钻井液的pH值和碱度

钻井液的pH值和碱度1、钻井液的pH值通常用钻井液滤液的pH值表示钻井液的酸碱性由于酸碱性的强弱直接与钻井液中粘土颗粒的分散程度有关因此酸碱性会在很大程度上影响钻井液的粘度、切力和其它性能参数①经预水化的膨润土基浆(其中膨润土含量为57.1kg/m3)的表现粘度随pH值的变化现象：由图可知，当pH值大于9时，表现粘度随pH值升高而剧增原因：当pH值升高时，会有更多OH-被吸附在粘土晶层的表而，进一步增强表面所带的负电性，从而在剪切作用下使粘土更容易水化分散②在实际应用中，大多数钻井液的pH值要求控制在8～11之间，即维持一个较弱的碱性环境主要原因：可减轻对钻具的腐蚀可预防因氢脆而引起的钻具和套管的损坏可抑制钻井液中钙、镁盐的溶解相当多的处理剂需要在碱性介质个才能充分发挥其效能(如丹宁类、褐煤类和木质素磺酸盐类处理剂)③不同类型的钻井液所要求的pH值范围有所不同一般要求分散钻井液的pH10含石灰的钙钻井液pH：11～12含石膏的改钻井液pH：9.5～10.5许多情况下聚合物钻井液的pH：7.5～8.5钻井液pH值的调节添加剂：主要烧碱（即工业用NaOH）、有时纯碱和石灰在常温下，它们的水溶液具有如下的pH值：10%NaOH溶液，pH＝12.9；10%Na2CO3溶液，pH＝11.1；饱和Ca(OH)2溶液，pH＝12.1。通常使用pH试纸测量钻井液的pH值，如要求的精度较高时，可使用pH计2、钻井液的碱度①碱度（alkalinity）指溶液或悬浮体对酸的中和能力②存在原因：使钻井液维持碱性的无机离子除了OH-外，还可能有HCO3-和CO32-等离子pH值并不能完全反映钻井液中这些离子的种类和质景浓度③引入碱度参数好处由碱度测定值可以较方便地确定钻井液滤液中OH－、HCO3-和CO32-等三种离子的含量从而可以判断钻井液碱性的来源可以确定钻井液体系中悬浮石灰的量（即储备碱度）④测定方法为了建立统一的标准，API选用酚酞和甲基橙两种指示剂滴定来评价钻井液及其滤液碱性的强弱酚酞变色点为pH＝8.3当pH值降至该值时，酚酞即由红色变为无色酚酞碱度(PhenothalinAlkalinity)：能够使pH值降至8.3所需的酸量Pm：钻井液的酚酞碱度及其Pf：钻井液滤液的酚酞碱度甲基橙变色点为pH＝4.3当pH值降至该值时，甲基橙由黄色转变为橙红色甲基橙碱度(MethylOrangeAlkalinity)：能使pH值降至4.3所需的酸量Mm：钻井液的甲基橙碱度Mf：钻井液滤液的甲基橙碱度⑤API推荐的试验方法要求对Pm、Pf和Mf分别进行测定规定以上三种碱度的值均以滴定1ml样品(钻井液或其滤液)所需0.02mol/l的H2SO4的ml数表示（ml单位常可省略）注意：有时钻井液滤液中存在着某些易与H＋起反应的其它无机离子(如SiO32-、PO43-等)和有机处理剂这样会使Mf和Pf的测定结果产生一定误差测定目的Ⅰ：由测出的Pf和Mf可计算出钻井液滤中OH-、HCO3-、CO32-等的浓度根据：当pH＝8.3时，以下反应已基本进行完全：OH-＋H+→H2OCO32-＋H+→HCO3-溶液中的HCO3-不参加反应，继续用H2SO4溶液滴定至pH＝4.3时，HCO3-与H+的反应也已基本反应完全：HCO3-+H+→CO2+H2O特殊情况：若测得的结果为Mf＝Pf，表示滤液的碱性完全由OH-所引起若测得的结果为Pf＝0，表示碱性完全由HCO3-引起若测得的结果为Mf＝2Pf，表示滤液中只含有CO32-Pf和Mf与离子质量浓度之间的关系条件[OH-]/(mg·l-1)[CO32-]/(mg·l-1)[HCO3-]/(mg·l-1)Pf=0001220Mf2PfMf01220Pf1220(Mf-2Pf)2Pf=Mf01220Pf02PfMf340(2Pf-Mf)1220(Mf-Pf)0Pf=Mf340Mf00测定目的Ⅱ：根据测得的Mf和Pf，确定钻井液中悬浮固相的储备碱度储备碱度(ReserveA1kalinity)主要是指未溶石灰构成的碱度当pH值降低时，石灰会不断溶解这样一方面可为钙处理钻井液不断地提供Ca2+，另一方面有利于使钻井液的pH值保持稳定钻井液的储备碱度通常用体系中未溶Ca(OH)2的含量表示计算式为：储备碱度（kg/m3）=0.742(Pm-fwPf)（fw——钻井液中水的体积分数）