鉆井液種類及組成

鉆井液種類及組成降濾失劑，白油，腐植酸，重晶石，等都是一些處理劑，些都是泥漿性能調(diào)節(jié)的，重金石是用來增加比重的，每個處理劑都有不同的作用，如果你想寫畢業(yè)設(shè)計，你自己必須看一些有關(guān)的書籍，推薦幾個書籍，鉆井液與巖土工程漿液，巖土鉆掘工程等，我以前寫過的一個課程報告，發(fā)給你吧，1、膠體率成孔液的膠體率是配液材料水化分散程度及懸浮穩(wěn)定性的簡易且有效的衡量指標(biāo)。膠體率的測定：€將100毫升泥漿裝入量筒中，將瓶塞塞緊，靜止24小時后，觀察量筒上部澄清液的體積〔毫升數(shù)〕。€膠體率以百分?jǐn)?shù)表示:€2、比重成孔液的比重是指成孔液的重量與同體積水的重量之比。3、固相含量成孔液的固相含量指成孔液中固體顆粒占的重量或體積百分?jǐn)?shù)。成孔液中的固相包括有用固相和無用固相，前者如造漿粘土、重晶石等，后者為鉆屑。成孔液中的固相，按固相比重來劃分，可分為重固相〔重晶石比重為4.5，赤鐵礦為6.0,方鉛礦為6.9等〕和輕固相〔粘土比重一般為2.3~2.6,巖屑比重一般在2.2~2.8之間〕。固相含量測定方法€“蒸餾別離原理〞：取一定量〔20ml〕成孔液，置于蒸餾管內(nèi)；用電加熱高溫將其蒸干；水蒸氣那么進(jìn)入冷凝器,用量筒收集冷凝的液相；然后稱出干涸在蒸餾器中的固相的重量；讀出量筒中液相的體積；計算固相含量；其單位為重量或體積百分比。4、含砂量鉆井液含砂量是指鉆井液中不能通過200目篩網(wǎng)，即粒徑大于74pm的砂粒占鉆井液總體積的百分?jǐn)?shù)。在現(xiàn)場應(yīng)用中,該數(shù)值越小越好,一般要求控制在0.5%以下。這是由于含砂量過大會對鉆井造成以下危害：〔1〕使鉆井液密度增大,對提高鉆速不利?！?〕使形成的泥餅松軟,導(dǎo)致濾失量增大,不利于井壁穩(wěn)定,并影響固井質(zhì)量?！?〕泥餅中粗砂粒含量過高會使泥餅的磨擦系數(shù)增大,容易造成壓差卡鉆。〔4〕增加對鉆頭和鉆具的磨損,縮短其使用壽命。降低鉆井液含砂的最有效的方法,是充分利用振動篩、除砂器、除泥器等設(shè)備,對鉆井液的固相含砂量進(jìn)展有效的控制。鉆井液含砂量通常是用一種專門設(shè)計的含砂量測定儀進(jìn)展測定的。該儀器由一個帶刻度的類似于離心試管的玻璃容器和一個帶漏斗的篩網(wǎng)筒組成，億用篩網(wǎng)為200目。測量時將一定體積的鉆井液注入玻璃容器中，然后注入清水至刻度線。用力振蕩后將容器中的流體倒入篩網(wǎng)筒過篩。篩完后將漏斗套有篩網(wǎng)筒上反轉(zhuǎn)，漏斗嘴插入玻璃容器。將不能通過篩網(wǎng)的砂粒用清水沖入玻璃容器中。待砂粒全部沉淀后讀出體積刻度。最后由下式求出鉆井液含砂量NN=〔V砂粒/V鉆井液〕x100%5、流變性成孔液的流變性是指鉆井液的流動和變形性質(zhì)，它以成孔液的粘稠性為主要研究對象。反映液體粘稠性的指標(biāo)根據(jù)不同的液體流型有不同的表述方法，其根底建立在流變本構(gòu)關(guān)系上。成孔液的粘稠性對非開挖鉆擴(kuò)孔的影響至關(guān)重要。流變性能測試儀器：漏斗粘度計、旋轉(zhuǎn)粘度計€六速旋轉(zhuǎn)粘度計€考前須知：外筒裝卸，一手握住外轉(zhuǎn)筒，另一手握住外筒順時針轉(zhuǎn)動，使外筒的卡口對準(zhǔn)外轉(zhuǎn)筒內(nèi)的銷子后取下外筒。裝上外筒時，應(yīng)使外筒的槽口對準(zhǔn)外轉(zhuǎn)筒內(nèi)的銷子后，在逆時針旋轉(zhuǎn)外筒即可，切忌碰撞內(nèi)筒。內(nèi)筒裝卸，一手緊握內(nèi)筒軸，一手內(nèi)旋內(nèi)筒裝卸，切勿弄彎內(nèi)筒軸。