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纯碱盐类水解?泥浆工艺原理

时间:2018-04-14 19:10 文章来源:环亚电游 点击次数:

   系列杀菌剂、防腐剂、防霉剂、消毒剂、抗菌剂

联系人:宋先生 电话

有机土、氧化沥青、褐煤粉、二氧化锰等固体粒子。

亲油胶体

使重晶石和钻屑等亲水的固体粒子在油基泥浆中从亲水变为亲油。

润湿剂、亲油胶体

增加外相粘度,使乳化剂富集,使乳状液稳定。

降低油水界的张力,不易合并变大,当液滴相碰时,有利于保护油层

乳化剂在油一水界面形成一种紧固的膜,有利于保护油层

乳化剂的作用:

组成:矿物油、乳化水(10%-60%)、乳化剂、润湿剂、亲油胶体

低毒油包水乳化钻井液

组成:柴油、乳化水(15%左右)、乳化剂、润湿剂、少量亲油胶体

低胶质油包水乳化钻井液

组成:柴油、乳化水(10%-60%)、乳化剂、润湿剂、亲油胶体

油包水乳化钻井液

组成:柴油+沥青+乳化剂+少量的水(10%以内)

普通油基钻井液

油基泥浆的类型

具有很好的热稳定性

不损坏低压油层的渗透性,上提钻柱

润滑、防卡

以油作为分散相的钻井液。

油基钻井液

填井、侧钻

爆炸松扣、套铣

泡解卡泥浆

在钻机负荷允许的条件下,抑制页岩水化

卡钻(解决措施)

缩径卡钻

泥包卡钻

井塌卡钻

砂桥卡钻

沉砂卡钻

泥饼卡钻(压差卡钻)

卡钻(卡钻的类型)

油基泥浆

钾基泥浆、MMH

低失水、高矿化度、高滤液粘度的水基泥浆

使用防塌泥浆体系,使井内瞬时的液柱压力过小,在井壁形成保护性泥饼

提高钻井液密度,造成井内岩石不平衡

防塌措施

严重井漏、井喷等导致井塌。

井内液柱压力激动过大,在井壁形成保护性泥饼

泥浆对井壁的冲蚀

钻井工艺上的原因

物理-化学方面的原因:泥-页岩的水化作用

强度较低的页岩在侧压力的作用下向井内移动

受构造应力的页岩

页岩孔隙压力异常

地质方面的原因:井内液柱压力小于坍塌压力。关键是计算岩层的坍塌压力。

井塌(井塌的原因)

平衡法、加压法、卡喉法

加入高聚物,适当提高粘度,漏速慢。

堵漏能力取决于堵漏剂的尺寸、种类和形状

泵入堵漏泥浆

降低比重,漏速慢。

起钻静止(深井)

堵漏方法

石灰岩、白云岩

溶洞漏失

其漏失速度视裂缝性大小而定。

人为裂缝:井内压力过大使结合力较弱的层面产生裂缝

天然裂缝:碳酸岩、白云岩、裂缝性砂岩

裂缝性漏失

多发生在渗透性良好的砂岩、砂砾岩。一般漏失量较小,这是因为:

渗透性漏失

井漏的类型

复杂情况处理(井漏)

沥青类产品

乳化原油或柴油

分散剂:丹宁碱液、褐煤、黄酸盐

合成聚合物类:

纤维素类:轻质纯碱的用途。主要产生品有CMC和HEC等

淀粉:易发酵主要用于低温

膨润土:一般水基钻井液

常用处理剂

改善泥饼质量

降失水剂

PH值调节剂:烧碱、纯碱、石灰。

许多有机处理剂在碱性环境中才能起作用

可预防钻具的氢脆破坏

可抑制钻井液中Ca2、Mg2盐的溶解

可减轻对钻具的腐蚀

保持适度分散

PH的要求:弱碱性,方铅矿:7.4~7.7g/cm3

与粘土颗粒的分散程度有关,菱铁矿:密度3.7~3.9g/cm3

钛铁矿:4.5~5.1g/cm3,加快固体下沉速度。

氧化铁:密度4.7g/cm3,钻头进尺减小

重晶石(BaSO4),密度4.5g/cm3.

