【正文】 水中使用。 現(xiàn)場使用的水玻璃的密度為 ~， pH值為 ～ 12，能溶于水和堿性溶液，能與鹽水混溶，可用飽和鹽水調(diào)節(jié)水玻璃的粘度。 作用 ： KCl是一種常用的無機鹽類 頁巖抑制劑 ， 具有較強的抑制頁巖滲透水化的能力 。用 CaCl2處理 鉆井液時常常引起 pH值降低 。吸濕后結(jié)成硬塊，存放時應(yīng)注意防潮。 注意事項 ：在高溫條件下石灰鉆井液可能發(fā)生固化反應(yīng)，使性能不能滿足要求，因此在高溫深井中應(yīng)慎用。水溶液呈強堿性。 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第三節(jié) 無機處理劑 一、常用的無機處理劑 無機處理劑屬其它類 1．純堿 學(xué)名碳酸鈉，又稱蘇打粉，分子式為 Na2CO3。 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，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。 此外，常將含 Ca2+、 Mg2+較多的水稱為硬水。 在水基鉆井液中，水是分散介質(zhì) ，大多數(shù)處理劑均通過溶解于水而發(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機鹽，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。如我國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 。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 。 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)過機械加工后而制成的灰白色粉末狀產(chǎn)品。海泡石有很強的造漿能力，用它配制的鉆井液具有較高的熱穩(wěn)定性。鈉膨潤土的造漿率一般較高，而鈣膨潤土則需要通過加入純堿使之轉(zhuǎn)化為鈉膨潤土后方可使用。例如，有的降失水劑同時兼有增粘或降粘作用，絮凝劑同時兼有增粘劑的作用等。通常分為鉆井液 原材料、無機處理劑、有機處理劑和表面活性劑 四大類。據(jù)統(tǒng)計， 1972年我國鉆井液材料和處理劑總共只有 21種， 1975年以后開始取得突破性進展，到 1983年底增至 76種， 1993年增加到 16類共 260種。為了使用和研究方便，有必要將它們進行分類。我國鉆井液標(biāo)準(zhǔn)化委員會根據(jù)國際上的分類法，并結(jié)合我國的具體情況，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)頁巖抑制劑 ； (5)堵漏劑； (6)降粘劑； (7)緩蝕劑； (8)粘土類； (9)潤滑劑； (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。s的鉆井液的體積數(shù)，m3。 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 。 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。但由于其密度較低，一般只能用于 配制密度不超過 1. 68 g/cm3 的鉆井液和完井液。 (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。 （ 2） 如：用重晶石（ ρB=）把 200 m3鉆井液由密度 ρ1=重到 ρ2=，并且每 100kg重晶石需同時加入 9L水以防止鉆井液過度增稠，試求： ⑴若最終體積無限制，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？ 最終體積無限制，需加入重晶石 。因此，配制鉆井液時必須預(yù)先了解配漿水的水質(zhì)，不合格的水需經(jīng)過適當(dāng)處理后才能使用。此外，還應(yīng)考慮油晶的價格和對環(huán)境可能造成的影響。 甲基橙堿度 ：以甲基橙作為酸堿指示劑時，滴定每毫升鉆井液濾液所需的標(biāo)準(zhǔn)酸（ ）的毫升數(shù)。 C. 在鉆水泥塞或鉆井液受到鈣侵時，加入適量純堿使 Ca2+沉淀成 CaCO3，從而使鉆井液性能變好，即含羧鈉基官能團 (—COONa)的有機處理劑在遇到鈣侵 (或 Ca2+濃度過高 )而降低其溶解性時，一般可采用加人適量純堿的辦法恢復(fù)其效能。 特性 ：在水中的溶解度較低，常溫下為 ％，其水溶液呈堿性。 特性 ：石膏是白色粉末，密度為 ～ ／ cm3。 