長途搬運時，一定要卸下內(nèi)筒，裝好外筒，以防止內(nèi)筒軸被撞彎。扭力彈簧剛度的調(diào)整不準(zhǔn)隨意進(jìn)展。6、失水造壁性在孔內(nèi)液體壓力與地層孔隙流體壓力差的作用下，成孔液中的自由水通過孔壁孔隙或裂隙向地層中滲透，稱為成孔液的失水。失水的同時，成孔液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥皮〔泥餅〕，稱為造壁。失水性對鉆孔的影響：€成孔液的失水對鉆孔的有利影響是：初失水可以濕潤巖土，使其強度降低，有利于鉆頭對其破碎，提高鉆進(jìn)速度；〃在泥頁巖、黃土、粘土地層中，失水過大會引起孔壁吸水膨脹、縮徑、剝落、坍塌；〃對于破碎帶、裂隙發(fā)育的地層，滲入的自由水洗滌了破碎物接觸面之間的粘結(jié)，減小了摩擦阻力，破碎物易滑入孔眼內(nèi)，造成孔壁坍塌、卡鉆等事故；〃在溶解性地層中的失水越多，孔壁地層被溶解的程度就越高；〃厚泥皮會加大對鉆具的吸附，使鉆桿回轉(zhuǎn)阻力增加；〃厚泥皮使環(huán)空過流面積減小，循環(huán)阻力和壓力沖動增大。''7、 抑制性成孔液的抑制性是指成孔液抑制孔壁巖土水化、膨脹、分散的性能。評價方法:〃浸泡試驗法；,膨脹量測試儀；,滾子爐滾動回收法；,毛細(xì)管吸收時間法；,頁巖穩(wěn)定性指數(shù)實驗法等。,8、 潤滑性成孔液的潤滑性與鉆具磨損、循環(huán)流動阻力、設(shè)備功率消耗等有密切關(guān)系提高成孔液的潤滑性——參加油、高聚物、潤滑劑、石墨粉；成孔液潤滑性用潤滑系數(shù)測定儀測定。9、pH值通常用鉆井液濾液的pH值表示鉆井液的酸堿性。由于酸堿性的強弱直接與鉆井液中粘土顆粒的分散程度有關(guān)，因此會在很大程度上影響鉆井液的粘度、切力和其它性能參數(shù)。當(dāng)pH值大于9時，表觀粘度隨pH值升高而劇增。其原因是當(dāng)pH值升高時，會有更多OH-被吸附在粘土晶層的外表，進(jìn)一步增強外表所帶的負(fù)電性，從而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)鉆井液的pH值要求控制在8?11之間，即維持一個較弱的堿性環(huán)境。這主要是由于以下幾方面的原因：〔1〕可減輕對對鉆具的腐蝕；〔2〕可預(yù)防氫脆而引起的鉆具和套管的損壞；〔3〕可抑制鉆井液中鈣、鎂鹽的溶解；〔4〕有相當(dāng)锪處理劑需要堿性介質(zhì)中才能充分發(fā)揮其效能，如丹寧類、褐煤類和木質(zhì)素磺酸鹽類處理劑等。對不同類型的鉆井液，所要求的pH值范圍也有所不同，例如，一般要求分散鉆井液的pH值在10以上，含石灰的鈣處理鉆井液的pH值多控制在11?12,含石膏的鈣處理鉆井液的pH值多控制在9.5?105而在許多情況下聚合物鉆井液的pH值只要求控制在7.5?8.5。第四章常用成孔液處理劑第一節(jié)成孔液的主要類型隨著鉆井工藝技術(shù)的不斷開展，鉆井液的種類越來越多。目前國內(nèi)外對鉆井液有各種不同的分類方法。其中較簡單的分類方法有以下幾種：按其密度大小可分為非加重鉆井液和加重鉆井液。€按與粘土水化作用的強弱可分為非抑制性鉆井液和抑制性鉆井液。€按其固相含量的不同，將固相含量較低的叫做低固相鉆井液，根本不含固相的叫做無固相鉆井液。€然而，一般所指的分類方法是按鉆井液中流體介質(zhì)和體系的組成特點來進(jìn)展分類的。根據(jù)流體介質(zhì)的不同，總體上分為永基鉆井液、油基鉆井液和氣體型鉆井液體等三種類型，近期又出現(xiàn)了一類合成基鉆井液，。更具體一些，中分為如圖1-1所示的7種類型。