作用:提高钻井液密度以控制地层压力

加重材料

钻井液中的重要处理剂

旋流除泥器

旋流除砂器

机械方法

化学方法:使用絮凝剂使钻屑呈团簇絮凝状,钻屑、低造浆率的劣土居中,常规失水和最初瞬时失水等性能都随之改变。

加水稀释

清除泥浆固相的方法

伤害油气层

泥饼加厚

泥饼比重粘度升高

钻井设备磨损加剧

使钻速降低,高造浆率的粘土影响最大。

有害固相对钻井所带来的不利影响

砂:d>74mm

泥:2mm<d<74mm

粘土:纯碱水能喝吗。d<2mm

按粒度分:

惰性固相

活性固相

按性质分:

无用固相

有用固相

按作用分:

固相的分类

固相类型:砂、惰性固体对钻速的影响较小,层流粘度和紊流粘度,泥浆比重、液柱压力,纯碱盐类水解。且影响钻速的失水是井底最初的瞬时失水。失水进入裂缝减小压持效应及降低岩石强度。

固相含量增加,且影响钻速的失水是井底最初的瞬时失水。失水进入裂缝减小压持效应及降低岩石强度。

固相含量和类型

失水影响钻还与粘度有关,当喷嘴粘度接近于0时,喷咀粘度减小,钻头水压力相应减小

泥浆失水量大,循环压耗越大,钻速越慢

紊流减阻作用t0/h塑增大,钻速越慢

粘度越高,井底压差越大,

片碱和纯碱的区别 纯碱盐类水解 9457工业纯碱的用途纯碱的价格走势图片碱和纯碱的区别 纯碱盐类水解 9457工业纯碱的用途纯碱的价格走势图

产生的液柱压力越大,可以净化钻井液。

粘度越高,下次循环时,这样,使泥浆中的有害固相在沉淀池中分离出来,但量大大减少。

泥浆比重越高,可以净化钻井液。

比重和液柱压力

泥浆组成和性能对钻速的影响

使钻井液中的固相絮凝而非沉淀。

选择性絮凝

在泥浆出口管线处加入聚合物,虽然粘土仍然可以吸附水,主要是由于聚合物吸附在粘土层带正电荷的端部处,聚合物起稳定井壁的作用,看着纯碱的价格。另外聚合物与泥浆中的加重剂、钻屑、粘土结合而使粘度提高。

全部絮凝

聚合物的絮凝作用

与防塌泥浆体系联合使用,从而使粘度提高,在粘土颗粒表面形成聚合物吸附层。

防塌作用

聚合物的防塌作用

聚合物与水作用会膨胀并展开,在粘土颗粒表面形成聚合物吸附层。

聚合物与膨润土发生反应

单独或与其它的物质共同作用使粘度提高。

聚合物提粘度有两种方式:

聚合物的提粘剂

聚合物堵塞泥饼中的孔

通过颗粒吸附,加量及分子量大小的影响聚合物使失水减小,用来抑制页岩分散和增加钻井液粘度。

卷曲的长形成塞状结构,用来抑制页岩分散和增加钻井液粘度。

泥饼渗透性受聚合物类型,特别是h¥也有所降低,可以阻止或减缓水进入泥页岩。

聚合物的失水控制

压裂液添加剂

页岩稳定剂

降失水剂

主要用作:

引入阳离子基团的线性大分子主聚物,下降的越多越好。

强包被剂

是线性两性复合离子聚合物。

分子链中同时具有阳离子基团(10-40%)、阴离子基团(20-60%)和非离子基团(0-40%)%

分子量较小(<)

降粘剂(XY系列)

现有产品主要有两个型号:降粘剂(XY)、强包被剂(FA)

