阅读说明：本技术 一种含硫化氢井的钻井方法 (Drilling method for hydrogen sulfide-containing well ) 是由 李家学 杨成新 舒小波 朱金智 张绍俊 刘翔 李有伟 瞿凌敏 吴正良 郭斌 杜小 于 2018-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种含硫化氢井的钻井方法,包括以下步骤：根据所述含硫化氢井的除硫剂预加量和所述含硫化氢井的预测硫化氢浓度,确定向钻井液中进行除硫剂的第一添加量；按照所述第一添加量向所述钻井液中进行所述除硫剂的第一添加,得到第一钻井液并向所述含硫化氢井中注入所述第一钻井液进行钻进；根据返出钻井液中所述除硫剂的浓度与所述含硫化氢井的除硫剂维护量,确定向所述钻井液中进行所述除硫剂的第二添加量,并按照所述第二添加量向所述钻井液中进行所述除硫剂的第二添加。本发明既能提高钻井过程中除硫剂的使用效果,又避免了除硫剂的浪费,有效的降低了对含硫化氢井进行钻进的风险。(The invention provides a drilling method of a hydrogen sulfide-containing well, which comprises the following steps: determining a first addition amount of a sulfur removal agent to the drilling fluid according to the pre-addition amount of the sulfur removal agent of the hydrogen sulfide containing well and the predicted hydrogen sulfide concentration of the hydrogen sulfide containing well; adding the sulfur removal agent into the drilling fluid according to the first addition amount to obtain a first drilling fluid, and injecting the first drilling fluid into the hydrogen sulfide-containing well for drilling; and determining a second addition amount of the sulfur removing agent into the drilling fluid according to the concentration of the sulfur removing agent in the returned drilling fluid and the maintenance amount of the sulfur removing agent of the hydrogen sulfide-containing well, and performing second addition of the sulfur removing agent into the drilling fluid according to the second addition amount. The method can improve the using effect of the sulfur removal agent in the drilling process, avoid the waste of the sulfur removal agent and effectively reduce the risk of drilling the hydrogen sulfide-containing well.)

一种含硫化氢井的钻井方法

技术领域

本发明涉及钻井技术，尤其涉及一种含硫化氢井的钻井方法，属于石油 开采技术领域。

背景技术

在含硫化氢井钻井中很容易钻遇硫化氢，由于硫化氢是一种剧毒和强腐 蚀气体，对人体和钻具有很大的伤害，因此在含硫化氢地层钻井中硫化氢防 护极其重要。

为此，钻井工作者从地层预测、井身结构设计、钻具的使用、钻井液、 固井、完井等建立起了一套含硫化氢井安全作业方法，并形成了推荐做法发 布《含硫油气井安全钻井推荐做法》(SY/T 5087-2005)，根据《钻井液技术 手册》、《钻井液工艺学》等研究成果，对于硫化氢的防护措施：一是保持 钻井液pH值大于10；二是在钻井液中加入一定量的除硫剂(碱式碳酸锌、 海绵铁等)。根据研究成果，现场工程师在含硫井钻井作业过程中一般是在 钻开含硫井段之前添加0.5％～3％不等的除硫剂，并维持钻井液pH值满足要 求，以保证钻井液防止硫化氢的污染和溢出，避免造成伤害。

钻井液中加入除硫剂后，除硫剂中的阳离子(锌离子、铁离子等)与硫 离子发生反应生成不溶物，达到去除硫化氢的目的。随着研究的深入，钻井 液中有效处理剂浓度检测方法等手段建立之后，发现钻井液中除硫剂在加入 之后会逐消失，消失的原因包括以下两方面：一是大多的除硫剂是微溶物质， 加入钻井液之后，随着形成泥饼粘附在泥饼上消失；二是钻进过程中，地层 气体中的硫化氢通过岩屑进入钻井液，与除硫剂反应消耗。因此当前钻井液 使用除硫剂方式(一次性加入除硫剂)，随着除硫剂的消耗，不能保证钻井 液中拥用足够量的有效除硫剂，因而给硫化氢浸入井筒污染钻井液和腐蚀钻 工具带来风险。