由于水基鉆井液在實際應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，根據(jù)體系在組成上的不同又將其分為假設(shè)干種類型。下面是在參考國外鉆井液分類標(biāo)準(zhǔn)的根底上，在國內(nèi)得到認(rèn)可的各種鉆井液類型。成孔液的主要類型見表4-1-1表4-1-1類型名稱材料組成清水清水泥漿膨潤土、水、處理劑化合物溶液化合物、水乳狀液水、油、乳化劑泡沫漿液空氣、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑鹽水漿液NaCl、膨潤土、水、處理劑水泥漿水泥、水、添加劑第二節(jié)常用無機(jī)處理劑1．純堿學(xué)名碳酸鈉，又稱蘇打粉，分子式為Na2CO3。白色粉末，密度為2.5g/cm3,易溶于水。易吸潮結(jié)塊，注意防潮，水溶液呈堿性（pH值為11.5），在水中容易電離和水解。其中電離和一級水解較強，所以純堿水溶液中主要存在Na+、C032—、HCO3-和OH-離子，其反響式為：Na2CO3=2Na++CO32-CO32-+H2O二HCO3—+OH—純堿能通過離子交換和沉淀作用使鈣粘土變?yōu)殁c粘土，即Ca—粘土+Na2CO3fNa—粘土+CaCO3作用：改善粘土的水化分散性能，因此參加適量純堿可使新漿的濾失量下降，粘度切力增大。過量的純堿會導(dǎo)致粘土顆粒發(fā)生聚結(jié)，使鉆井液性能受到破壞。在鉆水泥塞或鉆井液受到鈣侵時，參加適量純堿使Ca2+沉淀成CaCO3,從而使鉆井液性能變好，即含羧鈉基官能團(tuán)（一COONa）的有機(jī)處理劑在遇到鈣侵（或Ca2+濃度過高）而降低其溶解性時，一般可采用加人適量純堿的方法恢復(fù)其效能。2．燒堿燒堿即氫氧化鈉，分子式為NaOH特性：外觀乳白色晶體，密度2.0~2.2g/cm3,易溶于水，溶解時放出大量的熱。水溶液呈強堿性。燒堿容易吸收空氣中的水分和二氧化碳，并與二氧化碳作用生成碳酸鈉，存放時應(yīng)注意防潮加蓋。作用：主要用于調(diào)節(jié)鉆井液的pH值；與丹寧、褐煤等酸性處理劑一起配合使用，使之分別轉(zhuǎn)化為丹寧酸鈉、腐植酸鈉等有效成分；還可用于控制鈣處理鉆井液中Ca2+的濃度等。3．石灰生石灰即氧化鈣，分子式為CaO。吸水后變成熟石灰，即氫氧化鈣Ca(OH)2。特性：在水中的溶解度較低，常溫下為0.16％，其水溶液呈堿性。并且隨溫度升高溶解度降低。作用：在鈣處理鉆井液中，石灰用于提供Ca2+,以控制粘土的水化分散能力，使之保持在適度絮凝的狀態(tài)；在油包水乳化鉆井液中，CaO用于使烷基苯磺酸鈉等乳化劑轉(zhuǎn)化為烷基苯磺酸鈣，并調(diào)節(jié)pH值。考前須知：在高溫條件下石灰鉆井液可能發(fā)生固化反響，使性能不能滿足要求，因此在高溫深井中應(yīng)慎用。此外，石灰還可配成石灰乳堵漏劑封堵漏層。4、石膏石膏的化學(xué)名稱為硫酸鈣，分子式為CaSO4。有熟石膏(CaSO4?2H2O)和無水石膏(CaSO4)兩種。特性：石膏是白色粉末，密度為2.31~2.32g/cm3。常溫下溶解度較低(約為0.2%),但稍大于石灰。40C。以刖，溶解度隨溫度升咼而增大；40C。以后，溶解度隨溫度升高而降低。吸濕后結(jié)成硬塊，存放時應(yīng)注意防潮。作用：在鈣處理鉆井液中，石膏與石灰的作用大致一樣，都用于提供適量的Ca2+。其差異在于石膏提供的鈣離子濃度比石灰高一些，此外用石膏處理可防止鉆井液的pH值過高。氯化鈣特性：無水氯化鈣的吸水性極強，通常含有六個結(jié)晶水。其外觀為無色斜方晶體，密度為1.68g/cm3，易潮解，且易溶于水(常溫下約為75%)。