泥漿添加劑

1、1.3泥漿處理劑及其作用原理泥漿處理劑及其作用原理為了保證鉆井泥漿的穩(wěn)定性和調(diào)整泥漿的各種工藝性能，以適應(yīng)各種情況下的鉆井要求，泥漿中使用著各種各樣的化學(xué)處理劑(泥漿添加劑)。隨著鉆井工藝向高速優(yōu)質(zhì)、超深井、海洋和復(fù)雜地層發(fā)展，泥漿體系不斷發(fā)展，泥漿處理劑的種類也在不斷的增加和更新。目前，美國(guó)的泥漿處理劑已經(jīng)超過(guò)3000種。按處理劑在泥漿中所起作用不同，可將泥漿處理劑分為以下十六類：(1)堿度和pH控制劑；(2)殺菌劑；(3)除鈣劑；(

2、4)腐蝕抑制劑；(5)消泡劑；(6)乳化劑；(7)降失水劑；(8)絮凝劑；(9)起泡劑；(10)堵漏材料；(11)潤(rùn)滑劑；(12)頁(yè)巖穩(wěn)定劑；(13)表面活性劑；(14)降粘劑和分散劑；(15)增粘劑；(16)加重劑。按處理劑的化學(xué)組成，可將其分為無(wú)機(jī)處理劑、有機(jī)高分子處理劑和表面活性劑三大類。1.3.11.3.1無(wú)機(jī)處理劑無(wú)機(jī)處理劑1.3.1.1純堿純堿就是碳酸鈉(Na2CO3)，又叫蘇打。無(wú)水碳酸鈉為白色粉末，密度2.5，水溶液呈堿

3、性(pH值約為11.5)，在空氣中易結(jié)成硬塊(晶體)，存放時(shí)要注意防潮。純堿能通過(guò)離子交換和沉淀作用使鈣質(zhì)粘土變?yōu)殁c質(zhì)粘土：Ca粘土＋Na2CO3Na粘土＋CaCO3↓從而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入適量純堿可使新漿的失水下降，粘度、切力增大。但過(guò)量的純堿要產(chǎn)生壓縮雙電層的聚結(jié)作用，反而使失水增大。其合適加量要通過(guò)造漿實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。此外，由于CaCO3的溶解度很小，在鉆水泥塞或泥漿受到鈣侵時(shí)，加入適量純堿使Ca沉淀成CaCO3，

4、從而使泥漿性能變好。含羧基鈉官能團(tuán)(－COONa)的有機(jī)處理劑因鈣侵(或Ca濃度過(guò)高)而降低其處理效果時(shí)，一般可以用加入適量純堿的辦法恢復(fù)其作用。1.3.1.2燒堿燒堿即氫氧化鈉(NaOH)，是乳白色晶體，比重為2~2.2，易溶于水，溶解時(shí)放熱，溶解度隨溫度升高而增大，水溶液呈強(qiáng)堿性(pH值為14)，能腐蝕皮膚和衣服。燒堿是強(qiáng)堿，用于控制泥漿的pH值，與丹寧、褐煤等酸性處理劑配制成堿液，使其有效成分溶解，還可控制Ca濃度，因?yàn)椤?.3.

5、1.3石灰生石灰是CaO，吸水后變成熟石灰Ca(OH)2，在水中的溶解度不大(常溫下約為0.16%)且隨溫度升高而降低。石灰可提供Ca，控制粘土的水化分散能力使之保持適度的粗分散，配合降粘劑和降失水劑進(jìn)行鈣化處理，可得性能比較穩(wěn)定、對(duì)可溶鹽侵污不敏感、對(duì)泥頁(yè)巖防塌性能較好的鈣處理泥漿。但石灰泥漿在高溫情況下可能產(chǎn)生固化，因此超深井慎用。石灰還可配制石灰乳堵漏劑封堵漏層。1.3.1.4石膏石膏(CaSO4)有生石膏和熟石膏兩種。熟石膏是白

6、色粉未，比重2.5，常溫下溶解度較小(約為0.2%)，40℃以前，溶解度隨溫度增高而增大，40℃以后，溶解度隨溫度增高而降低，其溶解度大于石灰。吸濕后結(jié)成硬塊，存放時(shí)應(yīng)注意防潮。在處理泥漿上，石膏與石灰的作用大致相同，都是鈣處理的原材料，其差別在于陰離子的影響不同，石膏提供的鈣離子濃度比石灰高一些，石膏處理會(huì)引起泥漿pH值降低。1.3.1.5氯化鈣氯化鈣(CaCl2)能大量溶于水中(常溫下約為75%)且其溶解度隨溫度增高而增大，它比石灰

