钻井液工艺学5

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Others2009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1/102009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、02009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）=10~15：2：50~1002009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；h0.5mm.HTHP静失水15ml/30minh5mm.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ZHOUCY重庆科技学院化工院2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院（3）常用有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）部分水解聚丙烯酰胺（PHP）丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物（80A-51)醋酸乙烯酯—顺丁烯二酸酐共聚物（VAMA）2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院(4)絮凝剂选择方法仪器:几个带塞量筒。方法：10分钟30分钟60分钟评价标准：指定时间内絮凝物下降的高度。