【正文】 ，放掉鉆井液 36方。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。 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。在油基鉆井液中，常選用柴油和礦物油作為連續(xù)相。對(duì)于探井，應(yīng)考慮其熒光度對(duì)油氣顯示的影響。 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?；颍旱味亢辽@井液濾液 pH為，消耗的標(biāo)準(zhǔn)酸的毫升數(shù)。易吸潮結(jié)塊，注意防潮，水溶液呈堿性 (pH值為)， 在水中容易電離和水解。 稱之為鹽析 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 2．燒堿 燒堿即氫氧化鈉，分子式為 NaOH。 作用 ： a. 主要用于調(diào)節(jié)鉆井液的 pH值； b. 與丹寧、褐煤等酸性處理劑一起配合使用，使之分別轉(zhuǎn)化為丹寧酸鈉、腐植酸鈉等有效成分 ； c. 還可用于控制鈣處理鉆井液中 Ca2+的濃度等。并且隨溫度升高溶解度降低。 石膏 石膏的化學(xué)名稱為硫酸鈣，分子式為 CaSO4。常溫下溶解度較低 (約為 ％ )，但 稍大于石灰 。其差別在于石膏提供的鈣離子濃度比石灰高一些，此外用石膏處理可避免鉆井液的 pH值過(guò)高。 作用 ：其溶解度隨溫度升高而增大。純晶不易潮解，但含 MgCl2和 CaCI2等雜質(zhì)的工業(yè)食鹽容易吸潮。 7．氯化鉀 氯化鉀的分子式為 KCl 特性 ：外觀為白色立方晶體，常溫下密度為 g／ cm3，熔點(diǎn)為 776℃ 。與聚合醇配和使用，能夠明顯提高聚合醇的防塌能力，另外，鉀離子的防塌能力與陰離子有關(guān)。 n值在 3以上的稱為中性水玻璃， n值在 3以下的稱為堿性水玻璃。 水玻璃對(duì)泥頁(yè)巖的水化膨脹有一定的抑制作用，故有較好的防塌性能 。 此外，水玻璃溶液遇 Ca2+、 Mg2+和 Fe3+等高價(jià)陽(yáng)離子會(huì)產(chǎn)生沉淀。 硅酸鹽鉆井液是最重要的防塌鉆井液體系之一 ，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用中均取得很好的效果。 MMH主要是由二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子組成的具有類似于水滑石的層狀結(jié)構(gòu)的氫氧化物。所以產(chǎn)生的效果截然相反。這一過(guò)程對(duì)改善粘土造漿性能、配制鈣處理鉆井液以及防塌等方面都很重要，對(duì)鉆井液性能的影響也較大。然而在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液的 pH值會(huì)因發(fā)生鹽侵、鹽水侵、水泥侵和井壁吸附等各種原因而發(fā)生變化，其中 pH值趨于下降的情況更為常見(jiàn)。此時(shí)，可先加入適量燒堿除去 Mg2+，然后用適量純堿除去 Ca2+。 3．沉淀作用 利用某些無(wú)機(jī)處理劑的絡(luò)合作用，同樣可以有效地除去鉆井液中的Ca2+、 Mg2+等污染離子。通過(guò)絡(luò)合能有效地抑制腐植酸鈉和鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽的熱分解。 只有通過(guò)加入適量燒堿才使之轉(zhuǎn)化為可溶性鹽 ，如單寧酸鈉和腐植酸鈉，才能充分發(fā)揮其效能。若粘度、切力過(guò)大，則會(huì)造成開(kāi)泵困難、鉆屑難以除去或鉆井過(guò)程中激動(dòng)壓力過(guò)大等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致各種井下復(fù)雜情況。在分散型稀釋劑中主要有丹寧類和木質(zhì)素磺酸鹽類，聚合物型稀釋劑主要包括共聚型聚合物降粘劑和低分子聚合物降粘劑等。 