发明内容

本发明提供一种含硫化氢井的钻井方法，既能提高钻井过程中除硫剂的 使用效果，又避免了除硫剂的浪费，有效的降低了对含硫化氢井进行钻进的 风险。

本发明提供一种含硫化氢井的钻井方法，包括以下步骤：

根据所述含硫化氢井的除硫剂预加量和所述含硫化氢井的预测硫化氢浓 度，确定向钻井液中进行除硫剂的第一添加量；

按照所述第一添加量向所述钻井液中进行所述除硫剂的第一添加，得到 第一钻井液；

向所述含硫化氢井中注入所述第一钻井液进行钻进，根据返出钻井液中 所述除硫剂的浓度与所述含硫化氢井的除硫剂维护量，确定向所述钻井液中 进行所述除硫剂的第二添加量，并按照所述第二添加量向所述钻井液中进行 所述除硫剂的第二添加。

如上所述的钻井方法，其中，所述根据所述含硫化氢井的除硫剂预加量 和所述含硫化氢井的预测硫化氢浓度，确定向钻井液中进行除硫剂的第一添 加量，包括：

检测所述钻井液中是否含有所述除硫剂；

若所述钻井液中含有所述除硫剂，检测所述钻井液中所述除硫剂的浓度；

根据所述除硫剂预加量、所述预测硫化氢浓度和所述钻井液中所述除硫 剂的浓度确定所述第一添加量。

如上所述的钻井方法，其中，所述根据所述除硫剂预加量、所述预测硫 化氢浓度和所述钻井液中所述除硫剂的浓度确定所述第一添加量，包括：

若C≤3290，则Q1＝5且M1＝Q1-W1；

若3290＜C≤19737，则5＜Q1≤10且M1＝Q1-W1；

若19737＜C≤30000，则10＜Q1≤15且M1＝Q1-W1；

若30000＜C≤98684，则15＜Q1≤20-且M1＝Q1-W1；

若C＞98684，则Q1＞20且M1＝Q1-W1；

其中，C为所述预测硫化氢浓度，单位为ppm；Q1为所述除硫剂预加量， 单位为kg/m³；M1为所述第一添加量，单位为kg/m³；W1为述钻井液中所 述除硫剂的浓度，单位为kg/m³。

如上所述的钻井方法，其中，所述根据返出钻井液中所述除硫剂的浓度 与所述含硫化氢井的除硫剂维护量，确定向所述钻井液中进行所述除硫剂的 第二添加量，包括：

根据所述返出钻井液中所述除硫剂的浓度、所述除硫剂维护量以及所述 含硫化氢井的硫化氢浓度，确定所述第二添加量。

如上所述的钻井方法，其中，所述根据所述返出钻井液中所述除硫剂的 浓度、所述除硫剂维护量以及所述含硫化氢井的硫化氢浓度，确定所述第二 添加量，包括：

若N≤1000，则Q2＝2～3且M2＝Q2-W2；

若1000＜N≤10000，则Q2＝6～9且M2＝Q2-W2；

若10000＜N≤19737，则Q2＝10～15且M2＝Q2-W2；

若19737＜N≤30000，则Q2＝20～30且M2＝Q2-W2；

若30000＜N≤98684，则Q2＝30～45且M2＝Q2-W2；

若N＞98684，则Q2＝40～60且M2＝Q2-W2；

其中，N为所述含硫化氢井的硫化氢浓度，单位为ppm；Q2为所述除硫 剂维护量，单位为kg/m³；M2为所述第二添加量，单位为kg/m³；W2为所 述返出钻井液中所述除硫剂的浓度，单位为kg/m³。

如上所述的钻井方法，其中，所述含硫化氢井的硫化氢浓度为所述预测 硫化氢浓度或所述含硫化氢井的实际硫化氢浓度。

如上所述的钻井方法，其中，所述实际硫化氢浓度根据所述返出钻井液 中硫离子浓度、所述返出钻井液中硫氢根离子浓度、所述钻井液中硫离子浓 度以及所述钻井液中硫氢根离子浓度获取。

如上所述的钻井方法，其中，通过电位滴定法检测所述返出钻井液中硫 离子浓度、所述返出钻井液中硫氢根离子浓度、所述钻井液中的硫离子浓度 以及所述钻井液中硫氢根离子浓度。