溶解度極大 。此外，為保護油氣層，還可用于配制無固相清潔鹽水鉆井液，或作為水溶性暫堵劑使用。 n值越大，堿性越弱。因此，水玻璃是一種堵漏劑。 對粘土水化有很強的抑制作用，與膨潤土和水所形成的復(fù)合體具有獨特的流變性能。它們在鉆井液中的作用機理可歸納為以下方面： 1．離子交換吸附 主要是粘土顆粒表面的 Na+與 Ca2+之間的交換。 2．調(diào)控鉆井液的 pH值 如果有過多的 Ca2+或 Mg2+侵入鉆井液，將會削弱粘土的水化和分散能力，破壞鉆井液的性能。例如，加入少量重鉻酸鹽可使上述鉆井液的熱穩(wěn)定性明顯提高，其中主要作用機理是氧化和絡(luò)合。鉆井液在使用過程中， 常常由于溫度升高、鹽侵或鈣侵、固相含量增加或處理劑失效等原因，使鉆井液形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強，鉆井液粘度、切力增加 ?？扇苡谒?，但不溶于有機溶劑。 f. 單寧酸在水溶液中也可以發(fā)生水解，生成雙五倍子酸和葡萄糖。 因此，單寧類降粘劑 主要是通過拆散粘土顆粒網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而起 降粘作用的。它的制備過程是：在紙漿廢液經(jīng)過發(fā)酵提取酒精后，將其濃縮至 ～ 1. 27g／ cm3，在 6080℃ 溫度下加入預(yù)先配制好的硫酸亞鐵和重鉻酸鈉溶液，在充分?jǐn)嚢柘陆?jīng)氧化、絡(luò)合反應(yīng)約 2h后，過濾除去 CaSO4，再經(jīng)噴霧干燥而制得的產(chǎn)品。因此，目前國內(nèi)外都在致力于研制能夠替代鐵鉻鹽的無鉻降粘劑。但若其聚合度過大，相對分子質(zhì)量過高，反而會使粘度、切力增加。而且 XY—27的特有結(jié)構(gòu)使它與高聚物之間的交聯(lián)或絡(luò)合機會增加，從而使其比陰離子聚合物降粘劑有更好的降粘效果。 降濾失劑是鉆井液處理劑的重要劑種，根據(jù)其來源主要分為纖維素類、腐植酸類、丙烯酸類、淀粉類和樹脂類等 。褐煤與燒堿的反應(yīng)生成的腐植酸鈉易溶于水，但腐植酸鈉的含量與所使用的燒堿濃度有關(guān)。 現(xiàn)場常用的配方為：褐煤：燒堿：水＝ 15： (1～ 3)： (50～ 200)。 其突出特點： 一是熱穩(wěn)定性高 ，抗溫可達 200℃ 以上；二是 抗鹽能力比褐煤堿液明顯增強 ，在含鹽 20％～ 30％的情況下仍能有效地控制濾失量和粘度。所得產(chǎn)品進一步用 Na2Cr207進行氧化和螯合，生成的磺甲基腐植酸鉻處理效果會更好。但是目前現(xiàn)場使用的該類產(chǎn)品參差不齊，質(zhì)量有好有壞。 c. 耙式干燥 ，類似于北方人睡覺用的炕，下面通蒸汽，利用蒸汽的熱量將產(chǎn)品干燥。通常將纖維素分子每一葡萄糖單元上的 3個羥基中， 羥基上的氫被取代而生成醚的個數(shù)稱做取代度或醚化度 。s。s。取代度為 ～ CMC適用于處理高礦化度鉆井液。 （ 4）特性及其影響因素 由于外加無機鹽中的陽離子阻止 COONa上的 Na+解離，因此會降低其水溶液的粘度。羥基和醚氧基通過與粘土顆粒表面上的氧形 成氫鍵或與粘土顆粒斷鍵邊緣上的 Al3+之間形成配位鍵使 CMC能吸附在粘土 上；而多個羧鈉基通過水化使粘土顆粒表面水化膜變厚，粘土顆粒表面電動電位的絕對值升高，負(fù)電量增加，從而阻止粘土顆粒之間因碰撞而聚結(jié)成大顆粒 (護膠 作用 )，并且多個粘土細顆粒會同時吸附在 CMC的一條分子鏈上，形成布滿整個體系的混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于保持鉆井液中細顆粒的含量，形成致密的濾餅，降低濾失量。 （ 8）纖維素類降粘劑的使用特性 ?降濾失效果明顯，同時具有一定增粘作用。 (1)水解聚丙烯腈 聚丙烯腈是制造腈綸 (人造羊毛 )的合成纖維材料，目前用于鉆井液的主要是腈綸廢絲經(jīng)堿水解后的產(chǎn)物，外觀為白色粉末，代號為 HPAN。水解反應(yīng)后產(chǎn)物中的丙烯酸單元和丙烯酸胺單元的總和與原料的平均聚合度之比 (x+y)／ (x+y+z)稱為該水解產(chǎn)物的水解度。 KHPAN的抑制防塌效果就更加突出。由于各種官能團的協(xié)同作用，在各種復(fù)雜地層和不同的礦化度、溫度條件下均能發(fā)揮其作用 。 PACl43是 由 多種乙烯基單體及其鹽類共聚而成的水溶性高聚物 ，相對分子質(zhì)量為 150萬 200萬，分子鏈中含有 羧基、羧鈉基、羧鈣基、酰胺基、腈基和磺酸基等多種官能團 。SK3主要用在當(dāng)聚合物鉆井液受到無機鹽污染后，作為 降粘劑 ，同時可改善鉆井液的熱穩(wěn)定性， 降低高溫高壓濾失量 。