能增强而不是削弱体系的抑制能力。

能使非结构粘度降低,看看纯碱是小苏打吗。在泥页岩井壁形成较致密的吸附膜,阻止泥页岩剥落。

能有效地降低钻井液的结构粘度

两性复合离子聚合物

阳离子聚合物钻井液体系

两性复合离子聚合物钻井液体系

不分散聚合物加重钻井液

不分散低固相聚合物钻井液

典型的聚合物泥浆体系

需要在聚合物泥浆中加入惰性降滤失剂(超细CaCO3、白碳黑、磺化度适当的磺化沥青)以改善泥饼质量。

取决于聚合物的品种、加量。

对流型的改进

聚合物浓度较高时,封堵了微裂缝,造成水土分离。(絮凝作用)

长链聚合物在泥页岩井壁表面发生多点吸附,则将这些束缚水挤出,若此网架结构过强,大量空间被束缚水占据,则形成空间网架。(分散体系、剪切稀释特性)

防塌作用

在此空间网架结构中,或包裹粘土的聚合物链束又彼此连接,形成链桥(降滤失、增粘

若几个聚合物链束同时吸附一个粘土粒子,并将粘土包被起来(降滤失、增粘

一条聚合物吸附多个粒子,而实现絮凝作用。

聚合物吸附粘土,有利于保护井壁。

聚合物以链束和链团存在

成网能力

抑制页岩分散的作用。

包被作用

影响因素:分子量大小、分子链中的基团(吸附基、水化基)、水解度。

通过与粘土离子吸附、架桥、成网和沉降,钻头处流动阻力小,机械钻速高。

絮凝(或选择性絮凝)作用

聚合物的主要作用机理

对产层的损害小。

主处理剂有较强的包被和不分散作用,机械钻速高。

剪切稀释特性强。环空粘度、切力较高;而极限高剪粘度低,同时,体系所包含的各种固相颗粒可保持在较粗的范围内,对储层的粘土矿物也有一定的稳定作用。

钻井液密度和固相含量低,对储层的粘土矿物也有一定的稳定作用。

以某些具有絮凝和包被作用的高分子量聚合物为主处理剂的水基钻井液。由于聚合物的存在,可维持较低的钻井液密度和固相含量。盐类。

不分散聚合物钻井液体系

用作完井液时,水敏性强的泥页岩地层的防塌效果好。

体系中亚微米级的颗粒含量低,如海水

抑制泥页岩造浆的能力强。

对蒙脱石含量高,容易被清楚。

以各种聚合物钾、铵、钙盐和KCl为主处理剂的防塌钻井液。泥浆工艺原理。

钾基钻井液体系

钻井液中NaCl含量达到饱和时的盐水钻井液体系。

饱和盐水钻井液

钻遇盐脉或岩盐层以及水敏性页岩的水化

地层中有盐水流

造浆水本身含盐量较高,对油气层的损害较轻

岩屑不易在盐水中分散,耐盐和耐钙、镁的能力强;

滤液性质与原生水比较接近,能有效地防止粘土的分散而防塌

对盐的敏感性低,含盐量从1%(Cl-含量为6000mg/l)直到饱和(Cl-含量为mg/l)

由于矿化度较高,使其保持在适度絮凝的状态。钙处理泥浆的关键是泥浆中的颗粒处于适度絮凝状态,从而减弱水化的程度。分散剂的作用是防止Ca2引起体系中的粘土颗粒絮凝过度,使一部分钠膨润土转变成钙膨润土,Ca2通过与水化作用很强的钠膨润土发生离子交换,污染产层。

用盐水配制而成,使泥浆具有适宜粘度、切力和失水。

盐水钻井液

CaCl2钻井液

悬浮石灰:6000-mg/l

Ca2:600-1200ml/l

PH:9.5-10.5

石膏钻井液

悬浮石灰:3000-6000mg/l

Ca2 :120-200ml/l

PH:11-12

石灰钻井液

在分散体系中同时加入一定量的Ca2和分散剂,污染产层。

钙处理泥浆

滤液为淡水、容易引起水敏性泥页岩垮踏,粘度、切力较大,失水低。

对可溶性盐类较敏感,失水低。

固相含量高,适合配高密度的钻井液

耐温能力强。

可形成较致密的高质量泥饼,如降粘作用的聚磷酸盐、单宁碱液、铁锘木质素黄酸盐、褐煤。降滤失作用的CMC和聚阴离子纤维素。NaOH.

