泥浆处理剂 建筑泥浆处理用哪种絮凝剂?
目前我国已有几十种泥浆处理剂用于泥浆的处理。地质钻探也普遍采用了烤胶、纤维素、木质素、聚丙烯酰胺等有机处理剂和多种无机处理剂如烧碱、纯碱等,同时也使用部分惰性材料。
(一)无机处理剂的作用原理
无机处理剂在泥浆处理中应用很广泛,其作用原理有如下几个方面。
1.分散作用
这是按双电层理论进行泥浆处理的原理。在基浆中加入纯碱或磷酸钠盐等处理剂,提供了钠离子,以钠离子置换黏土中原有的钙离子,把钙土变为钠土,使泥浆的分散度增加,水化好,可起降低失水和提高泥浆黏度的作用。对泥浆质量要求不高的地层,单独采用碱处理泥浆是可以达到要求的。
2.控制絮凝作用
对泥浆进行钙处理,盐水处理时,形成适度絮凝的粗分散体系,可用来抑制黏土的水化膨胀,防止水敏性地层造浆和坍塌,此外,单独加入石灰或食盐等无机处理剂,则会因絮凝作用而提高泥浆的切力和黏度,可满足漏失层的需要。
3.调节泥浆酸碱度(pH值)
泥浆pH值的变化对黏土在泥浆中的分散和稳定,各种处理剂在泥浆中的溶解度,泥页岩钻屑的分散与孔壁的膨胀均有较大的影响,各种泥浆都有自己适合的pH值范围。加入烧碱等提供了氢氧离子,可使泥浆pH值增加,使泥浆处于偏碱性范围内,有利于黏土的稳定。钻进水泥塞时,泥浆的pH值也会增高,而钻进盐层时,泥浆pH值将会降低。
4.沉淀去钙作用
在泥浆中加入碳酸钠(纯碱)或碳酸氢钠时,发生反应可以形成碳酸钙沉淀,达到从泥浆中去钙的目的。配制基浆的水中钙、镁离子偏高,也可用其进行处理,使水质软化,造出优质的基浆。
5.对有机处理剂溶解或水解
丹宁酸、腐殖酸等有机酸在水中的溶解度较小,黏土不易吸附它们。如加入适量烧碱和水配成丹宁酸钠和腐殖酸钠,成为水溶性处理剂,此时它容易被黏土颗粒吸附,可起到稀释剂和降失水剂的作用。
为了使具有可水解极性基如酯基、腈基、酰胺基等的有机处理剂变为水溶性泥浆处理剂,可加无机处理剂,先进行水解和中和反应。如聚丙烯腈在水中不溶解,经过用烧碱加热水解并中和后形成水溶性的水解聚丙烯腈,作为抗高温降失水剂使用。
6.其他作用
如饱和盐水泥浆可抑制盐层的溶解;无机盐化学反应后可形成凝胶物用于堵漏,加入重晶石等高密度的惰性材料可提高泥浆密度平衡高压地层压力,以达防止井喷井涌的目的等等。
(二)无机处理剂简介
1.氢氧化钠(烧碱)
它属碱类处理剂。碱类的分子结构共性是含有能电离的OH-离子,这类处理剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙等。
氢氧化钠分子式为NaOH,分子量40,又名火碱,苛性钠。
它是一种乳白色的晶体,常温时密度2.0～2.2g/cm3。在空气中易潮解,存放时应注意密封或加盖,以防潮解变质。
氢氧化钠是一种强碱,其固体和浓溶液能腐蚀衣物和皮肤,故使用时必须注意安全。若衣物或皮肤沾上它,应立即用清水冲洗,再用3%的硼酸溶液冲洗。
其易溶于水,溶解度随温度的升高而增加。其水溶液呈强碱性,在配制水溶液时要注意搅拌,否则易在罐底重结晶。
把氢氧化钠(NaOH)加入泥浆后,由于其属强电解质而完全电离出Na+和OH-离子。正是电离出的Na+和OH-离子在泥浆中起作用。其作用如下:
1)调节泥浆的pH值。由于NaOH在泥浆中电离提供了Na+和OH-,因而使泥浆的pH升高。随NaOH加量的增多,则电离的OH-离子越多,泥浆的pH值就越高。
2)促进黏土水化分散。由于泥浆中加入了NaOH,使泥浆中的Na+离子增多,与黏土表面进行离子交换。当黏土表面吸附的Na+离子较多时,黏土就显示了钠土的性质,使之亲水性更强,分散性更好,故一般称其为分散剂。同时由于OH-增多,还可增加黏土颗粒的负电荷,使其吸附阳离子的能量增大,从而也增加了其水分解性能和分散度。
3)增加某些有机处理剂的水溶性。如NaOH与丹宁配成丹宁酸液,与烤胶配成烤胶酸液,既能提高pH值,又能增大这些有机处理剂的溶解度,从而达到改善泥浆性能的目的。
4)在钙处理泥浆中,由于相同离子效应,可控制Ca2+离子的浓度。
5)氢氧化钠在泥浆中作用剧烈,故现场一般不直接加入固体氢氧化钠,而是配成溶液使用。浓度一般为1/5或1/10(质量体积比),若单独使用NaOH溶液,可提高泥浆的黏度和切力。
6)能沉淀泥浆中有害的或多余的阳离子,使泥浆质量得以保证。
2.碳酸钠(纯碱)
碳酸钠属盐类处理剂,又名纯碱,其分子式为Na2CO3,分子量106。
无水碳酸钠是白色粉末,常温下密度为2.5g/cm3左右,易受潮,吸潮后会结成硬块,因而存放时应保持干燥,切忌受潮。
泥浆中常用的是无水碳酸钠,其易溶于水,水溶液呈强碱性,浓度3%的碳酸钠水溶液的pH值约为11。Na2CO3水解可产生Na+,OH-,HCO-离子,由于这种特性,它在泥浆中可起下列作用:
1)促进黏土的水化和分散。在泥浆中加入纯碱后,提供的Na+通过离子交换改变了黏土颗粒表面吸附的Na+/Ca2+之比,黏土由钙质黏土转变成了水化强、分散好的钠黏土,从而提高了黏土的造浆率。如在清水作冲洗液钻进时加入一定量的纯碱,能加快黏土的造浆。配制原浆时,加入纯碱可使黏土预水化,同样提高黏土的造浆率。
2)清除泥浆中由于石膏或水泥浸而产生的过剩Ca2+离子。当泥浆被石膏或水泥浸时或者钙处理时石灰过量,黏土颗粒水化变差,相互间易结成网状结构,切力和黏度上升,失水量增大,此时在泥浆中加入碳酸钠后,就可恢复泥浆原来的性能。
3)调节pH值。碳酸钠水溶后可提供OH-离子,因此能提高泥浆的pH值,但不及氢氧化钠强。
3.氯化钠(食盐)
它也属盐类处理剂,又名食盐,分子式为NaCl,分子量55.45,呈白色立方晶体或粉末,常温下密度2.17g/cm3左右。纯NaCl不潮解,但粗盐中常含氯化锰、氯化钙等吸水杂质,故粗盐易吸潮,NaCl易溶于水,其水溶液呈中性,pH值6.7～7.3,温度对NaCl在水中的溶解度影响很小。其在泥浆中的作用为:
1)去水化或盐析作用。盐水泥浆可抑制孔壁泥页岩水化膨胀或坍塌,有时加入NaCl可提高泥浆的黏度和切力。
2)抑制溶解作用。用NaCl配制盐水泥浆或饱和盐水泥浆可防止岩盐段溶解成大肚子,以利顺利钻穿盐层。
3)作有机处理剂的防腐剂。
4.硫酸钠
硫酸钠有两种,带10个结晶水的硫酸钠分子式为Na2SO4·10H2O,分子量322.2,又叫作芒硝。不带结晶水的硫酸钠粉末叫无水芒硝,分子式为Na2SO4,分子量为160.2。