如上所述的钻井方法，其中，所述向钻井液中进行除硫剂的第一添加之 前，还包括对所述钻井液进行密度调节处理和pH值调节处理。

如上所述的钻井方法，其中，钻进至距所述含硫化氢井的硫化氢地层 50m～100m时，进行所述第一添加。

本发明的钻井方法按照一定频次及时对钻井液中的处理剂进行监控，一 但发现钻井液中除硫剂的消耗，及时对除硫剂进行合理补充维护，使钻井液 始终保持足量的除硫能力，因而大大提高钻井液面对硫化氢污染处理能力， 提高钻井安全。同时，该方法使除硫剂使用更加有效，避免了除硫剂浪费， 提高了除硫剂使用效果。

本发明针对当前含硫化氢井钻井中预防硫化氢措施中存在的问题，建立 规范科学有效的除硫剂使用方法，依托硫化氢快速检测、钻井液中有效除硫 剂浓度等检测手段，形成含硫化氢井段预防硫化氢污染的钻井方法，提高除 硫剂使用效率、降低含硫井钻井风险，可以在本领域进行大规模的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例一的流程图；

图2为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例二的流程图；

图3为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例二中S103的第一种实施方式 的流程图；

图4为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例二中S103的第一种实施方式 的流程图；

图5为不同pH值下水溶液中硫化氢的存在形式以及不同组分的含量分 布情况。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明在对含硫化氢井进行钻井时，通过向钻井液中添加除硫剂与井中 的硫化氢进行反应，从而对井中的硫化氢进行消耗，避免硫化氢对人体以及 钻具的损伤。

其中，本发明对加入除硫剂的量和时间点进行了研究，在适当的时间点 对除硫剂进行适量添加，即能够避免除硫剂一次加入导致的除硫剂的浪费， 又能够增强除硫剂的使用效果。

图1为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例一的流程图。如图1所示， 本实施例提供的含硫化氢井的钻井方法包括：

S101：根据含硫化氢井的除硫剂预加量和含硫化氢井的预测硫化氢浓度， 确定向钻井液中进行除硫剂的第一添加量。

首先，在钻开含硫化氢地层之前需要对钻井液进行预处理，即向钻井液 中第一次添加除硫剂，从而得到第一钻井液。

其中，除硫剂的第一添加量是无法满足含硫化氢地层全部硫化氢的消耗 的，第一添加量只是用于在钻进初期与硫化氢进行反应消耗部分硫化氢。

具体地，可以在钻开硫化氢地层前50m～100m时，进行除硫剂的第一添 加。如果上一开钻井井段底界与硫化氢地层之间的距离小于50m，则在钻开 水泥塞后进行除硫剂的第一添加。

本发明还引入了除硫剂预加量，其中，该除硫剂预加量是第一添加量的 主要参考来源，除硫剂预加量可以通过目前钻井经验和室内实验确定的。不 同的硫化氢浓度对应不同的除硫剂预加量，通过结合含硫化氢井的除硫剂预 加量和预测硫化氢浓度，最终确定第一添加量。

另外，在进行第一添加前需要对含硫化氢井的硫化氢的浓度进行预测从 而得到预测硫化氢浓度。由于在钻井之前，相关人员会对含硫化氢井进行调 研，如果之前对与含硫化氢井处于同一构造带的井已经被开采过，则可以参 照同一构造带的井的硫化氢浓度得到预测硫化氢浓度。如果之前与对与含硫 化氢井处于同一构造带的井未被开采过，则通过邻区块进行大致估算。

第一添加量虽然无法完全满足硫化氢井中全部硫化氢的消耗，但是含硫 化氢井中不同浓度的硫化氢所需的除硫剂的添加量不同，因此还是需要根据 预测硫化氢浓度定量与除硫剂预加量的对应关系获取除硫剂的第一添加量， 从而使除硫剂的第一添加量更加合理并且与第二添加量能够相互衔接，保证 硫化氢井的安全开采。

S102：按照第一添加量向钻井液中进行除硫剂的第一添加，得到第一钻 井液并向含硫化氢井中注入第一钻井液进行钻进。

当确定第一添加量后，向钻井液中按照第一添加量加入除硫剂以完成第 一添加。

值得注意的是，除硫剂的第一添加量并不是通过一次添加完成，可以批 次加入。即，随着钻井液的注入和钻进，逐渐注入除硫剂，通过1-2个钻井 液循环周完成第一添加量的除硫剂的全部添加。