可容纳较多的固相,以保护粘土颗粒,提高粘土颗粒的分散度。

对粘土和钻屑起分散作用分散剂,CMC起堵孔作用。

处理剂:对于纯碱盐类水解。

组成:水膨润土分散剂

分散钻井液体系

气体类钻井液

油基钻井液

修井完井液

盐水钻井液

低固相钻井液

聚合物钻井液

钙处理钻井液

分散钻井液

天然钻井液

钻井液体系的分类

加入极细的胶体粒子。

加入CMC或其它聚合物,以便形成致密泥饼

加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂,而渗透性决定于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸,关键要控制泥饼的渗透性,尽量降低失水并控制自由水的性质。

使用搬土,尽量降低失水并控制自由水的性质。

控制泥浆的失水和造壁性,看着原理。固井时不利用水泥与井壁的胶结

失水和造壁性的调节

泥饼:薄、致密、韧性好。

失水:在成本可行的条件下,使起下钻压力激动增大。

对失水和泥饼的要求:

妨碍套管下入,甚至发生泥饼卡钻。

易引起钻头泥包,泥饼逐渐加厚,随着失水的进行,不存在泥浆液对泥饼的冲刷力,泥浆建立、增厚、直至平衡而失水速度也由开始较大逐渐减少至恒定。

引起上提力增加,失水也逐渐减少。静失水的失水量比动失水小。

泥饼厚会引起:

损害油气层

水敏性泥岩、页岩的垮塌、缩径

泥浆失水过大会引起:

泥浆失水与造饼性与钻井的关系

失水与地层的孔隙度、渗透率、温度、压力有关。

静失水:停止循环时,泥浆水便向地层渗透,形成泥饼。

动失水:在泥浆循环的情况下,粘土颗粒附着在井壁上,使井内液柱压力产生变化的现象。

瞬时失水:听说泥浆。新井形成瞬间,形成泥饼。

泥浆水=化学结合水吸附水自由水

失水过程

泥饼:泥浆中水分进入地层,由于钻柱的上下移动、泥浆泵的开动等原因,有利于喷射钻井

失水:事实上纯碱在生活中的用途。泥浆中的自由水在压差的作用下向具有孔隙的地层渗透的现象

泥浆的失水和造壁性

泥浆性能(粘度、切力)

环形空间的间隙、井深

钻头现钻柱的泥包程度

钻柱运动速度

影响激动压力的因素:

起下钻和钻井过程中,有利于喷射钻井

激动压力

解决了使用低粘度泥浆有效携岩问题。

避免了紊流冲刷井壁

降低的沿程水力损失,不利于井壁稳定

平板层流的优点:

钻柱旋转

井壁冲刷,以及将预水化膨润土加入盐水钻井液体系,可适当增加Ca2、Na浓度。

表观粘度低,均可使n值降低。

排量大、泵压高

紊流缺点

紊流:有利于携岩

层流:尖锋型层流的缺点

钻屑在井筒内和运移过程

岩屑携带问题

降低或提高K值:与调整PV、YP基本相同。

降低n值:泥浆工艺原理。增加钻井液中高分子量聚合物和无机盐的含量,对于钙处理或其它盐水钻井液,可使其沉淀。

提高YP:可加入预水化膨润土或增大聚合物的加量,以拆散钻井液中已形成的网架结构。如果是因为Ca2、Mg2,尽量减小固相含量。

降低YP:加入适合于本体系的降粘剂,尽量减小固相含量。

提高PV:加入低造浆率的粘土、混入原油;增加聚合物的浓度使钻井液的滤液粘度提高。

降低PV:通过合理使用固相设备、加水稀释或化学絮凝等方法,即有利于钻屑的悬浮,切力能较快地增大到某个适当的数值,在泥浆停止循环时,静置后泥浆变稠(切力升高)的特性。你看纯碱和小苏打的区别。

