泥浆处理剂及其作用原理VIP

1.3泥浆处理剂及其作用原理 为了保证钻井泥浆的稳定性和调整泥浆的各种工艺性能，以适应各种情况下的钻井要求，泥浆中使用着各种各样的化学处理剂(泥浆添加剂)。随着钻井工艺向高速优质、超深井、海洋和复杂地层发展，泥浆体系不断发展，泥浆处理剂的种类也在不断的增加和更新。目前，美国的泥浆处理剂已经超过3000种。按处理剂在泥浆中所起作用不同，可将泥浆处理剂分为以下十六类：(1)碱度和pH控制剂；(2)杀菌剂；(3)除钙剂；(4)腐蚀抑制剂；(5)消泡剂；(6)乳化剂；(7)降失水剂；(8)絮凝剂；(9)起泡剂；(10)堵漏材料；(11)润滑剂；(12)页岩稳定剂；(13)表面活性剂；(14)降粘剂和分散剂；(15)增粘剂；(16)加重剂。按处理剂的化学组成，可将其分为无机处理剂、有机高分子处理剂和表面活性剂三大类。 1.3.1无机处理剂 1.3.1.1纯碱 纯碱就是碳酸钠(Na2CO3)，又叫苏打。无水碳酸钠为白色粉末，密度2.5，水溶液呈碱性(pH值 约为11.5)，在空气中易结成硬块(晶体)，存放时要注意防潮。 纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙质粘土变为钠质粘土： Ca-粘土Na2CO3Na-粘土CaCO3 从而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使新浆的失水下降，粘度、切力增大。但过量的纯碱要产生压缩双电层的聚结作用，反而使失水增大。其合适加量要通过造浆实验来确定。 此外，由于CaCO3的溶解度很小，在钻水泥塞或泥浆受到钙侵时，加入适量纯碱使Ca+沉淀成CaCO3，从而使泥浆性能变好。含羧基钠官能团(COONa)的有机处理剂因钙侵(或Ca+浓度过高)而降低其处理效果时，一般可以用加入适量纯碱的办法恢复其作用。 1.3.1.2烧碱 烧碱即氢氧化钠(NaOH)，是乳白色晶体，比重为22.2，易溶于水，溶解时放热，溶解度随温度升高而增大，水溶液呈强碱性(pH值为14)，能腐蚀皮肤和衣服。 烧碱是强碱，用于控制泥浆的pH值，与丹宁、褐煤等酸性处理剂配制成碱液，使其有效成分溶解，还可控制Ca+浓度，因为。 1.3.1.3石灰 生石灰是CaO，吸水后变成熟石灰Ca(OH)2，在水中的溶解度不大(常温下约为0.16%)且随温度升高而降低。石灰可提供Ca+，控制粘土的水化分散能力使之保持适度的粗分散，配合降粘剂和降失水剂进行钙化处理，可得性能比较稳定、对可溶盐侵污不敏感、对泥页岩防塌性能较好的钙处理泥浆。但石灰泥浆在高温情况下可能产生固化，因此超深井慎用。石灰还可配制石灰乳堵漏剂封堵漏层。 1.3.1.4石膏 石膏(CaSO4)有生石膏和熟石膏两种。熟石膏是白色粉未，比重2.5，常温下溶解度较小(约为0.2%)，40以前，溶解度随温度增高而增大，40以后，溶解度随温度增高而降低，其溶解度大于石灰。吸湿后结成硬块，存放时应注意防潮。在处理泥浆上，石膏与石灰的作用大致相同，都是钙处理的原材料，其差别在于阴离子的影响不同，石膏提供的钙离子浓度比石灰高一些，石膏处理会引起泥浆pH值降低。 1.3.1.5氯化钙 氯化钙(CaCl2)能大量溶于水中(常温下约为75%)且其溶解度随温度增高而增大，它比石灰、石膏的溶解度大得多，故可用来配制防塌性能较好的高钙泥浆。用CaCl2处理时常常引起泥浆pH值降低，同时CaCl2泥浆的pH值不宜过高，才能保证较高的Ca+浓度。 1.3.1.6食盐 食盐(NaCl)为白色晶体，常温密度约为2.17g/cm3。纯品不潮解，含MgCl2、CaCl2、等杂质的食盐容易吸潮。在水中的溶解度较大(20时为36.0克/100克水)，且其溶解度随温度增高略有增大(80时为38.4克/100克水)。食盐主要用来配制盐水泥浆和饱和盐水泥浆，以防岩盐井段溶解成“大肚子”。还可用来提高泥浆的矿化度，抑制井壁泥岩水化膨胀或坍塌。有时用于提高泥浆的切力和粘度。 1.3.1.7水玻璃 水玻璃一般为粘稠的半透明液体，随所含杂质不同可以呈无色，棕黄色或青绿色等，井场采用的水玻璃比重约为1.51.6，pH为11.512，能溶于水和碱性溶液，能与盐水混溶，可用饱和盐水调节水玻璃的粘度。 水玻璃的化学式常用Na2SiO3表示，但实际结构常以Si-O-Si键连成低聚合度的聚合物，故用Na2OXSiO2表示水玻璃的组成较好。 水玻璃加入泥浆，可以部分水解生成胶态沉淀： Na2OXSiO2+(Y+1)H2OXSiO2YH2O+2NaOH 可使部分粘土颗粒(或粉砂等)聚沉，从而保持较低的固相含量和比重。此外，水玻璃泥浆对泥页岩的水化膨胀有一定的抑制作用，故有较好的防塌性能。 当水玻璃溶液的pH降至9以下时，整个溶液会变成不流动的凝胶。这是由于水玻璃发生缩合作用生成较长的带支链的-Si-O-Si-链，这种长链能形成网状结构而包住溶液中全部水。从调匀pH到胶凝所需的时间，随pH而有很大的变化(可以从几秒到几十小时)，利用这个特点，可以将混入水玻璃的泥浆打入预定井段进行胶凝堵漏。 1.3.1.8重铬酸钠 重铬酸钠(Na2Cr2O72H2O)又叫红矾钠，红色针状晶体，常温比重约为2.35，易潮解，有强氧化性，易溶于水(25时溶解度为190克/100克水)，水溶液因水解作用呈现酸性： 加碱时平衡右移，故在碱溶液中主要以形式存在。 在泥浆中能与有机处理剂起复杂的氧化还原反应，生成的又能与多官能团的有机处理剂形成络合物(如木质素磺酸铬，铬腐植酸)，少量铬酸盐能提高铁铬盐泥浆和煤碱剂泥浆的热稳定性，有时也用作防腐剂。 1.3.1.9六偏磷酸钠 六偏磷酸钠(NaPO3)6为无色玻璃状固体，常温比重约为2.5，有较强的吸湿性，潮解后会逐渐变质，能溶于水，在温水中溶解较快，溶解度随温度增高而增大，水溶液呈弱酸性(pH6.06.8)。六偏磷酸钠主要用作粘土泥浆的分散剂。 1.3.1.10碱式碳酸锌 碱式碳酸锌Zn2(OH)2CO3能与H2S反应生成稳定的不溶性Zn