b. 其水溶液呈酸性。降粘能力減弱。雙五倍子酸進(jìn)一步水解，可生成五倍子酸。 由于降粘劑主要在粘土顆粒的端面起作用，因此 用量一般較少 。也就是說(shuō)， 降低的主要是動(dòng)切力，而對(duì)塑性粘度的影響較小 。通常造紙廠供應(yīng)的紙漿廢液是一種已濃縮的粘稠的棕黑色液體，其中固體含量約為 35％ 50％，密度為 ～ ／ cm3。 由于鐵鉻鹽分子中有磺酸基， Fe3+和 Cr3+與木質(zhì)素磺酸鹽又形成了相當(dāng)穩(wěn)定的螯合物，所以鐵鉻鹽是一種抗鹽、抗鈣的有效降粘劑； 能用于淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中，并可用于各種鈣處理鉆井液中。 (2)鐵鉻鹽的性質(zhì) 稀釋機(jī)理包括兩個(gè)方面： 一是在粘土顆粒的斷鍵邊緣上形成吸附水化層，從而削弱粘土顆粒之間的端 — 面和端 — 端連接，從而削弱或拆散空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，致使鉆井液的粘度和切力顯著降低； 二是鐵鉻鹽分子在泥頁(yè)巖上的吸附，有抑制其水化分散的作用，這不僅有利于井壁穩(wěn)定，還可以防止泥頁(yè)巖造漿所引起的鉆井液粘度和切力上升。 (3)鐵鉻鹽的稀釋機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 X—40系列降粘劑產(chǎn)品包括 X—A40及 X—B40兩種。 X—B40是丙烯酸鈉與丙烯磺酸鈉的相對(duì)分子質(zhì)量較低的共聚物。 3． X— 40系列降粘劑 分子量 ：約為 2 000的 兩性離子聚合物稀釋劑 功能團(tuán) ：陽(yáng)離子基團(tuán)、陰離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)，屬于乙烯基單體多元共聚物。同時(shí)，它在其它鉆井液體系，包括分散鉆井液體系中也能有效地降粘。 兩性離子降粘劑還具有一定的 抑制頁(yè)巖水化的作用 ，這是因?yàn)榉肿渔溨械挠袡C(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)吸附于粘土表面之后， 一方面中和了粘土表面的一部分負(fù)電荷，削弱了粘土的水化作用 ；另一方面這種 特殊分子結(jié)構(gòu)使聚合物鏈之間更容易發(fā)生締合 ，因此，盡管其相對(duì)分子質(zhì)量較低，仍能對(duì)粘土顆粒進(jìn)行包被，不減弱體系抑制性。 降濾失劑又稱為濾失控制劑、降失水劑。由于其品種繁多，下面僅選擇每一類中具有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行介紹。 主要功能團(tuán) ： 酚羥基、羧酸基、醇羥基、醌基、甲氧基和羰基等，由于分子量較大，一般難溶于水，但易 溶于堿溶液，生成腐植酸鈉 是作為鉆井液降濾失劑的有效成分。 燒堿不足，腐植酸不能全部溶解；燒堿過(guò)量，又使腐植酸聚結(jié)沉淀，反而使腐植酸鈉含量降低 。 腐植酸鈉能與 Na+、 Ca2+生成難溶的腐植酸鹽沉淀而失效，所以它 不抗鹽不抗鈣 。主要根據(jù)褐煤中腐殖酸的含量確定燒堿加量。制備時(shí)，兩者的配比為腐植酸： HNO3＝ 1： 2。其抗鈣能力也較強(qiáng)， 可用于配制不同 pH值的石灰鉆井液。具有很高的熱穩(wěn)定性和較好的防塌效果。 磺甲基水化基團(tuán)，與煤堿劑相比， 磺甲基褐煤的降濾失效果更進(jìn)一步增強(qiáng)。但 與磺甲基酚醛樹脂配合處理時(shí)，抗鹽能力可大大提高 。主要原因有：偷工減料、技術(shù)檢測(cè)、生產(chǎn)工藝不確定。 f. 用 NaOH或 KOH提取，然后加入甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉混合溶液，進(jìn)行 磺甲基化，再加入重鉻酸鉀或重鉻酸鈉，進(jìn)行氧化、螯合等一些復(fù)雜反應(yīng) ，生成鉻腐植酸， 抗溫可達(dá) 200℃ 。