芒硝呈无色针状结晶或白色颗粒,在空气中易风化,失去结晶水变成无水硫酸钠,芒硝在常温下密度为1.46g/cm3,无水芒硝在常温下密度为2.7g/cm3。芒硝易溶于水。
在泥浆处理中,常用硫酸钠来提高泥浆的黏度和切力。足量的硫酸钠加入泥浆后,由于Na+和SO42-离子水化会降低黏土颗粒的水化,黏土颗粒间形成的网状结构增强,从而增加了泥浆的黏度和切力。并且硫酸钠是堵漏的原材料,把无水硫酸钠粉末加入泥浆后,可形成10水芒硝。每142kg无水芒硝变成10水芒硝能吸收180kg水,同时生成针状物,在泥浆中增加了很不规则的固体颗粒;还有,当硫酸钠浓度比较大时,对黏土颗粒有聚结作用,这些作用使泥浆加入芒硝后变成了稠泥浆,用于钻孔堵漏。
在芒硝层孔段钻进时,可选用芒硝配制的泥浆,以抑制芒硝层在泥浆中的溶解,保持孔径规则。
5.硅酸盐
硅酸盐中只有Na和K盐等碱金属盐能溶于水,其他硅酸盐都不溶于水。用作泥浆处理剂的一般是硅酸钠,又叫水玻璃。其分子式可用Na2O·XSiO2来表示,X是SiO2与Na2O的比值。
水玻璃一般为黏稠状的半透明液体,由于其含杂质的不同,常显出无色、棕黄色或青绿色,水玻璃的组成比较复杂。其比值X越大,其pH值越低,密度越大,其黏度越大。钻探现场一般采用比值X为200左右,密度1.5～1.6范围的水玻璃,它碱性较大,pH值可达11.5～12。
水玻璃对玻璃有腐蚀性,故存放时切忌使用玻璃容器。水玻璃溶于水和碱性溶液中,并能与盐水混溶,可用饱和盐水来调节水玻璃的黏度。
水玻璃在泥浆中的作用:
1)水玻璃在水中分解,可形成低分子聚合物,使黏土絮凝沉淀,是泥浆絮凝剂。
2)用盐酸适当降低水玻璃溶液的pH值,当其pH值小于9时,整个溶液将形成不流动的冻胶,叫作凝胶。形成凝胶的作用,叫作水玻璃的凝胶作用。把水玻璃配成pH值5～8.5的各种混合物,则随着pH值的不同,这些混合物的胶凝作用(从调好pH值到胶凝状态所需的时间)有很大的差别,可从几秒钟到几天时间不等。钻孔过程中便利用水玻璃这一特点,可据实按所需要的凝胶条件加以选择,使水玻璃和石灰、烧碱、黏土等配制成石灰乳堵漏剂,注入预定孔段进行胶凝堵塞,因此,水玻璃是泥浆中很好的堵漏剂。
3)配制的水玻璃泥浆,还可防止孔壁坍塌,起到较好的护壁作用。
6.铬酸盐
铬酸盐类泥浆处理剂常用的有:铬酸钠、铬酸钾、重铬酸钠、重铬酸钾。
铬酸盐有毒,皮肤破伤处禁止接触,并注意勿将其粉尘吸入口鼻之中。
铬酸盐在泥浆中主要是通过氧化还原反应起作用的。其在泥浆中的作用主要有:
1)具有良好的稀释作用。不论泥浆黏土含量高或低,铬酸盐与一般的有机稀释剂合用都是有效的泥浆稀释剂,并且稀释作用不受溶液矿化度高低的影响。特别是当常用稀释剂如丹宁碱液、栲胶碱液及煤碱剂等失去稀释作用时,其稀释效果更为有效。铬酸盐可直接加入泥浆,一般配成浓度为0.5%的溶液使用,可大大降低泥浆的黏度和切力,但加量切不可太多,以免引起泥浆性能发生大幅度变化,使孔内情况出现异常。
2)有降失水作用。由氧化还原反应生成的Cr3+离子,能与某些有机处理剂形成络合物,尤其是多官能团处理剂(如煤碱剂)更为有效。
