对用水合硅酸盐钻井液实现及页岩抑制机制及新理解.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除对水基硅酸盐钻井液实现的页岩抑制机制的新理解注释：为了方便你对文章了解，我用了各种不同颜色的字体来表示各种修饰形容词，这样有助于你的理解。众所周知，英语是结构复杂的语言，修饰过于繁复臃肿，而汉语语法简单，结构比较直接简练，实际翻译的定义就是把那种复杂的拐来拐去的野蛮的狗日的英语翻译成我们所深爱的母语。如题目，绿色表示文章的主体，中间是宾语，即：页岩抑制法作为句子宾语，但是宾语由红色的东东来修饰，摘要：最近，用水基泥浆【包括硅酸钠盐在内】来对活性页岩采区shale section进行钻井有复苏现象，尤其在北海地区。这些硅酸盐水基泥浆的行为掺杂了其他的一些行为。它【硅酸盐水基泥浆】在抑制泥石与白垩【chalk,不知道翻译的对不对，chalk经过查询只有粉笔与白垩的意思】的膨胀与扩散方面尤为有效，然而，对系统稳定性方面仍然存在者一些担忧，这些担忧主要是在钻井液的性质上，以及井筒稳定性与摩擦力方面。这篇论文详述了一些新发现，以及以前未经报道的一些东西，在用SWBM硅酸盐水基泥浆来实现的粘土稳定性机制方面，这写新发现和为报道的东西能够给我们一个更好的解释。最新的一些文献表明，在井筒稳定性方面，硅酸盐钻井液与油基粘土【OBM】一样有效。这篇论文是讲述研究与发展的，它指出：硅酸盐的沉淀作用发生在页岩内部，它能形成一层屏障或是隔膜，这就妨碍了离子运动。然而，通过油基泥浆和硅酸盐水基泥浆产生的这种薄膜所引起的效果是有明显的差别的。一些成果包含在这篇论文之中，它们表明：离子排斥薄膜在硅酸盐系统中不及在OBM系统中的效果好。新的岩心【core】流动试验证明：与硅酸盐有关的渗透率的减少以及离子平衡速率的降低是产生渗透屏障的首要原因，这种渗透屏障现象能够在膨胀试验【swelling tests】中得见。进一步的结果指出，当粘土暴露于高PH值硅酸盐溶液中时，它的物理化学特性将会发生变化。在这种情况下，铝矽酸盐将会重新分配，这将会在这些硅酸盐溶液的抑制属性方面扮演重要角色。这些估测伴随着一些适当的数据得以给出，在这些估测方面，一些首要的需要考虑的事项是任何损失时间事件的特性和总的SWBM【硅酸盐水基泥浆】行为特性。介绍：硅酸钠或者硅酸钾盐溶液第一次在1930年代被采用，它们已经成为人们关注的对象，这种关注是最近复苏的，人们关注这种硅酸盐溶液是因为它们具有高抑制性与廉价性水基泥浆的优点。在油田的其他方面也能领略到它们的应用，例如，可以作为损失流量来处理，可以作为非层状形成物的稳定性来处理。可溶性硅酸盐在工业过程的广泛领域有着悠久的应用历史，一系列有关它们特性的文献已经产生。在高PH值溶液中（高于PH值12），可溶性硅酸盐（钾盐和钠盐）以硅酸盐单体和低聚体的形式存在。当PH值下降时，将会发生聚合作用，产生硅胶。在油田各种机能的处理中，正是这种凝胶过程得到了开发。聚合作用由三步组成：1. 单体聚合阶段；开始单体物质种类浓缩，形成三维的低聚体。这种低聚体通过内部硅氧烷桥（Si-O-Si）【bridge:using in chemistry,An intramolecular connectin that spans atoms or groups of atoms:桥，指分子内部原子与原子间的连接物】和外部硅烷醇基（）来刻画的。2. 聚合扩大阶段；以低聚体的形式，Si-OH的（？）值从单体硅酸的.