕劑 ，鉆具保護(hù)效果顯著。 年?月，在臺(tái)鉆機(jī)用空氣泡沫各鉆4口井之后，中海油鉆具探傷公司對(duì)伊朗項(xiàng)目在用鉆具進(jìn)行了質(zhì)量檢驗(yàn)，其中檢驗(yàn)三種規(guī)格的鉆桿184根7。在檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)5〃鉆桿的管體和接頭損壞最為嚴(yán)重。其中，鉆桿管體條件因未滿足 中規(guī)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)而降級(jí)的， 為、是、無一降級(jí)。具體數(shù)據(jù)見表5。表5鉆具探傷結(jié)果鉆機(jī)號(hào)鉆井進(jìn)尺鉆桿尺寸檢驗(yàn)根數(shù)級(jí)根數(shù)級(jí)根數(shù)合格根數(shù)降級(jí)率%備注口井霧化鉆井口口口井無緩蝕劑檢驗(yàn)結(jié)果表明，霧化鉆井對(duì)鉆具的腐蝕確實(shí)嚴(yán)重，同樣，泡沫鉆井時(shí)鉆具緩蝕劑的使用也十分重要。17號(hào)鉆機(jī)因沒有進(jìn)行霧化鉆井，而且較好地使用了泡沫鉆井緩蝕劑，鉆具保護(hù)得很好，降級(jí)率為零。18號(hào)鉆機(jī)盡管沒有進(jìn)行霧化鉆井，進(jìn)尺也不多，但因?yàn)樗@井和井時(shí)無緩蝕劑，鉆具照樣嚴(yán)重腐蝕。因此，泡沫鉆井時(shí)，一定要加入緩蝕劑。11結(jié)、論空氣粉塵鉆井在干硬地層機(jī)械鉆速快，無泥漿材料消耗。但因?yàn)榄h(huán)空返速高，鉆屑對(duì)鉆具表面產(chǎn)生沖蝕作用，這是空氣鉆井無法避免的缺陷。2＞霧化鉆井在地層出水量較小