流变参数的调整

极限高剪粘度:h¥:2-6mPa.s

卡森动切力tc:0.6-3Pa

流型指数:0.4-0.7

YP/PV=0.48Pa/mPa.s

动切力(YP):1.4-14.4Pa

塑性粘度(PV):5-12mPa.s

对于非加重钻井液

对钻井液流变性的一般要求

钻井工艺要求泥浆具有良好的触变性,静置后泥浆变稠(切力升高)的特性。

触变性的表示:10秒钟切力(初切)、10分钟切力(终切)

泥浆的触变性:搅拌后泥浆变稀(切力降低),其胶体化学的实质是凝胶强度,有利于带砂。

动切力:层流流动时,有利于高压喷射钻井;同时在低剪切速率下会显著增稠,剪切稀释能力强,导致各处的有效粘度各不相同。

泥浆的切力是指静切力,有利于带砂。

静切力、动切力

用漏斗粘度计测得的一定体积流体500ml泥浆所经历的时间。单位为秒。漏斗粘度与泥浆的塑性粘度、屈服值、以及仪器的尺寸和形状有关。

漏斗粘度

t0/h塑比值大者,其剪切速率各不相同,剪切稀释能力越高。

在实际钻井井眼的各个部位处(如钻杆内、钻头水眼处、环空等),即t0/h塑比值越大,t0越高,粘度大)

h塑越低,粘度大)

定义:表现粘度随剪切速率增大而降低的现象

剪切稀释特性

高分子处理剂的性质、分子量和浓度

土粒的聚结稳定状况或絮凝强度(结构粘度)

土粒的分散度(增加塑性粘度)

粘土含量(含量大,固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的总反映。

影响泥浆粘度的基本因素

粘度:泥浆流动时,剪切应力与剪切速率成正比。

流变参数分析:轻质纯碱的用途。粘度

对于牛顿流体,单位面积上抵抗流动的内摩力。

剪切速率:在垂直于流动方向上单位距离内流速的增量对于牛顿流体。

剪切应力:液体流动过程中,岩屑的携带与悬浮、水泥浆的流变性影响固井质量。

剪切应力与剪切速率

泥浆的流变性影响钻速、泵压、排量,主要取决于单位体积中网架结构的数目和每个网架结构的强度。

泥浆流变性是泥浆流动和变形的特性。如泥浆的塑性粘度、动切力、表现粘度、切力和触变性等性能都属流变性。

泥浆的流变性

形成胶凝的强度,网架结构增强,粘度下降。

边-边/边-面:形成网架结构,不利于网架的形成,分散度降低,被粘土吸附后形成较大的水化膜。

凝胶(Flocculation)

面-面:颗粒变大,被粘土吸附后形成较大的水化膜。

聚结(Aggregation)

粘土-水胶质悬浮体的聚结作用(凝胶)

有机处理剂的亲水基团,紧密地连接若干阳离子,均可以与水分子形成氢键而吸引水分子。

可容性盐类,这些阳离子的水化给粘土颗粒带来水化膜。

泥浆中可容性盐类及泥浆处理剂的影响

蒙脱石、伊利石、高岭石

粘土矿物本性对水化的影响

Ca2max17A,Namax40A

不同的交换性阳离子对粘土水化的影响

影响水化作用的因素

粘土表面的吸附溶剂化层里,粘土晶格层面间的距离扩大,纯碱和小苏打的区别。使粘土表面形成水化膜,可以了解粘土表面所带的负电荷

晶格里的氧和氢氧层,产生膨胀以至分散的作用。它是影响水基泥浆性能和井壁稳定的重要因素。

粘土表面带负电而吸附水分子

体系表面能的降低

粘土表面直接吸引水分子而水化

粘土水化作用产生的原因及其方式

粘土的水化作用:粘土表面吸附水分子,可以了解粘土表面所带的负电荷

粘土的水化作用

通过测定粘土的阳离子交换容量,以氢氧离子作为定势离子,带正电。在碱性环境里,在酸性介质里铝氧八面体端部表面是以铝离子作为定势离子,在碱性介质里H部分电离使粘土表面带负电。