将到聚合体的.，这将会导致一些表层硅烷醇基的电离。分子内部的这种硅烷醇基的缩合将会发生，并形成新的硅氧烷结合物。这种反应速率是溶液值和温度的函数。3. 胶体形成阶段。当聚合增加时，将会发生硅酸盐聚合体分子内部的缩合，这将会产生一个空间支链交错的网络。第三步可以看做是在胶体形成过程中的速率限定阶段，在这个阶段，许多基于值最佳化的催化剂也得到应用。像和之类的单价第一组金属盐【第一族金属：钠，钾，】也可以作为凝胶过城的催化剂。硅酸盐也可以形成具有二价阳离子的不可溶沉淀物。当硅酸盐溶液渗透到页岩中并且与毛孔液（弱酸性，PH值6-7，一般含有和离子）相混合时，聚合作用和沉淀反应都会发生。这种产生固态物的反应能够减少通过页岩毛孔管物理堵塞的渗透作用，伴随着还有？除此之外，高碱性的溶液能够产生硅酸盐和铝矽酸盐矿石的分解和再沉淀，这也可以促成毛孔管的堵塞和页岩的粘固。据表明，大多数页岩的自由离子选择作用不能充分控制由渗透作用产生的水分子运动，但是一种通过压力或其他作用而使毛孔数减少的现象可以使得这种离子自由选择或者半渗透障碍能够很好的起作用。这种因为硅酸盐的沉淀作用而导致的渗透率的减小能够在页岩中产生渗透薄膜。Van Oort试验表明，硅酸盐能够在Pierre页岩中产生一个有效地密封，这个密封可以减少通过岩心【core】的压力的传输。在试验中，毛孔压力的衰减是因为页岩的脱水作用产生的，而这种脱水作用是由穿过渗透薄膜的硅酸盐产生的。水基泥浆能够产生高效的页岩抑制作用，这主要由对流过离子排斥薄膜的水分子的渗透控制作用来实现的。这种薄膜是由处在油态的表面活性剂产生的，它看起来如同位于页岩的表面，这与硅酸盐系统中的有所不同，因为在硅酸盐系统中薄膜如同在页岩的岩心产生。在这篇论文中，我们为了测试水分子与离子在页岩中的传输，以及与油基泥浆中它们相应的行为进行比较，我们用到了一些试验技巧。渗透运输作用一种渗透单元得到应用，主要来研究硅酸盐系统中的薄膜特性。这种单元通过模型1来刻画，它由一层很薄的高岭石粘土薄膜组成，这种薄膜把单元分成两部分，一部分由测试液来填充，另一部分由毛孔液来填充，这两种液体可以调节薄膜的行为特性。通过粘土薄膜的水分子与离子的传输由毛细上升与试验中传导率的变化来度量的。在测试结束时，许多特有的离子数据是通过离子层析法来得出的。模型2 主把水分子透过粘土薄膜的传输运动进行了比较，在这种模型中，粘土薄膜分别暴露于硅酸钠/氯化钠，硅酸钾/氯化钾和氯化钠溶液中。毛孔溶液是0.5摩尔浓度的，而测试溶液的盐度是3摩尔。硅酸盐机制表明水分子由低浓度到高浓度来传输。成对的渗透流动现象可以在3摩尔的氯化钠中观察到，即把水分子从低浓度到高浓度，但是这种效果是瞬时的并将很快颠倒。在试验结束时对毛孔液的离子分析如表一所示【table 1，在哪里呢?怎么没看到啊？】，在表中我们可以看到，由于水分子在硅酸盐系统试验中的传输而导致钙离子的集中，但是这中现象不会在氯化钠系统中发生。在硅酸盐系统中，渗透隔膜稍微有点渗漏，同时伴随着通过粘土薄膜的钾离子与钠离子的传输，然而，离子输送程度比在盐调节溶液中要低得多。液体分子的传输则由渗透膜两侧盐度（由硅酸盐产生）的不平衡来控制。显现在渗透单元（这种单元含有净化的粘土薄膜）中的种种效应，也可以在关于页岩的自由膨胀试验中得到证明。水分子出入岩心的传送运动将会导致岩心的膨胀与收缩。例三给出了具有不同盐度的硅酸盐溶液的一些有关Oxford粘土核（矿物学，在表三中给出）的效应，以与含盐油基泥浆的类似作用做比较。 