钻井液化学分析的应用.doc

钻井液化学分析的应用 精确测定钻井液中污染物以及钻井液处理剂的浓度是钻井液维护和处理的关键，是实现钻井液设计意图和获得良好经济效益的手段。钻井液污染物包括钙,盐,细菌,地层液和侵入气等。通常可以预测污染并实施相应的预处理。如果污染出乎预料之外发生，必须采用化学分析和物理性能分析去辨别和确定污染类型。在处理污染物的过程中，需要准确计算污染处理剂的浓度，因为过量的污染处理剂本身也是钻井液的污染物。 同时，钻井液化学分析还可用于确定钻井液处理剂的浓度及其被消耗的量，并据此确定需要补充的量。如在钻井的过程中，定期测定水解聚丙烯酰胺的浓度并确定需要补充的量，从而保持足够水解聚丙烯酰胺的以发挥其抑制页岩和钻屑的分散作用。 因此，钻井液工作者需要一种能够在钻井现场简易条件下进行，易于操作和试验结果可靠的钻井液化学分析方法。那么，本方法正是你的选择:在远离精致的化学实验室的地方，无需担心没有雄厚的化学需背景，你可以自信应用本钻井液化学分析方法，精确地应用处理剂，成为受人尊重的钻井液工作者。 本方法测试范围基本上覆盖所有钻井液处理剂和污染物,包括硅酸盐,聚合醇,硫酸铵,硫化氢,碳酸锌,硝酸根,硫酸根,亚硫酸根,硫酸钙,磷酸根测定等,而且,可以根据用户的要求开发对新的处理剂和污染物的测试程序。针对目前中国钻井现场状况，我们开发一种包括七种急需测试的钻井液化学分析。其应用和效益简介如下：CEC 测定MBT是用于确定水基钻井液中活性粘土的阳离子交换能力。在般（ 左加土,下同）土钻井液，MBT表示钻井液中活性粘土含量，从而有效地应用良好的钻井液配方。在无般土水基钻井液中，MBT反映了所钻岩屑的活性，高活性的岩屑将在水中水化分散从而提高钻井液的粘度和带来其他不利的影响，同时，也说明所钻地层的井壁的不稳定性，需要实施相应的井壁稳定技术。在般土钻井液中，如果知道所钻岩屑的活性，就可计算出钻井液中般土含量。典型粘土的CEC粘土CEC(毫克当量 / 100 毫克 干量)俄怀明 般土75软页岩45高岭石10钻屑8-12氯离子的测定氯离子在氯化钠，氯化钙和氯化钾等类型钻井液中存在。氯离子的测定结果将告诉钻井液中盐的浓度。在无这些盐加入的钻井液体系中，氯离子存在表示地层盐水的侵入或钻遇盐层。其对钻井液性能影响取决于钻井液，但通常而言， 将观察到以下现象：1. 粘度提高， 随之下降如果污染持续。2. 塑性粘度升高。3. 切力增大。4. pH 值减低，其程度决定于盐侵的类型。5. 滤失量升高。6. 滤液中氯离子升高。针对盐侵,通常采用稀释钻井液和加入抗盐聚合物来代替般土。采用木质素磺酸盐来控制流变性和滤失性。褐煤在盐溶液和低pH下不能溶解，以胶体颗粒存在并因此加剧流变性的问题。可用烧碱地抵消盐侵导致的pH降低。在特定的情况下，必须对允许盐地层被溶蚀，不良的携岩，增加固井水泥用量和较差的水泥胶结等状况的存在，或者采用饱和盐钻井液体系这两者做出选择。总硬度，钙和镁离子测定 用来配泥浆的水源如含有钙和镁离子，将降低般土的造浆能力。因此， 必须处理多余的钙和镁离子。通常钙总硬度要降低到40mg/l之下。另一钙和镁离子的来源是石膏地层和水泥。钙污染的影响取决于钻井液体系和钙的来源。盐饱和钻井液体系受石膏影响不大，但水泥污染可能会絮凝如CMC和PAC等阴离子型聚合物。