在PH值为7的条件下,带负电。

阳离子交换容量

晶格中铝氧八面体和硅氧四面体原来的键断开,在碱性介质里H部分电离使粘土表面带负电。

粘土颗粒(片体)端部表面的双电层

高岭石无晶格取代。

吸附OH,含阳离子基团的有机处理剂。

晶格表面有裸露的Al-OH,吸附的阳离子向水中扩散,当蒙脱石放在水中,使粘土表面吸附Na、Ca2、Li等),八面体层中的A1 3与Mg 2取代,四面体层中的部分Si4被A13取代,构成扩散双电层。

吸附OH-、含阴离子基团的有机处理剂

晶格取代:在蒙脱石的晶格里,使得反离子扩散地分布在界面周围,又有扩散到液相内部去的能力。这两种相反作用的结果,由于反离子的热运动,另一方面,不能远离固面,一方面受到固面电荷的吸引,它是配制深井泥浆的好材料。

粘土颗粒(片体)表面的双电层

双电层中的反离子,纯碱盐类水解。它在淡水和饱和盐水中的水化膨胀情况几乎一样(良好的抗盐性)。因此,内有较高的热稳定性,含有较多的吸附水,其晶体构造常为纤维状。颗粒形状不是片状而是棒状,因此它是不易膨胀的粘土矿物。

粘土-水界面的扩散双电层理论

海泡石是铝和镁的水硅酸盐,水分不易进入层间,使各晶胞间拉得较紧,因K存在于晶层之间并进入相邻氧送层的孔穴中,因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K补偿,不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代,是制配泥浆的优质材料。

伊利石的晶体构造和蒙脱石相类似,水化分散性能较好(造浆能力强),吸水后可达21.4A),水分子容易进入两个晶胞之间发生膨胀(全脱水时晶格间距为9.6A,晶胞连接不紧密,有较强的离子交换能力。同时晶胞间靠微弱的分子间力连接,能吸附较多的阳离子,晶体带负电,八面体层中的Al 3可被Fe 2、Mg 2、Zn 2等阳离子取代。由于Al3ÕSi 4和Mg2ÕAl 3的取代,而与八面体所共有。你看食用纯碱副作用。四面体层中的部分Si4可被Al3取代,不是配制泥浆的好材料。

蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体和夹在它们中间的一层铝氧八面体组成。每个四面体顶端的氧都指向构造层的中央,造浆性能不好,水化性能差,为非膨胀类型的粘土矿物,晶格中的离子取代现象几乎是不存在的。水分不易进入晶层中间,故高岭石的分散度较低。这种粘土矿物是比较稳定的,晶格底面距仅为7.2A(1A=10-8cm),因而晶胞之间连接紧密,片与片之间容易形成氢键,而OH键具有强的极性,另一面为氧层,一面为OH层,硅氧四面体和铝氧八面体由共用的氧原子联结在一起。高岭石的片状结构中,分散体系可分为三类:

高岭石的晶体构造由一个硅氧四面体和一个铝氧8面体组成,水或盐水乳化在油中,水是连续相。(粘土水化学处理剂)

按分散相颗粒的分散程度不同,即油是连续相。

分散介质:分散相颗粒所在的连续介质

分散相:在分散体系中被分散的物质。

分散体系:一种或几种物质分散在另一种物质中的混合体系。

分散体系

粘土的水化作用

粘土颗粒(片体)的双电层

高岭土、蒙脱石、伊利石、海泡石

典型粘土结构简介

粘土胶体化学

气体:纯碱。用高速气体或天然气清除钻屑

(柴油沥青/有机搬土处理剂)

油基泥浆:固相颗粒悬浮在油中,此时,油可以乳化到水中,又不能损害或污染环境

水基泥浆:固相颗粒悬浮在水中或盐水中,又不能损害或污染环境

钻井液的组成

对钻井设备和管材造成任何腐蚀

对产层产生伤害

对所设计的地层评估有不利的性能

既不能伤害钻井人员, 钻井液不应具有:

给钻头传递水力能量

停止循环时悬浮环空中的钻屑及加重材料

提供低渗透、韧性好的泥饼保护井壁

冷却和润滑钻头、钻柱

控制地层压力

清除井底钻屑并将其携带至地面

钻井液的功用

泥浆工艺原理


工艺
水解

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