钻井液工艺学5.ppt

2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 第五章 钻井液原材料和处理剂 本章要求 1 钻井液处理剂的分类 2 降粘剂 降失水剂 絮凝剂的作用原理 3 常见降粘剂 降失水剂 絮凝剂 加重剂 4 降粘剂 降失水剂 絮凝剂的选择方法 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 钻井液处理剂 调配 维护和恢复钻井液工艺性能的添加剂 发展概况 五十年代仅几种 纯碱 烧碱 褐煤 栲胶等 现有几百种商品牌号 分十六大类 国内产值超过二十亿 有大量专业公司 厂家 发展方向 抗温 抗盐钙 无毒 多功能 可生物降解 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 一 钻井液处理剂的分类 1 按照处理剂组成分类 钻井液原材料无机处理剂有机处理剂表面活性剂有机处理剂按来源分类 天然产品天然改性产品人工合成产品有机处理剂按化学组成分类 腐植酸类 纤维素类 木质素类 丹宁酸类 沥青类 淀粉类 聚合物类等 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 2 按照处理剂的功能分类 我国钻井液标委会分类 降粘剂Thinner增粘剂Viscosifier降失水剂FiltrationReducer絮凝剂Flocculant加重剂WeightingAgent解卡剂Pipe FreeingAgent堵漏剂LostCirculationMaterial乳化剂Emulsifier消泡剂Defoamer润滑剂Lubricant缓蚀剂CorrosionInhibitor页岩抑制剂ShaleInhibitor粘土类Clay杀菌剂Bactericide起泡剂FoamingAgent其它类Others 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 二 处理剂研究内容和方法 内容提出功能要求处理剂分子结构分析与设计处理剂在粘土颗粒上的吸附规律研究所处理的钻井液性能的变化 处理剂抗温 抗盐钙能力评价 毒性 生物降解性测试 方法 分子量 基团及结构的化学和仪器分析 钻井液性能测试等 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 1 粘土类2 加重剂 用于提高钻井液密度的物质材料 要求 密度大 耐磨损 不增粘 可酸溶 第一节原材料 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 常见固体加重材料的物化性质材料名称化学成分密度g cm3硬度酸溶性重晶石BaSO44 0 4 52 5 3 5难溶铁矿粉Fe2O34 9 5 35 5 6 5溶方铅矿PbS7 4 7 72 5 2 7溶菱铁矿FeCO33 7 3 93 5 4 0溶钛铁矿TiO2Fe2O34 5 5 15 0 6 0溶石灰石粉CaCO32 7 2 93溶磁铁矿Fe3O45 0 5 25 5 6 5溶 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 第二节无机处理剂 常用产品纯碱烧碱石灰石膏氯化钙氯化钠氯化钾硅酸钠及硅酸钾重铬酸钾和重铬酸钠六偏磷酸钠混合金属层状氢氧化物 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 无机处理剂作用原理 离子交换吸附调控钻井液的pH值沉淀作用络合作用与有机处理剂生成可溶性盐抑制溶解的作用 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 第三节 有机处理剂 一 降粘剂 又称解絮凝剂 稀释剂 1 钻井液稠化原因由于粘土颗粒表面与端面性质不同 带电情况不同 表面带负电 端面带正电 水化程度不同 表面水化膜厚 端面水化膜薄 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 钻井液稠化原因 当钻井液中固相含量高和外界污染改变粘土表面性质时 极易形成 端 端 端 面联结的空间片架结构 从而造成 钻井液结构粘度增加 片架结构包住大量自由水 流动阻力增加 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 2 降粘剂作用机理降粘剂分子通过 静电吸附 配位键吸附 吸附在粘土颗粒端面上 改变端面性质 拆散片架结构 从而降低钻井液结构粘度 具体方法为 1 使端面反号由带正电性端面转变为负电性端面 即 正负相吸负负相斥 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 2 增强端面水化膜厚度 吸附基吸附在粘土颗粒端面上 水化基给端面带来丰厚的水化层 削弱端 端 端 面连接 拆散了片架结构 同时放出自由水 使粘度降低 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 降粘剂作用特点 主要作用于端面 用量少 效果显著 因为端面少 降失水与降粘作用有时相一致 有时不同 