另外，在第一添加之前还需要对钻井液进行密度调节处理和pH值调节 处理，具体地，通过加入加重材料使钻井液的密度为保持与前循环钻井液密 度不变，通过加入烧碱使钻井液的pH值大于10。

上述调节处理可以在S101之前，也可以在S101与S102之间，本发明不 限制具体顺序。

S103：根据返出钻井液中除硫剂的浓度与含硫化氢井的除硫剂维护量， 确定向钻井液中进行除硫剂的第二添加量，并按照第二添加量向钻井液中进 行除硫剂的第二添加。

随着钻进工作的进行，硫化氢地层会被钻开，其中的硫化氢会与第一钻 井液中的除硫剂进行反应从而造成钻井液中的除硫剂的消耗，由于除硫剂的 第一添加量不够与全部硫化氢进行反应，因此，在钻进过程中需要向钻井液 中进行除硫剂的二次补充，即，向钻井液中进行除硫剂的第二添加。

在钻进过程中，第一钻井液会不断返出地层成为返出钻井液。根据返出 钻井液中除硫剂的含量和硫化氢井的除硫剂维护量，确定具体的第二添加量。

其中，返出钻井液中除硫剂的含量能够反映出当下钻井过程中除硫剂在 钻井液中的剩余量。

硫化氢井的除硫剂维护量是在钻进过程中必须保证的除硫剂在钻井液中 的浓度。本发明将除硫剂维护量引入钻井方法中，通过将返出钻井液中除硫 剂的含量与除硫剂维护量进行比较，从而确定出当下需要向钻井液中二次添 加除硫剂的具体量。其中，除硫剂维护量通过对足够多的室内实验和理论推 导进行收集处理而获得。能够理解的是，由于不同的硫化氢井的硫化氢浓度 不同，因此除硫剂维护量与硫化氢井的硫化氢地层的硫化氢浓度相关。

本实施例的钻井方法，对钻井液中除硫剂的加入进行了分次添加，尤其 是在钻进过程中对硫化氢井中的除硫剂的浓度进行实时监测，通过监测结果 与除硫剂维护量确定当下钻进过程中需要的除硫剂的量，有效的避免了除硫 剂瞬时浓度过高而造成的浪费，提高了除硫剂的使用效率，从而更好的保证 了钻井安全。

图2为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例二的流程图。如图2所示， 本实施例提供的钻井方法在上述实施例一的基础上，S101具体包括：

S201：检测钻井液中是否含有除硫剂。

具体地，在确定除硫剂的第一添加量时需要对钻井液进行检测，从而确 定钻井液在第一添加之前是否含有除硫剂，即除硫剂本身是否具有除硫能力。

可以想到的是，如果钻井液中含有除硫剂则会对除硫剂的第一添加量产 生影响。

S202：若钻井液中含有除硫剂，检测钻井液中除硫剂的浓度。

如果钻井液中含有除硫剂，则对除硫剂在钻井液中的浓度进行检测。具 体地，可以采用化学滴定法对除硫剂在钻井液中的浓度进行检测。

S203：根据除硫剂预加量、预测硫化氢浓度和钻井液中除硫剂的浓度确 定第一添加量。

在第一添加之前，如果钻井液中含有一定浓度的除硫剂，则需要在进行 除硫剂的第一添加时考虑钻井液中自身含有的除硫剂，从而确定出更符合当 下含硫化氢井的钻井条件。

可以想到的是，如果在第一添加之前对钻井液进行检测时并未检测到除 硫剂，即钻井液中不包含除硫剂，则可以只根据除硫剂预加量和预测硫化氢 浓度确定第一添加量。

进一步地，根据除硫剂预加量、预测硫化氢浓度和钻井液中除硫剂的浓 度确定第一添加量，包括：

若C≤3290，则Q1＝5且M1＝Q1-W1；

若3290＜C≤19737，则5＜Q1≤10且M1＝Q1-W1；

若19737＜C≤30000，则10＜Q1≤15且M1＝Q1-W1；

若30000＜C≤98684，则15＜Q1≤20且M1＝Q1-W1；

若C＞98684，则Q1＞20且M1＝Q1-W1；

其中，C为预测硫化氢浓度，单位为ppm；Q1为除硫剂预加量，单位为 kg/m³；M1为第一添加量，单位为kg/m³；W1为钻井液中除硫剂的浓度，单 位为kg/m³。

