【正文】 鉆井液配漿材料 與處理劑 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 鉆井液工藝原理電子教案 —第六章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 ? 本章要點(diǎn)： ? 鉆井液配漿原材料與常見(jiàn)處理劑有哪些； ? 鉆井液加重劑的用量計(jì)算； ? 鉆井液常用處理劑作用機(jī)理 隨著鉆井液體系的不斷更新，配漿原材料和處理劑的品種也在不斷地增加， 處理劑的性能、質(zhì)量和技術(shù)水平實(shí)際上代表了鉆井液工藝技術(shù)的發(fā)展水平 。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1972年我國(guó)鉆井液材料和處理劑總共只有 21種， 1975年以后開(kāi)始取得突破性進(jìn)展，到 1983年底增至 76種， 1993年增加到 16類共 260種。近幾年在各種新型聚合物、正電膠和聚合醇等高效處理劑的研究方面，又分別取得了新的進(jìn)展。 一般來(lái)講， 鉆井液配漿原材料是指在配漿中用量較大的基本組分 ， 處理劑則是指用于改善和穩(wěn)定鉆井液性能，或?yàn)闈M足鉆井液某種性能需要而加人的化學(xué)添加劑 。處理劑是鉆井液的核心組分，往往很少的加量就會(huì)對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生極大的影響。 鉆井液原材料和處理劑的種類品種繁多。為了使用和研究方便，有必要將它們進(jìn)行分類。目前主要有以下兩種分類方法。 第一類分類方法是 按其組成分類 。通常分為鉆井液 原材料、無(wú)機(jī)處理劑、有機(jī)處理劑和表面活性劑 四大類。其中無(wú)機(jī)處理劑又可分為氯化物、硫酸鹽、堿類、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和重鉻酸鹽和混合金屬層狀氫氧化物 (即正電膠 )類等。有機(jī)處理劑通?？煞譃樘烊划a(chǎn)品、天然改性產(chǎn)品和有機(jī)合成化合物。按其化學(xué)組分又可分為下列幾類：腐植酸類、纖維素類、木質(zhì)素類、丹寧酸類、瀝青類、淀粉類和聚合物類等。 第二類分類方法是按其在鉆井液中 所起的作用或功能分類 。我國(guó)鉆井液標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)根據(jù)國(guó)際上的分類法，并結(jié)合我國(guó)的具體情況，將鉆井液配漿材料和 處理劑共分為以下 16類，即 (1)降濾失劑； (2)增粘劑； (3)乳化劑，使油水乳化產(chǎn)生乳狀液； (4)頁(yè)巖抑制劑 ； (5)堵漏劑； (6)降粘劑； (7)緩蝕劑； (8)粘土類； (9)潤(rùn)滑劑； (10)加重劑； (11)殺菌劑； (12)消泡劑； (13)泡沫劑； (14)絮凝劑； (15)解卡劑； (16)其它類等。 這 16類處理劑所起的作用各不相同，但在配制和使用鉆井液時(shí)，并不同時(shí)使用這些處理劑，而 僅僅根據(jù)需要使用其中的幾種 。有時(shí)，一種處理劑在鉆井液中同時(shí)具有幾種作用。例如，有的降失水劑同時(shí)兼有增粘或降粘作用，絮凝劑同時(shí)兼有增粘劑的作用等。本章將以上兩種分類方法結(jié)合起來(lái)，除介紹常用的配漿原材料和無(wú)機(jī)處理劑外，重點(diǎn)介紹幾類重要的有機(jī)處理劑，即降粘劑、降濾失劑、頁(yè)巖抑制劑、絮凝劑和堵漏劑等。 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 第一節(jié) 鉆井液配漿原材料 一、粘土類 膨潤(rùn)土 是水基鉆井液的重要配漿材料。有的文獻(xiàn)將膨潤(rùn)土定義為具有蒙脫石的物理化學(xué)性質(zhì)，含蒙脫石不少于 85％的粘土礦物。 