3)能提高泥浆的热稳定性。可抗温度达到180℃～190℃,可用于深孔或地热井成孔。
4)具有防止泥页岩水化膨胀,防止地层坍塌等稳定孔壁的作用。还可防止钻具的黏附卡钻等事故。
用于处理泥浆的无机处理剂种类繁多,如表2-1所示。
表2-1 泥浆无机处理剂种类表
续表
(三)有机处理剂的作用原理
有机处理剂被广泛地用于泥浆处理,其作用也是多方面的。一般按其作用分为三大类,即稀释剂(主要用来控制泥浆流动性),降失水剂和絮凝剂三大类。其品种比无机处理剂要多得多。
有机处理剂对于泥浆具有分散稳定、絮凝、发泡、消泡、乳化、减摩润滑的作用,同时能抑制黏土质岩石的水化、膨胀和造浆,抑制水敏地层的坍塌,减轻对钻具的腐蚀,并能起到杀菌的作用。在调节泥浆性能方面,它们可用来降低泥浆失水量,降低泥浆黏度和切力(稀释作用),增加泥浆黏度和切力(增稠作用),增加泥浆润滑性能等。需要注意的是,不是每种有机处理剂都同时具有多种作用,而是以某一作用为主,或同时兼有其他作用。
事实上有机处理剂在泥浆中的主要作用是使泥浆分散、凝聚从而引起泥浆的失水量、流变性等发生改变。现就其作用原理简述如下。
1.稀释作用
丹宁酸钠、腐殖酸钠、铁铬木质素磺酸盐等处理剂在它们的分子链上皆有一定数量的吸附基团,还有一定的水化基团。这些稀释剂以其分子链上的吸附基团吸附在黏土颗粒水化较差的棱角边缘处,同时它们的水化基团使黏土颗粒棱角、边缘处水化膜增厚。由于黏土颗粒棱角、边缘处水化膜增厚,从而减弱了黏土颗粒形成网状结构的能力,使泥浆的动切力和视黏度都降低;因为拆散了黏土颗粒形成的网状结构,就释放出了包在网状结构中的自由水;再者,处理剂分子给黏土颗粒带来的吸附水化层使黏土颗粒之间的摩擦由固相之间的摩擦变为液相之间的摩擦,降低了流动阻力。
泥浆稀释剂不但破坏了泥浆的网状结构,而且始终使其保持分散状态,从而使泥浆由稠变稀,泥浆黏度和切力降低,这样就大大提高了泥浆的流动性。
2.降失水作用
泥浆失水量的大小主要取决于其所形成的泥皮质量,泥皮质量又取决于泥浆中黏土颗粒有适当的大小分布,而保证黏土颗粒有适当大小分布靠的是泥浆中黏土颗粒的聚集稳定性。钠羧甲基纤维素(Na-CMC)等降失水剂就具有使黏土颗粒聚集稳定的作用。其主要原因是下列四点:
1)在黏土颗粒表面形成吸附溶剂化层。降失水剂分子链上的水化基团使处理剂分子水化,而依靠其分子链上的吸附基团吸附在黏土颗粒上,这样就给黏土带来吸附水化层,使黏土不易聚拢形成大颗粒,从而保持泥浆中黏土的多级分散度。另外,吸附在黏土颗粒上的已经水化的处理剂分子,以其分子链上的各个极性基团之间相互吸引,形成黏土颗粒周围的结构性吸附水化层(又称结构性溶剂化层)。这种结构性吸附水化层,可隔离各个黏土颗粒,避免黏土颗粒的聚结,保持泥浆黏土颗粒的多级分散性;由于处理剂分子本身吸附了泥浆中的一部分自由水,使泥浆中自由水减少,又保持了泥浆中黏土的多级分散度。黏土周围的吸附水化层可以变形,堵塞了黏土颗粒间的孔隙,从而使泥浆的泥皮结构致密,孔隙少,渗透率低,故使泥浆失水量降低。