7、、石膏的溶解度大得多，故可用來(lái)配制防塌性能較好的高鈣泥漿。上鉆井液，因其比重低，熱穩(wěn)定性好，用它配制的無(wú)粘土鉆井液可以提高鉆速，也適用于超深井。總括起來(lái)，無(wú)機(jī)處理劑的作用原理主要有以下三個(gè)方面：(1)離子交換吸附。主要是粘土顆粒表面的NaCa交換。這一過(guò)程在改善粘土的造漿性能，泥漿的鈣侵及其處理，鈣處理泥漿以及防塌等方面都很重要，對(duì)泥漿性能的影響也較大。(2)通過(guò)沉淀、中和、水解、絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，除去有害離子，控制pH值，使有機(jī)處理劑變

8、成能起作用的溶解態(tài)，形成螫合物等。(3)壓縮雙電層的聚結(jié)作用。這在鹽水泥漿、鹽侵及其處理中較重要，還可用來(lái)使泥漿保持適度粗分散調(diào)整泥漿的流動(dòng)性能。1.3.21.3.2有機(jī)降粘劑有機(jī)降粘劑1.3.2.1丹寧丹寧又稱鞣質(zhì)，廣泛存在于植物的根、莖、皮、葉、果殼或果實(shí)它中，是一大類多元酚的衍生物，由各種植物得來(lái)的丹寧，其化學(xué)組成頗不一致。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可將丹寧分為兩類：(1)水解類丹寧：具有酯鍵或配糖鍵，在酸和酶的作用下容易水解產(chǎn)生沒(méi)食子酸、雙棓

9、酸、鞣花酸(俗稱黃粉)。例如，粟木、橡椀、五棓子、漆葉等所含的丹寧；(2)縮合類丹寧：所有芳香核以碳鍵相連，在強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑作用下分子間可以縮合，甚至產(chǎn)生紅色沉淀(紅粉)。例如，堅(jiān)木(或百雀木)、荊樹(shù)皮、拷樹(shù)皮、幾茶等所含的丹寧。國(guó)內(nèi)常用五棓子丹寧，屬水解類，分子式為C76H52O46、分子量為1701，是五個(gè)雙沒(méi)食子酸與葡萄糖的縮合物，故又稱為五—雙沒(méi)食子酸葡萄糖。丹寧可溶于水，呈弱酸性，加強(qiáng)酸使pH＜5時(shí)，丹寧酸即沉淀析出。與NaO

10、H作用生成的丹寧酸鈉水溶性更大，用作泥漿處理劑時(shí)，都配或2:l或6:4或1:1的丹寧堿液。丹寧酸鈉(代號(hào)NaT)抗鹽析的能力較差，泥漿遇大量可溶鹽侵時(shí)，丹寧會(huì)顯著減效。五棓子丹寧可在NaOH溶液中水解生成雙沒(méi)食子酸鈉和沒(méi)食子酸鈉。溫度愈高水解愈烈，水解產(chǎn)物雖有稀釋作用，但由于分子量大大降低，其處理效果(特別是抗鹽性)也降低。丹寧在泥漿中的稀釋作用機(jī)理如下：大家知道，泥漿稠化的主要原因是片狀粘土顆粒之間通過(guò)端面和端端粘結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

11、而丹寧酸鈉則可通過(guò)配價(jià)鍵吸附在粘土顆粒斷鍵邊緣的A1離子處，同時(shí)剩余的—ONa基及—COONa基的水化，又能給土粒邊緣帶來(lái)負(fù)電荷和水化膜，大大削弱了粘土顆粒間的端—面和端—端粘結(jié)，從而大大削弱或拆散泥漿中的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，致使泥漿的粘、切顯著降低。1.3.2.2栲膠堿液(代號(hào)NaK)栲膠系由橡椀或紅柳皮或落葉松樹(shù)皮等含丹寧的植物加工制成，含丹寧48~70%，依栲膠的級(jí)別而異。配制栲膠堿液，栲膠與燒堿的比例為1:1、2:1、3:1和4:1，