溶解度極大。作用：其溶解度隨溫度升咼而增大。在鉆井液中，CaCl2主要用于配制防塌性能較好的高鈣鉆井液。用CaCl2處理鉆井液時常常引起pH值降低。第三節(jié)常用有機(jī)處理劑1．腐植酸類腐植酸(HunficAcid)主要來源于褐煤。褐煤是一種未成熟的煤，燃燒值比擬低，有效成分是腐植酸，好的褐煤腐植酸含量可達(dá)70~80%。腐植酸構(gòu)造非常復(fù)雜的、相對分子質(zhì)量不均一。主要功能團(tuán)：酚羥基、羧酸基、醇羥基、醌基、甲氧基和羰基等，由于分子量較大，一般難溶于水，但易溶于堿溶液，生成腐植酸鈉是作為鉆井液降濾失劑的有效成分。水化作用較強的羧鈉基等水化基團(tuán)，使腐植酸鈉不但具有很好的降濾失作用，還兼有一定降粘作用。2．纖維素類纖維素是由許多環(huán)式葡萄糖單元構(gòu)成的長鏈狀高分子化合物，以纖維素為原料可以制得一系列鉆井液降濾失劑，其中使用最多的是鈉羧甲基纖維素簡稱CMC和羥乙基纖維素，簡稱HEC。鈉羧甲基纖維素的物理特性純潔的鈉羧甲基纖維素為白色纖維狀粉末，具有吸濕性，溶于水后形成膠狀液。是一種廣泛使用的性能良好的降濾失劑。構(gòu)造特點和性質(zhì)在由纖維素制成鈉羧甲基纖維素的過程中，除了聚合度明顯降低之外，另一變化是將-CH2COONa(鈉羧甲基)通過醚鍵連接到纖維素的葡萄糖單元上去。通常將纖維素分子每一葡萄糖單元上的3個羥基中，羥基上的氫被取代而生成醚的個數(shù)稱做取代度或醚化度。研究說明，決定鈉羧甲基纖維素性質(zhì)和用途的因素主要有兩個：一是聚合度n，一是取代度d。鈉羧甲基纖維素的降濾失機(jī)理CMC在鉆井液中電離生成長鏈的多價陰離子。其分子鏈上的羥基和醚氧基為吸附基團(tuán)，而羧鈉基為水化基團(tuán)。羥基和醚氧基通過與粘土顆粒外表上的氧形成氫鍵或與粘土顆粒斷鍵邊緣上的AI3+之間形成配位鍵使CMC能吸附在粘土上；而多個羧鈉基通過水化使粘土顆粒外表水化膜變厚，粘土顆粒外表電動電位的絕對值升高，負(fù)電量增加，從而阻止粘土顆粒之間因碰撞而聚結(jié)成大顆粒(護(hù)膠作用)，并且多個粘土細(xì)顆粒會同時吸附在CMC的一條分子鏈上，形成布滿整個體系的混合網(wǎng)狀構(gòu)造，從而提高了粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于保持鉆井液中細(xì)顆粒的含量，形成致密的濾餅，降低濾失量。3．丙烯酸類聚合物丙烯酸類聚合物是低固相聚合物鉆井液的主要處理劑類型之一。制備這類聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。根據(jù)所引入官能團(tuán)、相對分子質(zhì)量、水解度和所生成鹽類的不同，可合成一系列鉆井液處理劑。第四節(jié)常用有機(jī)處理劑的作用原理降失水：通過在井壁上形成低滲透率、柔韌、薄而致密的濾冰，盡可能降低鉆井液的濾失量；稀釋：拆散粘土顆粒間的端－面構(gòu)造，破壞泥漿體系內(nèi)部的網(wǎng)狀構(gòu)造，放出自由水，粘土保持分散狀態(tài)，從而降低粘度和切力；絮凝：大分子上的吸附基吸附或捕捉巖屑顆粒，使巖屑絮集，再通過固控系統(tǒng)除去；增粘：有強親水基團(tuán)的長鏈環(huán)式高分子化合物，溶于水，有很高的粘度，分子鏈間可因氫鍵或與交聯(lián)劑形成網(wǎng)狀構(gòu)造，從而增粘；抑制頁巖水化：高分子化合物的眾多吸附基與泥頁巖孔壁產(chǎn)生多點吸附，形成致密的薄膜，抑制水的滲透，從而抑制水化膨脹；流型調(diào)節(jié)：分子鏈長的線型高分子化合物，分子鏈的柔軟性大，結(jié)合的水分子多，分子間的內(nèi)摩阻力小，可提高泥漿的剪切稀釋作用和提高泥漿攜帶巖屑的能力。