評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土好壞的標(biāo)準(zhǔn)是造漿率，即每噸膨潤(rùn)土可以配制粘度為 15mpas的鉆井液的體積數(shù)，m3。一般要求 1 t膨潤(rùn)土至少能夠配制出粘度為 15mpas的鉆井液 16m3。鈉膨潤(rùn)土的造漿率一般較高，而鈣膨潤(rùn)土則需要通過(guò)加入純堿使之轉(zhuǎn)化為鈉膨潤(rùn)土后方可使用。目前我國(guó)將配制鉆井液所用的膨潤(rùn)土分為三個(gè)等級(jí)：一級(jí)為符合 API標(biāo)準(zhǔn)的鈉膨潤(rùn)土；二級(jí)為改性土，經(jīng)過(guò)改性符合 OCMA標(biāo)準(zhǔn)要求；三級(jí)為較次的配漿土，僅用于性能要求不高的鉆井液。 由于無(wú)機(jī)鹽對(duì)膨潤(rùn)土的水化分散具有一定的抑制作用，因此膨潤(rùn)土在淡水和鹽水中的造漿率不同，鹽水造漿率一般要低一些。 將膨潤(rùn)土先在淡水中預(yù)水化，然后再加入鹽水中，可以提高其在鹽水中的造漿率 。 膨潤(rùn)土在淡水鉆井液中具有以下作用： (1)增加粘度和切力，提高井眼凈化能力； (2)形成低滲透率的致密泥餅，降低濾失量； (3)對(duì)于膠結(jié)不良的地層，可改善井眼的穩(wěn)定性； (4)防止井漏 。 海泡石、凹凸棒石和坡縷縞石 是較典型的抗鹽、耐高溫的粘土礦物，主要用于 配制鹽水鉆井液和飽和鹽水鉆井液 。用抗鹽粘土配制的鉆井液一般形成的泥 餅質(zhì)量不好，濾失量較大。因此，必須配合使用降濾失劑。海泡石有很強(qiáng)的造漿能力，用它配制的鉆井液具有較高的熱穩(wěn)定性。此外，海泡石還具有一定的酸溶性 (在酸中可溶解 60％左右 )，因此，在保護(hù)油氣層的鉆井液中，還可用做酸溶性暫堵劑。在我國(guó)，由于目前這幾種抗鹽粘土的礦源相對(duì)較少，因此在鉆井液中的應(yīng)用尚不普遍。 有機(jī)土是由膨潤(rùn)土經(jīng)季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑處理而制成的親油膨潤(rùn)土 。有機(jī)土可以在油中分散，形成結(jié)構(gòu)，其作用與水基鉆井液中的膨潤(rùn)土類似。 二、加重材料 1．常用的鉆井液加重材料 加重材料又稱加重劑，由不溶于水的惰性物質(zhì)經(jīng)研磨加工制備而成。為了對(duì)付高壓地層和穩(wěn)定井壁，需將其添加到鉆井液中以提高鉆井液的密度。加重材料應(yīng)具備的條件是自身的密度大，磨損性小，易粉碎 ；并且應(yīng) 屬于惰性物質(zhì)，既不溶于鉆井液，也不與鉆井液中的其它組分發(fā)生相互作用 。 鉆井液的常用加重材料有以下幾種： (1)重晶石粉 重晶石粉是一種以 BaSO4為主要成分的天然礦石，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后而制成的灰白色粉末狀產(chǎn)品。按照 API標(biāo)準(zhǔn)，其密度應(yīng)達(dá)到 ，粉末細(xì)度要求通過(guò) 200目篩網(wǎng)時(shí)的篩余量 ％。重晶石粉一般用于加重密度不超過(guò) g/cm3的水基和油基鉆井液，它是目前應(yīng)用最廣泛的一種鉆井液加重劑。 (2)石灰石粉 (Limestone) 石灰石粉的主要成分為 CaCO3，密度為 ～ g/cm3。易與鹽酸等無(wú)機(jī)酸類發(fā)生反應(yīng)，生成 CO H2O和可溶性鹽，因而 適于在非酸敏性而又需進(jìn)行酸化作業(yè)的產(chǎn)層中使用，以減輕鉆井液對(duì)產(chǎn)層的損害 。但由于其密度較低，一般只能用于 配制密度不超過(guò) 1. 68 g/cm3 的鉆井液和完井液。 (3)鐵礦粉 (Hematite)和鈦鐵礦粉 (Ilmenite) 前者的主要成分為 Fe2O3，密度 ～ g/cm3；后者的主要成分為TiO2?Fe2O3，密度 ~ g/cm3。均為棕色或黑褐色粉末。因它們的密度均大于重晶石，故 可用于配制密度更高的鉆井液 。此外，由于鐵礦粉和鈦鐵礦粉均具有一定的酸溶性，因此 可應(yīng)用于需進(jìn)行酸化的產(chǎn)層 。 由于這兩種加重材料的硬度約為重晶石的兩倍，因此 耐研磨，在使用中顆粒尺寸保持較好，損耗率較低。但另一方面，對(duì)鉆具、鉆頭和泥漿泵的磨損也較為嚴(yán)重 。在我國(guó)，鐵礦粉是用量?jī)H次于重晶石的鉆井液加重材料。 (4)方鉛礦粉 (Galena) 方鉛礦粉是一種主要成分為 PbS的天然礦石粉末，一般呈黑褐色。由于其密度高達(dá) ～ g/cm3，因而可用于配制超高密度鉆井液，以控制地層出現(xiàn)異常高壓。由于該加重劑的成本高、貨源少， 一般僅限于在地層孔隙壓力極高的特殊情況下使用 。如我國(guó)滇黔桂石油勘探局在官 3井使用方鉛礦，配制出密度為 的超高密度鉆井液 。 BBB mVVVV????? 112BmVV ?? 1122 ??? ?? ?2112???????BBVV2．加重材料用量的計(jì)算 以重晶石為例，對(duì)于某一給定的鉆井液體系，確定加重材料用量的方法。 加重前、后的體積關(guān)系 可用下式表示： 式中， V V VB：分別表示加重前、加重后的鉆井液體積和重晶石的體積， mB， ρ B為重晶石的質(zhì)量和密度。與此同時(shí)，鉆井液在 加重前、后的質(zhì)量關(guān)系 其中： ρ l和 ρ 2分別為加重前、后的鉆井液密度。 由式 (2)， mB＝ ρ 2V2ρ lVl，將其代人式 (1)可得到 V2的計(jì)算 求出 V2后，重晶石用量可由下式求得： mB=(V2V1) ρ B （ 1） 然而有時(shí)因受現(xiàn)場(chǎng)泥漿池容積的限制，加重前必須排掉一部分鉆井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重鉆井液，這樣就不會(huì)造成加重劑的浪費(fèi)，這種情況下，首先根據(jù)加重后可以容納的體積 V2，用下式求出應(yīng)保留的原漿的體積： ? ?? ?1221 ???????BBVV然后仍用式 (1)求出重晶石的用量。 （ 2） 如：用重晶石（ ρB=）把 200 m3鉆井液由密度 ρ1=重到 ρ2=，并且每 100kg重晶石需同時(shí)加入 9L水以防止鉆井液過(guò)度增稠，試求： ⑴若最終體積無(wú)限制，需加入重晶石多少噸？ ⑵若最終體積為 200 m3，需加入重晶石多少噸，放掉鉆井液多少方？ 最終體積無(wú)限制，需加入重晶石 。最終體積為 200 m3，需加入重晶石 110噸，放掉鉆井液 36方。 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 第一節(jié) 配漿原材料 三、配漿水和油 水是配制各種鉆井液都不可缺少的基本組分 。 在水基鉆井液中，水是分散介質(zhì) ，大多數(shù)處理劑均通過(guò)溶解于水而發(fā)揮作用；在 泡沫鉆井液中水也是作為連續(xù)相 ，空氣在起泡劑和穩(wěn)泡劑的作用下分散在水中；在 油包水乳化鉆井液中，水是分散相 ，往往水中又含有一定量的無(wú)機(jī)鹽，如氯化鈉和氯化鈣等； 在霧流體中，是作為分散相 ，成小顆粒狀分散于氣中。 實(shí)踐證明， 鉆井液性能與配漿水的性質(zhì)密切相關(guān) 。多數(shù)情況下，為節(jié)約成本，都是就地取材，但是地區(qū)不同水質(zhì)相差很大，水中的各種雜質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽類、細(xì)菌和氣體等對(duì)鉆井液的性能有很大影響。 例如： 無(wú)機(jī)鹽：會(huì)導(dǎo)致膨潤(rùn)土的造漿率降低，以及鉆井液的濾失量增大；細(xì)菌：淀粉類處理劑發(fā)酵，聚合物處理劑容易降解，細(xì)菌的大量繁殖還會(huì)對(duì)油氣層造成損害；氣體的存在則會(huì)加劇鉆具的腐蝕 等。