为了更为清楚的表现除硫剂预加量与预测硫化氢浓度的关系，将两者的 对应关系示于表1中。

表1

表1中，不同含硫类型参见SY/T27484《气藏分类》中含硫化氢气藏分类。

发明人经过长期的研究，得到了含硫化氢井的预测硫化氢浓度与除硫剂 预加量的关系(表1)，即，在某一预测硫化氢浓度下，对于即将对硫化氢 地层进行钻进时所使用的钻井液中应该加入除硫剂的量。能够理解的是，由 于本申请通过多次适时的向钻井液中添加除硫剂以提高除硫剂的使用效率， 因此，除硫剂预加量适用于钻进初期应该向钻井液中添加的量，随着钻进的 进行，即，一但有钻井液返出地层，就需要考虑除硫剂的二次添加。

另外，若钻井液中含有浓度为W1的除硫剂时，则计算一次添加量M1 时需要在与预测硫化氢浓度对应的除硫剂预加量Q1中扣除W1。

若钻井液中不含有除硫剂，则一次添加量M1就等于与预测硫化氢浓度 对应的除硫剂预加量Q1。

进一步地，S103具体包括根据返出钻井液中除硫剂的浓度、除硫剂维护 量以及含硫化氢井的硫化氢浓度，确定第二添加量。

其中，上述的含硫化氢井的硫化氢浓度可以为前述预测硫化氢浓度或者 为实际硫化氢浓度。

也就是说，本发明的S103具有两种实施方式。

第一种：根据返出钻井液中除硫剂的浓度、除硫剂维护量以及预测硫化 氢浓度，确定第二添加量。

第二种：根据返出钻井液中除硫剂的浓度、除硫剂维护量以及实际硫化 氢浓度，确定第二添加量。

以下，分别通过两个实施例对上述两种实施方式进行详细介绍。

图3为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例二中S103的第一种实施方式 的流程图。如图3所示，本实施方式具体包括：

S301：检测返出钻井液中除硫剂的浓度。

S302：根据返出钻井液中除硫剂的浓度、除硫剂维护量以及预测硫化氢 浓度，确定第二添加量。

首先，对该实施方式的条件进行说明。

随着钻进的进行以及钻井液的返出，第一钻井液中的除硫剂会进入硫化 氢层与硫化氢反应并逐渐消耗，因此需要及时对除硫剂进行补充。

当钻井液返出时，可以先用醋酸铅试纸对返出钻井液进行定性检测，如 果醋酸铅试纸没有变色则说明返出钻井液中并不含有硫化氢，即在当下钻井 液中的除硫剂是足够的。一般的，该定性检测可以一个迟到时间做一次，该 定量检测可以3-4h做一次，如果定量检测连续12h都没有检测出硫化氢，虽 然能够说明此时没有硫化氢逸出，但是由于第一添加量有限并且已经被逐渐 消耗，因此为了避免钻井液中可能除硫剂的不足，需要确定第二添加量并及 时补入钻井液中。但是此时依旧无法定量出井中的硫化氢浓度，因此此时需要利用预测硫化氢浓度确定第二添加量。

如前所述，除硫剂维护量是在钻进过程中必须保证的除硫剂在钻井液中 的浓度，可以理解，不同的硫化氢浓度对应不同的除硫剂维护量，因此可以 在硫化氢浓度与除硫剂维护量之间建立对应关系，从而根据当前的硫化氢浓 度能够对应处适宜的除硫剂维护量。

同时，如果返出钻井液中还含有一定浓度的除硫剂，则在确定第二添加 量时需要将返出钻井液中除硫剂的浓度考虑进去，从而使第二添加量更加合 理一显著提升除硫剂的效率。

因此，在确定第二添加量时，需要先进行S301，即，先检测返出钻井液 中除硫剂的浓度。然后在进行S302。

进一步地，S302包括：

若N≤1000，则Q2＝2～3且M2＝Q2-W2；

若1000＜N≤10000，则Q2＝6～9且M2＝Q2-W2；

若10000＜N≤19737，则Q2＝10～15且M2＝Q2-W2；

若19737＜N≤30000，则Q2＝20～30且M2＝Q2-W2；

若30000＜N≤98684，则Q2＝30～45且M2＝Q2-W2；

若N＞98684，则Q2＝40～60且M2＝Q2-W2；

其中，N为预测硫化氢浓度，单位为ppm；Q2为除硫剂维护量，单位为 kg/m³；M2为第二添加量，单位为kg/m³；W2为返出钻井液中除硫剂的浓度， 单位为kg/m³。