第五章成孔液的設(shè)計與配制第一節(jié)成孔液的根本設(shè)計流程根據(jù)工程實際，依次：設(shè)計成孔液的主要技術(shù)指標(biāo)及重要參性能參數(shù)€選擇成孔液類型€選擇造漿根本材料和處理劑€進(jìn)展成孔液處理劑配方設(shè)計€成孔液材料用量計算€確定成孔液的制備方法€擬訂成孔液循環(huán)、凈化、管理方案€其它需要注意的事項€第二節(jié)常用成孔液的設(shè)計原那么1、考慮懸排鉆碴、護(hù)壁堵漏的要求確定成孔液的流變性。表觀粘度一般在10mPa?s~100mPa?s，切力在0~20Pa。2、 按平衡地層壓力的要求計算成孔液的比重。一般成孔液的比重在0.60~1.30之間。3、 成孔液的其他設(shè)計指標(biāo)的參考范圍為：失水量應(yīng)不大于15ml/30min,含砂量不大于8%，膠體率不小于90%,PH值視不同情況在6~11之間調(diào)整，潤滑系數(shù)應(yīng)控制在0.02~0.50。第三節(jié)按地層分類的成孔液類型按適用條件，可以把成孔液分為：用于砂層、卵礫石層、破碎帶等機(jī)械性分散性地層的泥漿—松散層泥漿；€用于土層、泥巖、頁巖等水敏性地層的泥漿—水敏抑制性泥漿；€用于巖鹽、鉀鹽、天然堿等水溶性地層的泥漿—水溶抑制性泥漿；€用于較為穩(wěn)定、漏失較小的硬巖鉆進(jìn)的泥漿—硬巖鉆進(jìn)泥漿；€用于異常低壓或異常高壓地層的低比重泥漿或加重泥漿；€第四節(jié)成孔液的配制較全面的泥漿設(shè)計的根本流程是：設(shè)計泥漿的重度、流變性、降失水性等主要技術(shù)指標(biāo)；確定泥漿的膠體率、允許含砂量、固相含量、pH值、潤滑性、滲透率、泥皮質(zhì)量等重要參數(shù)；選擇造漿粘土和處理劑；進(jìn)展泥漿處理劑配方設(shè)計；泥漿材料用量計算；確定泥漿的制備方法；擬訂泥漿循環(huán)、凈化、管理措施。⑴.按平衡地層壓力的要求計算泥漿的重度V。即vh=PC或vh二P0。PC、P0分別為井深H處的地層側(cè)壓力或地層空隙流體壓力，它們確實定方法見第三節(jié)。那么，終究是按PC還是按P0計算，要視實際情況下平衡哪那一種壓力更為重要來定。如果兩者都需要平衡，就應(yīng)該分別計算出兩種結(jié)果，權(quán)衡出介于兩者之間的某值。一般鉆井泥漿的重度在1.02~1.40之間。(2)．考慮懸排鉆碴、護(hù)壁堵漏的要求確定泥漿的流變性。流變性的指標(biāo)主要是粘度n和切力t。和t的調(diào)整范圍很寬，一般n的范圍在iocp~ioocp,T的范圍在~，應(yīng)視不同鉆井情況具體確定，詳見第二章和本章第六節(jié)至第十節(jié)的介紹。另外，在一些情況下，還要考慮泥漿的剪切稀釋作用和觸變性。(3)．泥漿的其他設(shè)計指標(biāo)的參考范圍為：失水量一般應(yīng)不大于15ml/30min,含砂量不大于8%，膠體率不小于90%,pH值視不同泥漿在6~11之間變化，潤滑性必要時應(yīng)控制在。各種鉆進(jìn)情況下的鉆進(jìn)目的、地層特點、鉆進(jìn)工藝方法等差異甚大，因而對鉆井泥漿性能等有明顯的不同的要求，設(shè)計重點也因此而不同。例如，在鉆碴粗大及井壁松散的地層中，泥漿的粘度和切力等流變性指標(biāo)成為設(shè)計重點；在穩(wěn)定的堅硬巖中鉆進(jìn)，泥漿設(shè)計的重點是針對鉆頭的冷卻和鉆具的潤滑，而此時護(hù)壁和排粉等那么處于次要位置。又如在遇水膨脹塌孔的地層中鉆進(jìn)，泥漿的設(shè)計重點那么應(yīng)放在降失水護(hù)壁上