干燥速度較快，不受天氣條件限制，需消耗一定量的能源，同時(shí)仍需要粉碎。 (1)鈉羧甲基纖維素的物理特性 純凈的鈉羧甲基纖維素為 白色纖維狀粉末 ，具有吸濕性，溶于水后形成膠狀液。研究表明，決定鈉羧甲基纖維素性質(zhì)和用途的因素主要有兩個(gè)：一是聚合度 n，二是取代度 d。 （ 3）分類 不同聚合度的 CMC水溶液的粘度有很大差別。一般用做懸浮劑、封堵劑及增稠劑。既起降濾失作用，又可提高鉆井液的粘度。主要用做降濾失劑。如果兩個(gè)鏈節(jié)上只有一個(gè)羥基被醚化了，則取代度為 。 屬于 陰離子型聚電解質(zhì) ，鈉羧甲基纖維素分子中羧鈉基 (COONa)上的Na+在水溶液中易電離，生成帶有 COO基團(tuán)的長(zhǎng)鏈狀的多價(jià)陰離子。因?yàn)榇藭r(shí)羧鈉基上的 Na+大多處于離解狀態(tài)， COO之間的靜電斥力使分子鏈易于伸展，所以表現(xiàn)為粘度較高。而且，無(wú)機(jī)鹽與 CMC的加入順序?qū)φ扯认陆档姆扔泻艽笥绊?。這是由于在高溫下分子鏈的溶劑化作用會(huì)明顯減弱，使分子鏈容易變得彎曲。 (5)鈉羧甲基纖維素的降濾失機(jī)理 a. 吸附作用 具有高粘度和彈性的吸附水化層對(duì)泥餅的堵孔作用 和 CMC溶液的高粘度也在一定程度上起降濾失的作用。 （ 6）改性產(chǎn)品 a. 提高抗溫性 在 CMC分子中引入某些基團(tuán)。 ?抗鹽性較好，特別是羥乙基纖維素可以抗 NaCl至飽和，但都不抗鈣。制備這類聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。 聚丙烯腈是一種由丙烯腈合成的高分子聚合物 。由于水解時(shí)所用的堿、溫度和反應(yīng)時(shí)間不同，最后所得的產(chǎn)物及其性能也會(huì)有所差別。其分子鏈中的腈基 (CN)和酰胺基 (CONH2)為吸附基團(tuán)，羧鈉基 (COONa)為水化基團(tuán)。 同類產(chǎn)品介紹：除 NaHPAN外，目前常用的同類產(chǎn)品還有 水解聚丙烯腈鈣鹽 (CaHPAN)、 水解聚丙烯腈銨鹽 (NH4HPAN)、 水解聚丙烯腈鉀鹽（ KHPAN）。 水解聚丙烯腈處理鉆井液的性能，主要取決于 聚合度 和分子中的羧鈉基與酰胺基之比 (即 水解程度 )。當(dāng) Ca2+濃度過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生絮狀沉淀。只要調(diào)整好聚合物分子鏈節(jié)中各官能團(tuán)的種類、數(shù)量、比例、聚合度及分子構(gòu)型，就可設(shè)計(jì)和研制出一系列的處理劑，可以滿足增粘、降粘或降濾失要求，目前應(yīng)用較多的是 PAC14 PACl42和 PACl43等三種產(chǎn)品。 PACl42是 丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸鈉的四元共聚物 。該產(chǎn)品為 各種礦化度的水基鉆井液的降濾失劑，并能抑制泥頁(yè)巖水化分散 。但不同型號(hào)的產(chǎn)品在性能上有所區(qū)別。 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 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第四節(jié) 有機(jī)處理劑 4．樹脂類 以酚醛樹脂為主體，經(jīng)磺化或引入其它官能團(tuán)而制得。 磺甲基酚醛樹脂分子的主鏈由亞甲基橋和苯環(huán)組成，又引入了大量磺酸基， 故熱穩(wěn)定性強(qiáng)，可抗 180200℃ 的高溫 。 (2)磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹脂縮合物 (SLSP) 該產(chǎn)品是 磺化木質(zhì)素與磺甲基酚醛樹脂的縮合物 ，代號(hào)為SLSP。