为了更为清楚的表现除硫剂维护量与预测硫化氢浓度的关系，将两者的 对应关系示于表2中。

表2

表2中，不同含硫类型参见SY/T27484《气藏分类》中含硫化氢气藏分类。

发明人经过长期的研究，得到了含硫化氢井的预测硫化氢浓度与除硫剂 维护量的关系，即，在某一预测硫化氢浓度下，在对硫化氢地层进行钻进时 所使用的钻井液中应该含有的除硫剂的量，即在钻进过程中除硫剂的浓度不 得低于在该硫化氢浓度下的除硫剂维护量。

另外，若返出钻井液中含有浓度为W2的除硫剂时，则计算二次添加量 M2时需要在与预测硫化氢浓度对应的除硫剂维护量Q2中扣除W2。

图4为本发明含硫化氢井的钻井方法实施例二中S103的第一种实施方式 的流程图。如图4所示，本实施方式具体包括：

S401：检测返出钻井液中除硫剂的浓度。

S402：根据返出钻井液中除硫剂的浓度、除硫剂维护量以及实际硫化氢 浓度，确定第二添加量。

首先，对该实施方式的条件进行说明。

随着钻进的进行以及钻井液的返出，第一钻井液中的除硫剂会进入硫化 氢层与硫化氢反应并逐渐消耗，因此需要及时对除硫剂进行补充。

当钻井液返出时，可以先用醋酸铅试纸对返出钻井液进行定性检测，如 果醋酸铅试纸变色则说明返出钻井液中含有硫化氢，即在当下钻井液中的除 硫剂是不够的，此时，就可以检测出返出钻井液中硫化氢的浓度，该浓度即 为实际硫化氢浓度。因此，当通过醋酸铅试纸定性检测到硫化氢后，就需要 利用实际硫化氢浓度确定第二添加量。

同时，如果返出钻井液中还含有一定浓度的除硫剂，则在确定第二添加 量时需要将返出钻井液中除硫剂的浓度考虑进去，从而使第二添加量更加合 理一显著提升除硫剂的效率。

因此，在确定第二添加量时，需要先进行S401，即，先检测返出钻井液 中除硫剂的浓度，然后在进行S302，其中，S401与S301相同。

进一步地，S402包括：

若N≤1000，则Q2＝2～3且M2＝Q2-W2；

若1000＜N≤10000，则Q2＝6～9且M2＝Q2-W2；

若10000＜N≤19737，则Q2＝10～15且M2＝Q2-W2；

若19737＜N≤30000，则Q2＝20～30且M2＝Q2-W2；

若30000＜N≤98684，则Q2＝30～45且M2＝Q2-W2；

若N＞98684，则Q2＝40～60且M2＝Q2-W2；

其中，N为实际硫化氢浓度，单位为ppm；Q2为除硫剂维护量，单位为 kg/m³；M2为第二添加量，单位为kg/m³；W2为返出钻井液中除硫剂的浓度， 单位为kg/m³。

为了更为清楚的表现除硫剂维护量与预测硫化氢浓度的关系，将两者的 对应关系示于表3中。

表3

另外，若返出钻井液中含有浓度为W2的除硫剂时，则计算二次添加量 M2时需要在与预测硫化氢浓度对应的除硫剂维护量Q2中扣除W2。

通过表2与表3的对比可以发现，两个表之间仅是硫化氢浓度种类的不 同，即表2为预测硫化氢浓度与除硫剂维护量的对应关系，表3为实际硫化 氢浓度与除硫剂维护量的对应关系，但实际两个表中的对应关系相同。因此， 不论返出钻井液中是否含有硫化氢，都可以采用表2或表3中的任一一个确 定第二添加量，只是当返出钻井液中不含有硫化氢时，通过预测硫化氢浓度、 表2(或表3)以及返出钻井液中除硫剂的浓度计算第二添加量；当返出钻井 液中含有硫化氢时，还需要检测返出钻井液中的硫化氢浓度，即实际硫化氢 浓度，然后通过实际硫化氢浓度、表3(或表2)以及返出钻井液中除硫剂的 浓度计算第二添加量。