油基钻井液不受石膏影响。淡水钠般土钻井液最易受钙污染：般土被絮凝，粘度和滤失量升高。水泥和石膏污染不同的是：水泥使pH和碱度升高，而石膏导致pH和碱度降低，同时硫酸根浓度增加。它们的处理方法也不同。用0.0021Kg/m3小苏打（NaHCO3)可以降低由水泥引起的1mg/l的钙离子。在钻水泥塞之前，通常用1-3 Kg/m3 小苏打预处理钻井液。如果钻井液被水泥严重污染，建议废弃该钻井液。也可用SAPP处理，通常0.25-0.75Kg/m3 足以重新分散钻井液。0.0028 Kg/m3 SAPP可降低由水泥引起的1mg/l的钙离子。但是，SAPP不能在井底温度超过80C下使用。苏打被用来处理石膏污染，因为它不能降低pH。0.00265 Kg/m3 苏打可减低 1mg/l 钙离子。在钻遇石膏层之前， 用1.5-2.0 Kg/m3 苏打预处理。过量的苏打和小苏打会给钻井液带来不利影响以至它们本身成为钻井液的污染物。碱度测定pH测定是一种碱度测量的方法。但是，其他离子如碳酸根和碳酸氢根也影响钻井液滤液碱度。对淡水钻井液体系而言，这些离子是钻井液流变性稳定性的指标。较高浓度的这些离子导致低剪切速率下的高粘度和高并且递进式的切力。两种方法可用于测定碳酸根和碳酸氢根。Pf/Mf 方法适用于低有机物含量的钻井液体系，而P1/P2方法较准确，特别在较高有机物含量的钻井液体系中。碳酸根可能有以下来源：1. 所钻地层中被束缚的二氧化碳。2. 木质素磺酸盐降解。3. 地层或盐水。4. 钻井液处理时加入过量的苏打和小苏打。5. 造浆用的水源。6. 地面搅拌时二氧化碳被束缚。7. 加入碳酸锌(ZnCO3).过量碳酸根引起钻井液粘度和切力升高，并且使常规的解絮凝剂失效。碳酸根在500mg/l以下不会引起问题。但是，如果碳酸根超过1000mg/l并且切力开始上升，那么必须进行处理。通常用氢氧化钙和石膏进行处理。当用氢氧化钙处理时，应该考虑到处理会引起pH升高。在钻井液pH在10- 11时，通常用石膏处理。如果碳酸根污染在上述处理后继续存在，应考虑使用石膏或石灰钻井液。0.0012 Kg/m3 石灰将降低1 mg/l 碳酸根。0.0028 Kg/m3 石膏将降低1 mg/l 碳酸根。钾离子测定当使用含有氯化钾或硫酸钾的钻井液时，根本的目的是防止或至少减少水敏性地层发生水化。目前普遍在钻井液中应用钾离子和水解聚丙烯酰胺的协同作用，取得良好的对水敏性页岩的抑制作用。足够的钾离子浓度是这种抑制作用的关键。因此，随时知道钻井液中的钾离子浓度是非常关键的。水解聚丙烯酰胺测定非常经常地，在钻井液加入水解聚丙烯酰胺(PHPA)对水敏性页岩进行包被从而对其水化分散进行抑制。为了使这种抑制作用有效，在钻井液中残留的水解聚丙烯酰胺必须达到一定的浓度。如果水解聚丙烯酰胺达不到其设计浓度，不但其抑制作用得不到发挥，而且，钻井液粘度因钻屑没有得到完全的包被而升高。当水解聚丙烯酰胺重新补充到设计浓度， 钻井液粘度会降低到原有的程度。因此，测定水解聚丙烯酰胺并及时补充水解聚丙烯酰胺到其设计浓度，是发挥水解聚丙烯酰胺抑制作用的关键。 细菌测定许多种细菌能够攻击钻井液处理剂量从而使钻井液性能恶化。硫酸盐型细菌是厌氧的。细菌能够产生硫化氢或