无机处理剂作用原理.doc

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1、二、无机处理剂在钻井液中的作用机理无机处理剂都是水溶性的无机碱类和盐类，其中多数可提供阳离子和阴离子，也有一些与水形成胶体或生成络合物。它们在钻井液中的作用机理可归纳为以下方面：1．离子交换吸附主要是粘土颗粒表面的Na+、Ca2+之间的交换。这一过程对改善粘土造浆性能、配制钙处理钻井液以及防塌等方面都很重要，对钻井液性能的影响也较大。例如，在配制预水化膨润土浆时，常加入适量Na2CO3。其目的是，通过Na+浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土颗粒表面的Ca2+发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能提高，分散成更

2、小的颗粒，表现为钻井液的粘度、切力升高，滤失量降低；相反地，若在分散钻井液中加入适量Ca(OH)2和CaSO4等处理剂，随滤液中Ca2+浓度的提高，一部分Ca2+会与吸附在粘土颗粒上的Na+发生交换，致使钻井液体系转变为适度絮凝的粗分散状态，从而控制粘土的水化与分散。2．调控钻井液的pH值每种钻井液体系均有其合理的pH值范围。然而在钻进过程中，钻井液的pH值会因发生盐侵、盐水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，其中pH值趋于下降的情况更为常见。因此，为了使钻井液性能保持稳定，应随时对进行调整。添加

3、适量的烧碱等无机处理剂是提高pH值的最简单的方法，而使用酸式焦磷酸钠(SAPP)、CaSO4，或CaCl2等无机处理剂时，则会使钻井液的pH值有所下降。3．沉淀作用如果有过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。这种沉淀作用还可用来使某些因受到污染而失效的有机处理剂恢复其作用。例如褐煤碱液和水解聚丙烯腈，如遇钙侵会分别生成难溶于水的腐植酸钙和聚丙烯酸钙。此时，可以加人适量纯碱，使上述处理剂恢复其作用

4、效果，这是由于所生成的CaCO3的溶解度比腐植酸钙和聚丙烯酸钙的溶解度小得多，因而可使处理剂的钙盐重新转变为钠盐。4．络合作用利用某些无机处理剂的络合作用，同样可以有效地除去钻井液中的Ca2+、Mg2+等污染离子。例如,在受到钙侵的钻井液中加入足量的六偏磷酸钠，则可通过下面的络合反应除去Ca2+：Ca2+十(NaPO3)6=[CaNa2(PO3)6]2-十4Na+该反应所生成的络离子[CaNa2(PO3)6]2-相当稳定，将Ca2+束缚起来于从钻井液的滤液中除掉了Ca2+。对于用褐煤碱液或铁铬木质素磺酸

5、盐等处理的钻井液，还可以利用络合反应提高其抗温性能。例如，加入少量重铬酸盐可使上述钻井液的热稳定性明显提高，其中主要作用机理是氧化和络合。通过络合能有效地抑制腐植酸钠和铁铬木质素磺酸盐的热分解。5．与有机处理剂生成可溶性盐由于许多有机处理剂，如丹宁、腐植酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因而不能发挥其效能。只有通过加入适量烧碱，使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能充分发挥其效能。这也是钻井液应始终保持碱性环境的一个重要原因。6．抑制溶解的作用在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和

6、石膏处理的钻井液；对于大段的盐膏层，甚至使用饱和盐水钻井液。其目的一是为了增强钻井液抗污染的能力，二是为了抑制和防止上述可溶性岩层的溶解，使井径保持规则。以上介绍的是无机处理剂最基本的作用机理，它们之间往往是互相联系的。关于K+和正电胶处理剂等抑制页岩水化的机理，以及钙处理钻井液的作用原理等将在后面有关章节中详细讨论。