值得注意的是，如果预测硫化氢浓度或实际硫化氢浓度跨域表2或表3 中的两个硫化氢浓度区间，例如，预测硫化氢浓度为6000-15000ppm，则除 硫剂维护量取较小区间所对应的数值，即取6-9，kg/m³。

需要强调的是，第二添加在钻井过程中需要执行多次，以适当频率监测 返出钻井液，避免由于硫化氢泄露而导致钻井事故的发生。

进一步地，实际硫化氢浓度根据返出钻井液中硫离子浓度、返出钻井液 中硫氢根离子浓度、钻井液中硫离子浓度以及钻井液中硫氢根离子浓度获取。

硫化氢作为一种酸性气体，为二元酸，在水溶液中存在如下电离平衡：

H₂S＝H⁺+HS^-；HS^-＝H⁺+S^2-

硫化氢在水溶液中主要存在H₂S、HS^-、S^2-三种形式。根据硫化氢的电离 平衡可以计算出不同pH值下水溶液中硫化氢的存在形式以及不同组分的含 量分布情况。

图5为不同pH值下水溶液中硫化氢的存在形式以及不同组分的含量分 布情况，如图5所示，当pH值大于9.5的时候，H₂S以HS^-、S^2-形式存在； 当pH值小于4.7以后，以H₂S形式存在；当pH值在4.7～9.5之间时，H₂S 以以HS^-、H₂S形式存在。在含硫井段钻井时，钻井液pH值一般会大于9.5。 因此，硫化氢进入井筒后，首先会同钻井液中的NaOH发生反应，即在强碱条件下硫化氢的存在形式先以S^2-、HS^-形式存在，反应方程式如式(1)和式 (2)所示。随硫化氢污染的加重，钻井液pH值逐渐降低，当到达一定程度 以后，才形成硫化氢气体扩散到空气中。

2NaOH+H₂S＝Na₂S+2H₂O (1)

NaOH+H₂S＝NaHS+H₂O (2)

也就是说，当醋酸铅试纸变色时，虽然证明有硫化氢的逸出，但硫化氢 是以硫离子和硫氢根离子的形式存在的。因此，可以通过电位滴定法检测出 返出钻井液中硫离子与硫氢根离子的浓度获取返出钻井液中实际硫化氢浓 度。

值得注意的是，为了获得更加精确的实际硫化氢浓度，还需要考虑钻井 液中是否含有硫离子和硫氢根离子，即，在第一添加之前，钻井液中是否自 带硫离子和/或硫氢根离子。

也就是说，在第一添加之前，还需要对钻井液中硫离子和硫氢根离子的 浓度进行检测。如果钻井液中不含有硫离子和/或硫氢根离子，则说明返出钻 井液中的硫离子与硫氢根离子全是井中硫化氢在碱性条件下电离得到，因此 仅通过返出钻井液中硫离子与硫氢根离子的浓度就能够计算出实际硫化氢浓 度；如果钻井液中含有硫离子和/或硫氢根离子，则说明返出钻井液中的硫离 子与硫氢根离子有一部分是井中硫化氢在碱性条件下电离得到，有一部分是 钻井液自带的，因此需要将钻井液中的硫离子和/或硫氢根离子从返出钻井液 中的硫离子和硫氢根离子扣除，从而得到实际硫化氢浓度。

与返出钻井液中硫离子与硫氢根离子的浓度检测方法相同，钻井液中的 硫离子与硫氢根离子的浓度检测方法也可以采用电位滴定法。

另外，本发明中除硫剂的浓度均是以碱式碳酸锌计。

本发明的钻井方法依托硫化氢快速检测、钻井液中除硫剂浓度等检测手 段，建立规范科学有效的除硫剂使用方法，形成含硫化氢井段预防硫化氢污 染的钻井方法，提高除硫剂使用效率、降低含硫井钻井风险，可以在本领域 进行大规模的应用。

