液体除硫剂与常规除硫剂性能对比的研究

2019-04-22景岷嘉陈兴明

石油化工应用 2019年3期

景岷嘉，陈兴明

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，四川广汉 618300；2.川庆钻探工程有限公司钻井液技术服务公司，四川成都 610051）

中国已探明的含硫化氢天然气占全国气层气储量的四分之一[1]。在高含硫地层钻井中，地层中的硫化氢侵入钻井液，如果钻井液中H2S含量过高，将会对人身安全构成威胁，同时也会造成钻具腐蚀和钻井液性能的破坏。目前对硫化氢污染的治理主要有物理化学法和生物法。物理化学法具有去除率高，反应速度快的优点[2，3]。在钻遇含硫地层一般选用碱式碳酸锌或海绵铁作为除硫剂，但碱式碳酸锌对高密度钻井液流变性能影响较大，而海绵铁容易被震动筛筛出，本文优选两种液体除硫剂与上述除硫剂进行对比评价。

1 除硫效率的对比评价

1.1 评价方法

1.1.1 基浆配制量取800 mL蒸馏水于搪瓷杯中，加入钻井液用钠膨润土32.0 g，用电动搅拌器搅拌1 h，在（25±1）℃静置 24 h。在通风橱内，取上述钻井液600 mL于1 000 mL广口瓶中，加入0.5 mol/L的硫化钠溶液 20 mL，摇匀，在（25±1）℃养护 30 min。

1.1.2 测定方法在通风橱内，取基浆300 mL于高温罐中，加入一定量除硫剂（精确至 0.01 g），用玻棒搅拌使其分散均匀，加1 mol/L的HCl 10/20 mL，密闭，摇匀，于70℃恒温滚动16 h，取出后立即将高温罐直立放置，用乳胶管将泵吸式硫化氢测定仪与高温罐阀杆相连，开启硫化氢测定仪，先将阀杆缓慢打开，到1/4圈、稳定后再开至1/2圈，测定罐中残余硫化氢浓度，测定完毕，开启阀杆，排去残余气体后再开罐。

1.1.3 硫化氢去除率的计算

式中：n-硫化氢去除率，%；C1-未加除硫剂硫化氢浓度，mg/L；C2-加入除硫剂后硫化氢浓度，mg/L。

1.2 评价结果

通过调整HCl的加量控制H2S的浓度，在不同加量下测试除硫剂的除硫效率，实验结果（见表1、表2）。

通过表1、表2的评价数据结果，液体除硫剂SL-2和BAKE对不同浓度的硫化氢均具有较好的除硫效果，其中BAKE的除硫效果最好，其硫化氢去除率与海绵铁相当。

表1 硫化氢去除率对比（HCl加量10 mL）

表2 硫化氢去除率对比（HCl加量20 mL）

2 除硫剂对钻井液性能的影响

不同的除硫剂加入到钻井液中，会对钻井液的性能产生不同的影响。同时，不同加量的除硫剂对钻井液性能影响程度也会不同。本文以5%膨润土+0.3%NaOH+0.4%KPAM+3%FRH+3%SMP+3%SMC+0.5%CPF+加重剂为钻井液基础配方，考察了不同密度钻井液中加入除硫剂后的钻井液塑性黏度PV、动切力YP以及API失水性能对比情况。

2.1 除硫剂对低密度（1.3 g/cm3）钻井液的性能影响

通过图1～图3可以看出，在低密度钻井液中常规除硫剂碱式碳酸锌对钻井液PV和YP性能影响较大，随其加量增加而增加，当加量在1%时性能变化尤为明显，对API失水影响较小；常规除硫剂海绵铁对钻井液PV和YP性能影响规律与碱式碳酸锌一致，但增加幅度不大；而液体除硫剂对低密度钻井液PV无影响，对YP和API失水影响较小。

2.2 除硫剂对中等密度（1.5 g/cm3）钻井液的性能影响

图1 除硫剂对低密度钻井液塑性黏度的影响

图2 除硫剂对低密度钻井液动切力的影响

图3 除硫剂对低密度钻井液失水量的影响

图4 除硫剂对中等密度钻井液塑性黏度的影响

通过图4～图6可以看出，在中等密度钻井液中常规除硫剂碱式碳酸锌对钻井液PV和YP性能影响较大，随其加量增加而增加，当加量在1%时性能变化尤为明显，对API失水影响不大；常规除硫剂海绵铁对中等密度钻井液PV和YP性能影响规律与碱式碳酸锌一致，但增加幅度小；而液体除硫剂对中等密度钻井液PV无影响，但能降低YP和API失水。

图5 除硫剂对中等密度钻井液动切力的影响

图6 除硫剂对中等密度钻井液失水量的影响

2.3 除硫剂对高密度（1.8 g/cm3）钻井液的性能影响

通过图7～图9可以看出，在高密度钻井液中常规除硫剂碱式碳酸锌对钻井液PV、YP和API失水性能影响较大，随其加量增加而增加，当加量在1%时性能变化尤为明显；常规除硫剂海绵铁对高密度钻井液性能影响不大，增加幅度不明显；而液体除硫剂对高密度钻井液PV、YP和API失水几乎无影响，当加量在1%时能降低塑性黏度和动切力，有利于高密度钻井液流变性能调控。