所以 SLSP在降低鉆井液濾失量的同時(shí)，還有 優(yōu)良的稀釋特性 。在縮合反應(yīng)過(guò)程中，為了 提高鉆井液的抗鹽、抗鈣和抗溫能力 ，還使用了一些聚合物單體或無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行接枝和交聯(lián)。具有較強(qiáng)的抗溫、抗鹽和抗鈣能力，據(jù)報(bào)道其抗溫可達(dá) 230℃ ，且不會(huì)發(fā)生膠凝。加堿也能使它迅速而有效地溶脹。淀粉的 降濾失機(jī)理 一方面是它 吸收水分，減少了鉆井液中的自由水 ；另一方面是形成的囊狀物可進(jìn)入泥餅的細(xì)縫中，從而堵塞水的通路，進(jìn)一步降低了泥餅的滲透性 。 如果溫度超過(guò) 120℃ ，淀粉將完全降解而失效，故它不能用于深井或超深井中。在堿性條件下，淀粉與氯乙酸發(fā)生醚化反應(yīng)即制得羧甲基淀粉。尤其是 鉆鹽膏層時(shí)，可使鉆井液性能穩(wěn)定，濾失量低，并具有防塌作用 。由于這種改性淀粉的分子鏈節(jié)上引入了羥基，其 水溶性、增粘能力和抗微生物作用的能力都得到了顯著的改善 。在陽(yáng)離子型或兩性離子型聚合物鉆井液中， HPS可有效地降低鉆井液的濾失量。并且 可與幾乎所有水基鉆井液體系和處理劑相配伍 。為了保證井眼清潔和安全鉆進(jìn)，鉆井液的粘度和切力必須保持在一個(gè)合適的范圍。增粘劑均為高分子聚合物，由于其分子鏈很長(zhǎng)，在分子鏈之間容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此能顯著地提高鉆井液的粘度。 1． XC生物聚合物 XC生物聚合物又稱做 黃原膠 ，是由黃原菌類作用于碳水化合物而生成的高分子鏈狀多糖聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá) 5 106，易溶于水。 一般認(rèn)為， XC生物聚合物抗溫可達(dá) 120℃ ，在140℃ 溫度下也不會(huì)完全失效。 2．羥乙基纖維素 羥乙基纖維素 (代號(hào) HEC)是一種水溶性的 纖維素衍生物 。其顯著特點(diǎn)是在增粘的同時(shí)不增加切力， 因此在鉆井液切力過(guò)高致使開(kāi)泵困難時(shí)常被選用 。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹幾種重要的有機(jī)防塌劑。 瀝青經(jīng)氧化后，瀝青質(zhì)含量增加，膠質(zhì)含量降低。主要在 水基鉆井液中用做頁(yè)巖抑制劑，并兼有潤(rùn)滑作用 ，一般加量為 l％ ~2％。在軟化點(diǎn)以內(nèi)，隨溫度升高，氧化瀝青的降濾失能力和封堵裂隙能力增加，穩(wěn)定井壁的效果增強(qiáng)。 (2)磺化瀝青 ? 目前使用的磺化瀝青 (Sulfonated Asphalt)實(shí)際上是磺化瀝青的鈉鹽 ，代號(hào)為 SAS?；腔癁r青為黑褐色膏狀膠體或粉劑，軟化點(diǎn)高于 80℃ 。 (3)天然瀝青和改性瀝青 國(guó)內(nèi)外使用天然瀝青和各種化學(xué)改性瀝青產(chǎn)品穩(wěn)定井壁已有多年的歷史。 此外，為了提高其封堵與抑制能力，可將瀝青類產(chǎn)品與其它有機(jī)物進(jìn)行縮合。 (1)腐植酸鉀 腐植酸鉀 (KHm)是以褐煤為原料，用 KOH提取而制得的產(chǎn)品。 (2)硝基腐植酸鉀 硝基腐植酸鉀是用 HNO3對(duì)褐煤進(jìn)行處理后，再用 KOH中和提取而制得的產(chǎn)品。 (3)K21 防塌劑 K21是 硝基腐植酸鉀、特種樹脂、三羥乙基酚和磺化石蠟等的復(fù)配產(chǎn)品 。例如， 各種聚合物類和聚合醇類有機(jī)處理劑 ， 硅酸鹽類、鉀鹽類、銨鹽類和正電膠等無(wú)機(jī)處理劑 都是性能優(yōu)良的頁(yè)巖抑制劑。但如果裂縫太小，纖維狀堵漏劑無(wú)法進(jìn)人，只能在井壁上形成假泥餅。這些材料可能 平鋪在地層表面，從而堵塞裂縫 。這類材料大多是通