主要降低 0 不降 s 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 3 常见降粘剂单宁酸钠 NaT 磺甲基单宁 SMT 铁铬木质素磺酸盐 FCLS 两性离子聚合物降粘剂 XY 27 SSMA 磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 铁铬木质素磺酸盐 FCLS 的使用 通常配制成碱液使用 FCLS碱液的配制FCLS NaOH 3 5 1 FCLS NaOH FCLS NaOH 混合碱液 1 5或1 10 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 例题40gFCLS碱液 3 1 1 5 中 含固体FCLS多少克 NaOH多少克 解 FCLS NaOH总重为 1 5 40 8 g FCLS重量为 3 1 3 8 6 g NaOH重量为 1 1 3 2 g 答 含FCLS重量为6g NaOH重量为2g 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 4 降粘剂选择方法仪器 漏斗粘度计 旋转粘度计 评价指标 s 0 漏 方法 钻井液 降粘剂 测定性能评价标准 s 0 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 分析 降失水途径 提高泥饼质量 降低K 增加滤液粘度降低压差改变固相含量 级配和表面性质等要求 胶体粒子浓度充足保持体系聚结稳定性有一定量的桥塞粒子 护胶 二 降失水剂 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 泥饼形成过程钻井液流动桥塞粒子 在孔喉架桥的粒子填充粒子 在桥塞粒子间隙填充的粒子 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 降失水剂作用机理1 水化膜护胶 降失水剂在粘土粒子表面形成吸附溶剂化层 保持体系聚结稳定性的作用 机理 水化膜增厚 聚结阻力增大 胶粒稳定性增强 Vf降低 特点 分子量较低 水溶性好 用量较大 表面 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 2 静电稳定 降失水剂吸附在粘土表面上 增加表面电荷以降低颗粒之间吸引力的作用 结果 负电荷增加 电势增加 胶粒稳定性增强 失水降低 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 3 高分子保护敏化作用高分子保护1高分子保护2大分子浓度低时 吸附粘土粒子的高分子许多高分子吸附不足以形成混合网链之间形成网架结构 在胶粒表面 形成架结构 颗粒失去粒子被隔离开不易包蔽层 阻止胶粒重力稳定性 聚结 保证体系中聚结 胶粒含量 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 4 几种常见的降失水剂钠羧甲基纤维素 Na CMC 煤碱剂 NaC 磺甲基褐煤 SMC 磺甲基酚醛树脂 SMP 磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物 SLSP 水解聚丙烯腈钠 铵 钙盐 Na NH4 Ca HPAN 褐煤与树脂共聚产品 如PSCSPNH 淀粉类 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 煤碱剂 NaC 的使用 通常配制成碱液使用 主要成分 腐植酸钠 利用NaOH提取出来 NaC碱液的配制褐煤 烧碱 煤碱液 水 10 15 2 50 100 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 5 降失水剂选择方法仪器 API静失水仪 HTHP静失水仪 评价性能 静失水量 泥饼厚度 方法 钻井液 降失水剂 测定性能评价标准 API静失水 5ml 30min h 0 5mm HTHP静失水 15ml 30minh 5mm 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 三 絮凝剂 使单个粘土颗粒联结起来 最终失去重力稳定性的处理剂 类型 无机絮凝剂 有机高分子絮凝剂 1 有机高分子絮凝剂作用机理 实质 高分子敏化作用 三个步骤 1 吸附2 桥连3 形成团块 团块下沉 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 有机高分子絮凝剂作用机理长链高分子中的吸附基能够与粘土粒子表面氧 氢氧发生氢键吸附 由于高聚物分子链很长 可以吸附在几个粘土粒子上 使它们桥联在一起 同时 这种吸附了几个粘土颗粒的长链分子相互间通过共同吸附粘土颗粒彼此互相缠绕在一起 形成絮凝团块 这种絮凝团块容易脱水收缩 密度增高 从而容易下沉 失去沉降稳定性 2009年8月ZHOUCY 重庆科技学院化工院 2 有机絮凝剂的二种作用全絮凝作用选择性絮凝作用1 全絮凝作用既絮凝钻屑 又絮凝膨润土的絮凝作用 2 选择性絮凝作用只絮凝钻屑 不絮凝膨润土的絮凝作用 2009年8月ZHOUC