正如油基泥浆一样，在不含额外盐的硅酸盐溶液中，核将会膨胀，但是当盐浓度增加时，核又会急剧收缩。但是在这种水基系统中，水分子的传输比油基泥浆系统中迅速的多，前者的平衡在几小时内就可以达到而不是几天。在硅酸盐浓度效应的影响下，盐度效应将会变得复杂。例四对活性硅酸盐浓度在的溶液进行了比较，它表明当含有0.5摩尔的KCL硅酸盐溶液浓度从3%降到2%时，硅酸盐的效应会有所减少，核将膨胀，然而，当增加硅酸盐浓度到5%时也会减少核的收缩。高硅酸盐浓度也会急剧减少页岩的渗透性，导致较低程度的核收缩以及明显下降的抑制效应如在试验中所观测。在页岩受压的井筒条件下，急剧脱水现象将会导致破裂，这种情况应该避免。岩层的迅速密封也会是种优势。普遍认为硅酸钾盐的抑制效应强于硅酸钠盐。在例一和表一中的数据表明硅酸钾盐在促进水分子的传输效应方面要强于硅酸钠盐。这可能是一种更加有效地隔膜效应的结果或者也也可能是渗透效应导致的；我们知道，钾盐可以增加沉积物的渗透性。 当系统的PH值变化时，硅酸钾盐和硅酸钠盐的的区别就会更加明显，表二把它们在渗透细胞单元中的行为看做PH值的函数。结果表明，硅酸盐隔膜有个最佳PH值，然而，硅酸钠盐的最佳PH值略低些。在PH 11.8,硅酸钠盐比硅酸钾盐更加有效。在PH值低于11时，硅酸盐系统将不会足够稳定的用来完成实验。尽管对文献有更广泛的探究，但是，当PH值变化时，硅酸盐在建立渗透屏障模型效应方面将会改变，这一点仍没有得到解释。我们知道，硅酸盐溶液中的聚合个体将会随着PH值的变化而变化，这将会改变硅酸盐沉淀物的结构。渗透性的降低渗透细胞和岩心实验论证了一种在硅酸盐系统中有功效的渗透薄膜。在这种测试中，渗透性的改变可以定性的得到推测但是不能定量的给出。当暴露于不同的抑制性液体中，一种Hassler细胞可以用来测试Oxford粘土心墙的渗透性。例五与例六展示了测试的结构。一种直径和长度为25mm的页岩岩心，当它被径向的限制在一个Viton橡胶套筒中时，套筒可以把它与用来提供8.6MPa围压的液压油隔离开来。带有平头螺丝的钢制末梢插塞用来把岩心固定住。这种插塞可以阻止岩心轴向膨胀，但是其纵向膨胀仍然是可能的。在一个预置8兆帕压强下，测试液体通过一个Gilson 容积式泵来送到Hassler细胞中。这个Hassler细胞的输出口通向大气。测试溶液通过毛细管道以最小的死区进出细胞。在任何岩心末端的渗透纤维状圆盘允许测试液体进入岩心的全部尾端面，同时也阻止在入口与出口处的径向流动。从岩心流出的液体被收集在采样管里，这种采样管用粘膜来密封以防止蒸发。流出液体的容积可以用来确定通过岩心的流出速率。洗出液中的离子成分可通过离子层析法来测量。在实验前，在各向同性的8.5MPa常压下，岩心必须进行至少72小时的排泄工作，以使它在压力的作用下稳定。如果不进行排泄，那么Oxford软粘土将会从Hassler细胞单元出口处挤出。在大概0.5MPa的阶段，围压和流体压力将会增加至工作状态，这能确保围压从不会超过流体压力1MPa.在试验中，岩心开始暴露于合成空隙液（0.12M的NACl，0.01M的KCl，0.04M的MgCl2和0.04M的CaCl2）中,以建立平衡流动条件。然后，把进料加在测试液中。在实验结束时，送料泵将会停下，当压力通过岩心而泄漏时，围压将会降低以维持其与流体压力之间的压差。当所加的压力为零时，实验设备将会很快拆散，岩心也会分解以为水分子和离子成分作解剖分析。进行了下列实验：1：0.3MKCl2:1.4MKCl3:硅酸钠/KCl溶液（和）4：含