2)高分子聚合物的保护作用。当高分子聚合物的浓度达到一定值之后,除了高分子聚合物的每个分子与一些黏土颗粒黏附外,每个黏附有黏土颗粒的大分子链之间还通过黏土颗粒的桥接,形成布满整个体系的混合结构网。在这样的混合结构网中的黏土颗粒就不易黏结和沉降了。当CMC等处理剂加量少时,非但不起稳定作用,反而会降低泥浆的聚集稳定性,这是因为处理剂大分子在泥浆中的浓度太低,不足以形成大的混合结构网造成的。这种加少量高分子化合物反而引起不稳定的现象,在泥浆化学上叫絮凝作用。
3)有机降失水剂皆为线型高分子聚合物,加入泥浆后能提高泥浆的液相黏度,从而使泥浆失水量降低。
4)部分降失水剂还可以与泥浆中一些离子形成细小的沉淀物,堵塞了泥浆所形成的泥皮的孔隙,降低了泥皮的渗透率,使泥浆失水量下降。
3.絮凝作用
为了减少或清除泥浆中的无用固相(或称杂质),可加入高分子絮凝剂,对这些钻屑进行絮凝。絮凝后钻屑颗粒变粗,然后通过地面泥浆沉淀系统或固相控制系统将其清除,从而保持泥浆的低固相或控制钻进过程中的自然造浆。水解聚丙烯酰胺等絮凝剂有此作用。
4.增稠作用
增稠主要是为了提高泥浆,特别是低固相泥浆或无固相泥浆的黏度和切力,从而增强其悬浮和携带钻屑的能力,同时也有利于预防小的漏失。有机增稠剂主要是一些高分子化合物,如高分子胶类,高黏度CMC、高聚合度、高水解度聚丙烯酰胺等,增稠是利用它们具有的长分子链间能形成网状结构的特性来实现的。使用高分子增稠剂,往往同时具有降失水的作用。
5.抑制泥页岩水化作用
主要是抑制含黏土质地层的水化、膨胀缩径和造浆,同时也对这类地层起稳定孔壁,防止坍塌的作用。除前面提到的使用钙处理泥浆、盐水泥浆、硅酸钠泥浆等能起这一作用外,还可以采用有机处理剂如磺化沥青、木质素磺酸钾、腐殖酸钾等处理剂。
6.乳化作用
配制水包油乳化泥浆或油包水反相乳化泥浆时,均需要乳化剂。除了一些专用的表面活性剂起乳化剂的作用外,许多泥浆有机处理剂也同时具有乳化作用。如腐殖酸钠、铁铬木质素磺酸盐等可以作为水包油的乳化剂来使用。
7.发泡和消泡作用
为了配制充气泡沫轻密度泥浆,需要加入发泡剂。发泡剂吸附在气液相界面上,使气泡能均匀稳定地分散在泥浆中。许多表面活性剂和部分泥浆有机处理剂均有发泡性能。反之,为了使泥浆中的气泡除去,应加入消泡剂。消泡剂能进入气泡膜,从相界面上吸附层中顶替出泡沫稳定剂,使气泡合并或消失,从而达到消泡的目的。消泡剂有高碳醇类、硬脂酸铝等。
8.减摩润滑,防卡减卡作用
在泥浆中加入磺化妥尔油沥青、皂化溶解油等,可增加泥浆润滑性能或减少泥皮、泥浆的黏滞性,起防卡、减卡和使钻具润滑,便于开高转速的作用。
9.其他作用
加入除氧剂等抑制对钻杆、钻具的腐蚀,加入多聚甲醛、五氯酚钠等可防止泥浆中的多糖处理剂发酵、防污染、抗盐抗钙、抗高温等。
(四)常用有机处理剂常识
有机处理剂种类繁多,结构十分复杂,其作用机理有些至今还未弄清楚,在此,我们只介绍一些常识性的东西,供大家在使用中参考。
1.钠羧甲基纤维素(Na-CMC)
钠羧甲基纤维素(Na-CMC)是一种白色粉粒状或纤维状物质,无臭、无味、无毒。它易溶于水,水溶液呈中性或弱碱性。它是目前使用得最多的最有效的泥浆降失水剂。它有高、中、低三种黏度的产品,除用作泥浆处理剂外,还广泛应用于印染、医药、炸药、合成洗涤剂、造纸的行业。用于处理泥浆时,高黏度CMC适用作低固相泥浆的悬浮剂,中黏度CMC适于一般泥浆降失水用,低黏度CMC适于加重泥浆的降失水剂。