二氧化碳的氣蝕、碳酸腐蝕等。因此，配制鉆井液時(shí)必須預(yù)先了解配漿水的水質(zhì)，不合格的水需經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后才能使用。 自然界的水分類 按來(lái)源分：地面水和地下水； 按其酸堿性分：酸性水、中性水和堿性水； 按所含無(wú)機(jī)鹽的類別分： NaCl型、 CaCl2型、 MgCl2型、Na2SO4型和 NaHCO3型水等。 在鉆井液工藝中，根據(jù)水中可溶性無(wú)機(jī)鹽含量的多少，一般將配漿水分為以下三類：含鹽量較少 (總鹽度低于 10 000mg／ 1)的淡水，鉆井液稱做淡水鉆井液；含鹽量較多的鹽水，與之對(duì)應(yīng)鉆井液稱作鹽水鉆井液；含鹽量達(dá)飽和的飽和鹽水，與之對(duì)應(yīng)鉆井液飽和鹽水鉆井液。 此外，常將含 Ca2+、 Mg2+較多的水稱為硬水。 原油、柴油和低毒礦物油 也是配制鉆井液時(shí)常用的原材料。在油基鉆井液中，常選用柴油和礦物油作為連續(xù)相。 在水基鉆井液中，也常混入一定量的原油或柴油，以提高其潤(rùn)滑性能，并起降低濾失量的作用 。在使用過(guò)程中，應(yīng)注意油品的粘度不宜過(guò)高，否則鉆井液的流變性不易調(diào)控。此外，還應(yīng)考慮油晶的價(jià)格和對(duì)環(huán)境可能造成的影響。對(duì)于探井，應(yīng)考慮其熒光度對(duì)油氣顯示的影響。在選用原油時(shí)，應(yīng)考慮其凝固點(diǎn)以及石蠟、瀝青質(zhì)含量等，以免對(duì)油氣層造成不良的影響。 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 第二節(jié) 鉆井液的酸堿度 增加鉆井液中粘土的分散程度 適當(dāng)控制 Ca2+、 Mg2+等離子的存在狀態(tài) 減輕鉆具腐蝕，鐵的活性比氫強(qiáng)，容易與氫離子發(fā)生反應(yīng)造成腐蝕 一些處理劑的要求，在弱堿性狀態(tài)才能充分發(fā)揮作用。 鉆井液的酸堿性直接影響鉆井液中粘土的分散程度、處理劑的性能發(fā)揮，以及 Ca2+、 Mg2+等離子的存在狀態(tài)等，另外，鉆井液的酸堿性與它的流變性和對(duì)鉆具的腐蝕性密切相關(guān)。 鉆井液的 pH值一般保持在 8～ 10之間，弱堿性，為什么 ？ 為什么說(shuō)能夠適當(dāng)控制 Ca2+、 Mg2+等離子的存在狀態(tài) ? pH值與維持堿性離子之間的關(guān)系，維持堿性的離子包括：氫氧根、碳酸氫根、碳酸根等。具有如下關(guān)系： 堿度：鉆井液濾液中和酸（堿）的能力 Pf—酚酞堿度 Mf—甲基橙堿度 酚酞堿度 ：以酚酞作為酸堿指示劑時(shí)，滴定每毫升鉆井液濾液所需的標(biāo)準(zhǔn)酸（ ）的毫升數(shù)。 或：滴定每毫升鉆井液濾液 pH為 時(shí)，消耗的標(biāo)準(zhǔn)酸的毫升數(shù)。 甲基橙堿度 ：以甲基橙作為酸堿指示劑時(shí)，滴定每毫升鉆井液濾液所需的標(biāo)準(zhǔn)酸（ ）的毫升數(shù)?；颍旱味亢辽@井液濾液 pH為，消耗的標(biāo)準(zhǔn)酸的毫升數(shù)。 酸堿度與碳酸根、碳酸氫根的關(guān)系 a. Pf=0, 只有 HCO3－ b. Pf= Mf, 只有 OH－ c. 2Pf= Mf, 只有 CO32－ d. 酸堿度調(diào)節(jié) ：鉆井液酸堿性調(diào)節(jié)主要是通過(guò)純堿和燒堿，碳酸鈉和氫氧化鈉。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第三節(jié) 無(wú)機(jī)處理劑 一、常用的無(wú)機(jī)處理劑 無(wú)機(jī)處理劑