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                        鉆井液配漿材料與處理劑
                        發布時間:2020-09-01 08:28:08瀏覽次數:237
                        一般來講,鉆井液配漿原材料是指在配漿中用量較大的基本組分,例如膨潤土、水、油和重晶石等。處理劑則是指用于改善和穩定鉆井液性能,或為滿足鉆井液某種性能需要而加人的化學添加劑。處理劑是鉆井液的核心組分,往往很少的加量就會對鉆井液性能產生極大的影響。但配漿原材料與處理劑之間并無嚴格的界限,有的文獻將配漿原材料也歸類在處理劑中。
                        鉆井液原材料和處理劑的種類品種繁多。為了使用和研究方便,有必要將它們進行分類。河南海洋化工科技股份有限公司現在將目前主要有以下兩種分類方法分享給大家:
                        第一類分類方法是按其組成分類。通常分為鉆井液原材料、無機處理劑、有機處理劑和表面活性劑四大類。其中無機處理劑又可分為氯化物、硫酸鹽、堿類、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和重鉻酸鹽和混合金屬層狀氫氧化物(即正電膠)類等。有機處理劑通??煞譃樘烊划a品、天然改性產品和有機合成化合物。按其化學組分又可分為下列幾類:腐植酸類、纖維素類、木質素類、丹寧酸類、瀝青類、淀粉類和聚合物類等。
                        第二類分類方法是按其在鉆井液中所起的作用或功能分類。我國鉆井液標  準化委員會根據國際上的分類法,并結合我國的具體情況,將鉆井液配漿材料和處理劑共分為以下“類,即(1)降濾失劑(Filtration Reducer);(2)增粘劑(Viscosifier);(3)乳化劑(Emulsifier)使油水乳化產生乳狀液;(4)頁巖抑制劑  (Shale inhibitor);(5)堵漏劑(lost Circulation Material);(6)降粘劑(Thinner);(7)緩蝕劑(Corrosion inhibitor);(8)粘土類(Clay);(9)潤滑劑(Lubricant);(10)加重劑(Weighting Agent);(11)殺菌劑(Bactericide);(12)消泡劑(Defoamer);(13)泡沫劑(Foaming Agent);(14)絮凝劑(Flocculant);(15)解卡劑(Pipe-Freeing Agent);(16)其它類(Others)等。
                        這16類處理劑所起的作用各不相同,但在配制和使用鉆井液時,并不同時使用這些處理劑,而僅僅根據需要使用其中的幾種。有時,一種處理劑在鉆井液中同時具有幾種作用。例如,有的降失水劑同時兼有增粘或降粘作用,絮凝劑同時兼有增粘劑的作用等。本章將以上兩種分類方法結合起來,除介紹常用的配漿原材料和無機處理劑外,重點介紹幾類重要的有機處理劑,即降粘劑、降濾失劑、頁巖抑制劑、絮凝劑和堵漏劑等。
                        鉆井液配漿原材料
                        一、粘土類
                        膨潤土是水基鉆井液的重要配漿材料。有的文獻將膨潤土定義為具有蒙脫石的物理化學性質,含蒙脫石不少于85%的粘土礦物。評價膨潤土好壞的標準是造漿率,即每噸膨潤土可以配制粘度為15mpa·s的鉆井液的體積數,m3。一般要求1 t膨潤土至少能夠配制出粘度為15mpa·s的鉆井液16m3。鈉膨潤土的造漿率一般較高,而鈣膨潤土則需要通過加入純堿使之轉化為鈉膨潤土后方可使用。目前我國將配制鉆井液所用的膨潤土分為三個等級:一級為符合API標準的鈉膨潤土;二級為改性土,經過改性符合OCMA標準要求;三級為較次的配漿土,僅用于性能要求不高的鉆井液。
                        由于無機鹽對膨潤土的水化分散具有一定的抑制作用,因此膨潤土在淡水  和鹽水中的造漿率不同,鹽水造漿率一般要低一些。將膨潤土先在淡水中預水化,然后再加入鹽水中,可以提高其在鹽水中的造漿率。
                        膨潤土在淡水鉆井液中具有以下作用:(1)增加粘度和切力,提高井眼凈化能力;(2)形成低滲透率的致密泥餅,降低濾失量;(3)對于膠結不良的地層,可改善井眼的穩定性;(4)防止井漏。
                        海泡石、凹凸棒石和坡縷縞石是較典型的抗鹽、耐高溫的粘土礦物,主要用  于配制鹽水鉆井液和飽和鹽水鉆井液。用抗鹽粘土配制的鉆井液一般形成的泥  餅質量不好,濾失量較大。因此,必須配合使用降濾失劑。海泡石有很強的造漿能力,用它配制的鉆井液具有較高的熱穩定性。此外,海泡石還具有一定的酸溶性(在酸中可溶解60%左右),因此,在保護油氣層的鉆井液中,還可用做酸溶性暫堵劑。在我國,由于目前這幾種抗鹽粘土的礦源相對較少,因此在鉆井液中的應用尚不普遍。
                        有機土是由膨潤土經季銨鹽類陽離子表面活性劑處理而制成的親油膨潤  土。有機土可以在油中分散,形成結構,其作用與水基鉆井液中的膨潤土類似。關于有機土的性能及應用將結合油基鉆井液再進行討論。
                        二、加重材料
                        1.常用的鉆井液加重材料
                        加重材料(Weighting Material)又稱加重劑,由不溶于水的惰性物質經研磨加工制備而成。為了對付高壓地層和穩定井壁,需將其添加到鉆井液中以提高鉆井液的密度。加重材料應具備的條件是自身的密度大,磨損性小,易粉碎;并且應屬于惰性物質,既不溶于鉆井液,也不與鉆井液中的其它組分發生相互作用。