Na-CMC对泥浆的作用是其分子结构中的羧钠基的电离和水化,可给黏土颗粒事带来良好的水化膜,并增加黏土颗粒的电动电位,即增加黏土颗粒间的排斥力,致使黏土颗粒分散和稳定。同时,由于Na-CMC水化作用强,泥浆中的自由水减少,形成的泥皮致密,均有利于泥浆失水量的降低。
如果单纯用Na-CMC做泥浆的降失水剂用,则泥浆的pH值应大于8.5,并选用中、低黏度的Na-CMC。如低固相泥浆用其提高黏度时,则要求泥浆的pH等于7为最佳,并选用高黏度的Na-CMC,而在碱性的水溶液中,Na-CMC的分子链节会产生断裂,泥浆黏度会降低,即泥浆的碱性强时,Na-CMC的提黏效果不明显。在高温下,Na-CMC易产生氧化使其分子链断裂降解,并发酵而失效,因此,Na-CMC的抗温性是不够高的,一般只能在井温小于130～140℃(相当于3500m井深的温度)时使用。
由于羧甲基纤维素的碱金属(Na、K)和碱土金属(Ca、Mg)盐均可溶于水中,因此,Na-CMC可用于盐水泥浆和一般钙处理泥浆中,当泥浆发生水泥侵、盐侵时,可用Na-CMC来降低泥浆的失水量。但当泥浆的含盐量达5%以上时,Na-CMC降失水的效果会降低,此时需要增加其用量才能达到降失水的目的。
由于Na-CMC能增加泥皮的致密性,因而它还具有抑制泥页岩水化膨胀,稳定孔壁的作用。由于其具有两亲结构,因此它还对混油泥浆有稳定乳化的作用,由于Na-CMC能吸附在金属表面上,因此它可减少泥浆对金属用品的腐蚀作用。除高温外,一般情况下Na-CMC泥浆是不会发酵和发泡的。
当Na-CMC在泥浆中的加入量过小时,由于分子链彼此之间距离太远,不能形成网状结构,此时易引起对黏土颗粒的絮凝,并使泥浆失水量增大。因此,用Na-CMC处理泥浆时,其加入量要达600×10-6～1000×10-6以上。
一般淡水泥浆用Na-CMC降失水时,其加入量为泥浆质量的0.5%以下。用它来降低钙处理泥浆或盐水泥浆的失水量时,其用量要增加,处理饱和盐水泥浆时,其用量高达2%～5%。
地质钻探中使用Na-CMC时,一般都将其预先配成浓度2%～3%的NaCMC水溶液以备应用。
2.铁铬木质素磺酸盐(简称铁铬盐)
铁铬木质素磺酸盐是一种棕黑色粉状物质,能溶于碱性、中性和酸性水溶液中,其水溶液呈弱酸性。它是泥浆稀释剂。
铁铬盐的分子大小不一,但主要部分是高分子化合物。铁铬盐中的铁〔Fe+2和铬(Cr+2)〕可同时和木质素磺酸分子中的两个或三个极性基团结合,形成稳定性较高的内配合物。它和黏土颗粒吸附后,拆散了泥浆的网状结构,降低了泥浆的黏度和切力,从而起到了良好的稀释泥浆的作用,同时也能降低一点泥浆的失水量。由于其分子链长的原因,它能抑制黏土岩的水化膨胀,稳定孔壁。因其具有两亲结构,在泥浆中又能起乳化作用。
由于铁铬盐具弱酸性,加入量多时会使泥浆的pH值下降。因此,使用时要另外加烧碱调整泥浆pH值至9～10之间。pH值过低时,铁铬盐中糖类等杂质易发酵分解,使泥浆起泡。由于烧碱不可与铁铬盐混溶或直接接触,加碱时不要和铁铬盐混在一起加,而应分别加入泥浆中。