此外，磺甲基酚醛樹脂還能改善濾餅的潤滑性，對井壁也有一定的穩(wěn)定作用。 (3)磺化褐煤樹脂 磺化褐煤樹脂是 褐煤中的某些官能團與酚醛樹脂通過縮合反應(yīng)所制得的 。淀粉從谷物或玉米中分離出來，它在 50℃ 以下不溶于水，溫度超過 55℃ 以上開始溶脹，直至形成半透明凝膠或膠體溶液。 在高溫下，淀粉容易降解，效果變差。并且由于價格便宜，選用它作降濾失劑可降低鉆井液成本。HPS可與酸溶性暫堵劑 QS2等配制成無粘土相暫堵型鉆井液，有利于保護油氣層。 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) 有機處理劑 三、增粘劑 在“鉆井液流變性”一章已詳細闡述了鉆井液流變性與攜帶巖屑的關(guān)系。增粘劑種類很多。有時它需與三氯酚鈉等殺菌劑配合使用，因為在一定條件下，空氣和鉆井液中的各種細菌會使其發(fā)生酶變，從而降解失效。 凡是能有效地抑制頁巖水化膨脹和分散，主要起穩(wěn)定井壁作用的處理劑均可稱做頁巖抑制劑，又稱防塌劑 。 氧化瀝青為黑色均勻分散的粉末，難溶于水，多數(shù)產(chǎn)品的軟化點為150~160℃ ，細度為通過 60目篩的部分占 85％。 應(yīng)使其軟化點與所處理井段的井溫相近，軟化點過低或過高都會使處理效果大為降低?；腔癁r青還在鉆井液中 起潤滑和降低高溫高壓濾失量的作用 ，是一種多功能的有機處理劑。其中腐植酸鉀鹽的應(yīng)用更為廣泛。它 與磺化酚醛樹脂的縮合物是一種無熒光防塌劑 ，代號為 MHP，適于在探井中使用。如果有足夠多的這種材料進入孔洞，就會產(chǎn)生很大的摩擦阻力，從而起到封堵作用。 3．顆粒狀堵漏劑 顆粒狀堵漏劑主要指 堅果殼 (即核桃殼 )和具有較高強度的 碳酸鹽巖石顆粒 。一旦重新循環(huán)鉆井液，就會被沖掉，起不到堵漏作用。為黑色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。外觀為黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的 pH值為 9～ l0。 不同瀝青類產(chǎn)品穩(wěn)定井壁的機理不同 。它是常規(guī)瀝青用發(fā)煙 H2SO4或 S03進行磺化后制得的產(chǎn)品。此外，還可分散在 油基鉆井液中起增粘和降濾失作用 。 瀝青類 瀝青是 原油精煉后的殘留物 。外觀為白色或淺黃色固體粉末。是一種適用于 淡水、鹽水和飽和鹽水鉆井液的高效增粘劑 ，加入很少的量 (％～ ％ )即可產(chǎn)生較高的粘度，并兼有降濾失作用。當(dāng)粘度過低時，一種方法是通過增大膨潤土含量來提粘。 此外， HPS在固井、修井作業(yè)中可用來配制前置隔離液和修井液等。改性淀粉也更 適于在鹽水鉆井液中使用，尤其在飽和鹽水鉆井液中效果最好。高礦化度體系對細菌侵蝕有抑制作用，國內(nèi)外在 溫度較低、礦化度較高的環(huán)境下，已廣泛使用淀粉作為降濾失劑 。其它 化學(xué)性質(zhì)與纖維素相似，同樣可以進行酯化、醚化、羧甲基化、接枝和交聯(lián)反應(yīng)，從而制得一系列改性產(chǎn)品 。該類降濾失劑中比較典型的產(chǎn)品有國外常用的 Resinex和 國內(nèi)常用的 SPNH。合成 SLSP的反應(yīng)一般分兩步進行。 (1)磺甲基酚醛樹脂 磺甲基酚醛樹脂 (SMPI， SMPII)是一種抗高溫降濾失劑。 (3)丙烯酸鹽 SK系列產(chǎn)品 ? 該系列產(chǎn)品為 丙烯酸鹽的多元共聚物 。 PACl41是 丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸鈉和丙烯酸鈣的四元共聚物 。 聚合度較高時，降濾失性能比較強，并可增加鉆井液 的粘度和切力 ； 而聚合度較低時，降濾失和增粘作用均相應(yīng)減弱 。腈基在井底的高溫和堿性條件下，通過水解可轉(zhuǎn)變?yōu)轷０坊M一步水解則轉(zhuǎn)變?yōu)轸肉c基。 它的平均聚合度，大約為 2350～ 3760，一般產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量為 ～ 20萬。 ?抗溫性差，高溫會使纖維素溶液粘度迅速降低，而且有降解和發(fā)酵的趨勢，一般抗溫在 100～ 120℃ ，加入抗氧劑，能夠提高一些。 b. 提粘和堵塞作用 在 CMC的生產(chǎn)或使用過程中摻人某些抗氧劑。從實驗結(jié)果可以看出，若將 CMC先溶于水，再加 NaCl，則粘度下降的幅度遠遠小于先加 NaCl，然后再加 CMC時下降的幅度。 影響因素 ：聚電解質(zhì)水溶液的許多性質(zhì)與其分子在溶液中的形態(tài)有關(guān)