                        鉆井液的常用加重材料有以下幾種:
                        (1)重晶石粉(Barite)
                        重晶石粉是一種以BaSO4為主要成分的天然礦石,經過機械加工后而制成的灰白色粉末狀產品。按照API標準,其密度應達到4.2g/cm3,粉末細度要求通過200目篩網時的篩余量<3.0%。重晶石粉一般用于加重密度不超過2.30 g/cm3的水基和油基鉆井液,它是目前應用最廣泛的一種鉆井液加重劑。
                        (2)石灰石粉(Limestone)
                        石灰石粉的主要成分為CaCO3,密度為2.7~2.9 g/cm3。易與鹽酸等無機酸類發生反應,生成CO2、H2O和可溶性鹽,因而適于在非酸敏性而又需進行酸化作業的產層中使用,以減輕鉆井液對產層的損害。但由于其密度較低,一般只能用于配制密度不超過1. 68 g/cm3 (14ppg)的鉆井液和完井液。
                        (3)鐵礦粉(Hematite)和鈦鐵礦粉(Ilmenite)
                        前者的主要成分為Fe2O3,密度4.9~5.3 g/cm3;后者的主要成分為TiO2•Fe2O3,密度4.5~5.1 g/cm3。均為棕色或黑褐色粉末。因它們的密度均大于重晶石,故可用于配制密度更高的鉆井液。如果將某種鉆井液加重至某一給定的密度,當選用鐵礦粉時,加重后鉆井液中的固相含量(常用體積分數表示)顯然要比選用重晶石時低一些。例如,用密度為4.2 g/cm3的重晶石將某種鉆井液加重到2.28 g/cm3,其固相含量為39.5%;而使用密度為5.2 g/cm3的鐵礦粉將該鉆井液加至同樣密度時,固相含量僅為30.0%。加重后固相含量低有利于流變性能的調控和提高鉆速。此外,由于鐵礦粉和鈦鐵礦粉均具有一定的酸溶性,因此可應用于需進行酸化的產層。
                        由于這兩種加重材料的硬度約為重晶石的兩倍,因此耐研磨,在使用中顆粒尺寸保持較好,損耗率較低。但另一方面,對鉆具、鉆頭和泥漿泵的磨損也較為嚴重。在我國,鐵礦粉是用量僅次于重晶石的鉆井液加重材料。
                        (4)方鉛礦粉(Galena)
                        方鉛礦粉是一種主要成分為PbS的天然礦石粉末,一般呈黑褐色。由于其密度高達7.4~7.7 g/cm3,因而可用于配制超高密度鉆井液,以控制地層出現異常高壓。由于該加重劑的成本高、貨源少,一般僅限于在地層孔隙壓力極高的特殊情況下使用。如我國滇黔桂石油勘探局在官-3井使用方鉛礦,配制出密度為3.0g/cm3的超高密度鉆井液。
                        三、配漿水和油
                        水是配制各種鉆井液都不可缺少的基本組分。在水基鉆井液中,水是分散介質,大多數處理劑均通過溶解于水而發揮作用;在泡沫鉆井液中水也是作為連續相,空氣在起泡劑和穩泡劑的作用下分散在水中;在油包水乳化鉆井液中,水是分散相,往往水中又含有一定量的無機鹽,如氯化鈉和氯化鈣等。在霧流體中,是作為分散相,成小顆粒狀分散于氣中。
                        實踐證明,鉆井液性能與配漿水的性質密切相關。多數情況下,為節約成本,都是就地取材,但是地區不同水質相差很大,水中的各種雜質、無機鹽類、細菌和氣體等對鉆井液的性能有很大影響。
                        例如:無機鹽:會導致膨潤土的造漿率降低,以及鉆井液的濾失量增大;
                        細菌:淀粉類處理劑發酵,聚合物處理劑容易降解,細菌的大量繁殖還會對油氣層造成損害;
                        氣體的存在則會加劇鉆具的腐蝕等。二氧化碳,氣蝕、碳酸
                        因此,配制鉆井液時必須預先了解配漿水的水質,不合格的水需經過適當處理后才能使用。
                        自然界的水分類
                        1、按來源分:地面水和地下水;
                        2、按其酸堿性分:酸性水、中性水和堿性水;
                        3、按所含無機鹽的類別分:NaCl型、CaCl2型、MgCl2型、Na2SO4型和NaHCO3型水等。
                        在鉆井液工藝中,根據水中可溶性無機鹽含量的多少,一般將配漿水分為以下三類:含鹽量較少(總鹽度低于10 000mg/1)的淡水,鉆井液稱做淡水鉆井液
                        含鹽量較多的鹽水,與之對應鉆井液稱作鹽水鉆井液
                        含鹽量達飽和的飽和鹽水,與之對應鉆井液飽和鹽水鉆井液。
                        此外,常將含Ca2+、Mg2+較多的水稱為硬水。
                        原油、柴油和低毒礦物油也是配制鉆井液時常用的原材料。在油基鉆井液中,常選用柴油和礦物油作為連續相。在水基鉆井液中,也?;烊胍欢康脑突虿裼?,以提高其潤滑性能,并起降低濾失量的作用。在使用過程中,應注意油品的粘度不宜過高,否則鉆井液的流變性不易調控。此外,還應考慮油晶的價格和對環境可能造成的影響。對于探井,應考慮其熒光度對油氣顯示的影響。在選用原油時,應考慮其凝固點以及石蠟、瀝青質含量等,以免對油氣層造成不良的影響。
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