以下，通过两个具体应用实施例对本发明的钻井方法进行应用介绍。

应用实施例一

本应用实施例利用本发明的钻井方法非某油田801井含硫化氢井段进行 安全钻进操作。

801井位于位于新疆维吾尔自治区和田地区民丰县境内，井区处于塔克拉 玛干沙漠腹地，地表被黄沙覆盖，主要地貌为沙丘及沙丘间洼地，沙丘相对 高程一般在100m左右，该井设计井深5966m，目的层为鹰山组，含硫化氢 井段为5590～5966m，以该井同一断裂带已钻井硫化氢含量情况为参考借鉴， 本井预测硫化氢浓度6000～15000ppm，为中含硫井。

801井含硫化氢井段从2017年8月2日开始至完钻，进行了本发明方法 的实施，具体进行了钻井液中硫化氢污染监测、钻井液中除硫剂有效含监测 以及钻井液滤液中硫化物处理及除硫剂维护相关工作，具体见表4。

其中，钻井液自身不含有除硫剂以及硫离子和硫氢根离子。

8月2日，根据预测硫化氢浓度以及表1，预先按照第一添加量为10kg/m ³向钻井液中添加除硫剂。之后钻井过程中，及时进行监测，8月7日，对返 出钻井液进行检测，其中，返出钻井液中不含有硫化氢且返出钻井液中除硫 剂浓度为4.4kg/m³(低于表2中预测硫化氢浓度为6000～15000ppm的除硫剂 维护量)，于是及时按照表2中Q2＝6-9kg/m³及时补充除硫剂，到8月8日， 对返出钻井液进行检测，其中，返出钻井液中不含有硫化氢且返出钻井液中 除硫剂浓度为6.9kg/m³(低于表2中预测硫化氢浓度为6000～15000ppm的除 硫剂维护量)，于是又及时按照表2中Q2＝6-9kg/m³及时补充除硫剂，直到 完钻。整个钻进过程中钻井液中除硫剂含量维持较高水平，确保钻井安全。

801井在钻井完成之后，开井试油过程中，对生产出来的油气取样测的其 硫化氢浓度4280-4350ppm，由于实施了本发明的方法，防止了硫化氢进入对 钻井造成损害。

表4

应用实施例二

本应用实施例利用本发明的钻井方法非某油田8-2X井含硫化氢井段进行 安全钻进操作。

8-2X井位于位于新疆维吾尔自治区和田地区民丰县境内，地表与801井 相似，该井设计井深5966m，目的层为鹰山组，含硫化氢井段为5880～5966m， 以该井同一断裂带已钻井硫化氢含量情况为参考借鉴，本井预测硫化氢浓度 10000～15000ppm，为中含硫井。

8-2X井含硫化氢井段从2017年8月7日开始至完钻，进行了本发明方法 的实施，具体进行了钻井液中硫化氢污染监测、钻井液中除硫剂有效含监测 以及钻井液滤液中硫化物处理及除硫剂维护相关工作，具体见表4。

其中，钻井液自身不含有除硫剂以及硫离子和硫氢根离子。

8月7日，根据预测硫化氢浓度以及表1，预先按照第一添加量为10kg/m ³向钻井液中添加除硫剂。之后钻井过程中，及时进行监测，8月9日，对返 出钻井液进行检测，其中，返出钻井液中不含有硫化氢且返出钻井液中除硫 剂浓度为6.3kg/m³(低于表2中预测硫化氢浓度为10000～15000ppm的除硫 剂维护量)，于是及时按照表2中Q2＝10～15及时补充除硫剂，到8月10日， 对返出钻井液进行检测，其中，返出钻井液中不含有硫化氢且返出钻井液中 除硫剂浓度为6.9kg/m³(低于表2中预测硫化氢浓度为6000～15000ppm的除 硫剂维护量)，于是又及时按照表2中Q2＝10～15及时补充除硫剂，直到完 钻。整个钻进过程中钻井液中除硫剂含量维持较高水平，确保钻井安全。

8-2X井在钻井完成之后，开井试油过程中，对生产出来的油气取样测的 其硫化氢浓度120-220ppm，由于实施了本发明的方法，防止了硫化氢进入对 钻井造成损害。

表5

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。