由于铁铬盐的抗盐抗钙能力强,热稳定性高,一般把它用作盐水泥浆和钙处理泥浆的稀释剂。
铁铬盐加入泥浆中的数量,淡水泥浆为0.1%～1%,盐水泥浆可达5%不等。可直接往泥浆中加入粉状物,也可配成浓度为10%～20%的水溶液加入泥浆中。
为了提高此类处理剂的稀释和降失水效果,可采用铁铬盐和铬腐殖酸联合对泥浆进行处理。
3.聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺(PAM)是一种无味、无臭粉末或结晶固体,属线状非离子型高分子聚合物,目前产品多为浓度7%～8%的透明胶状物。其平均分子量可从几万至几百万,甚至上千万。目前的产品有5万～7万,70万～150万,150万～300万,300万～500万,500万～800万几类分子量的。
聚丙烯酰胺可溶于水,但分子量大时,溶解速度慢。它能和大多数水溶物质包括盐类混溶,还可与各种表面活性物质迅速混溶。
在烧碱溶液中,聚丙烯酰胺(PAM)可水解成水解聚丙烯酰胺(HPAM或PHP)。
其水解方法可采用高温(90～100℃)或常温(20～30℃)下水解。高温水解较快,一般只需3～4小时,而常温水解往往要几天时间。水解过程中要进行搅拌。高温水解时,可先在50℃下搅溶PAM,再加入烧碱。
由于水解条件的影响,实际水解度往往与理论水解度不一致。特别是理论水解度大于40%～60%时,这一差别更大。即实际水解度要比理论水解度小得多。因此,水解后的PHP,最好进行实际水解度的测定,方可投入使用。
未水解或低水解度的聚丙烯酰胺,可作为泥浆的完全絮凝剂使用。其加入量为10×10-6～50×10-6时,即可达到絮凝或聚沉泥浆中的钻屑的目的。水解度为30%的PHP絮凝效果最好,加入量为50×10-6～300×10-6。而水解度大于60%～80%的PHP,可起增加泥浆黏度和降失水的作用,并兼有絮凝作用。完全水解的PHP,已成为聚丙烯酸钠,只能作为泥浆降失水和增加黏度之用,起不到絮凝剂的作用。
PHP分子量在30万以下时,絮凝效果较差,分子量在50万～500万时絮凝效果较好。分子量超过500万以上时,由于分子链过长一方面难于溶解在水中,另一方面分子链易产生卷曲,影响其“架桥”,从而影响絮凝效果。
PHP的水解度过大,即吸附基太少,水化基太多时,则PHP所吸附的黏土颗粒少,虽然分子链伸张较好,也不能顺利地“桥接”絮凝,只有利于泥浆的增黏和降失水作用。
在溶液或泥浆中,PHP的加量多少对泥浆的性能也有重大影响。加量太少不利于“桥接”和絮凝;加量过多,黏土颗粒表面被高分子物覆盖很多,也将会影响“桥接”,此时会产生高分子物间的溶剂化作用,对黏土颗粒起保护和稳定作用,即有利于降失水和增黏。
使用PHP处理泥浆时,泥浆的pH 值在7～9之间为宜。pH 值过小时,羧钠基(-COONa)会变成羧基(-COOH),从而使水化减弱和分子链卷曲,这样对絮凝不利。pH值过大时,会使PHP继续水解,酰胺基继续减少,也会影响絮凝效果。
PHP的抗温性能较好,并有一定的抗盐、抗钙能力。而当泥浆中的钙离子超过200×10-6时,则需事先加入纯碱除钙。但少量钙离子的存在,对黏土颗粒的絮凝是有利的。即无机絮凝剂和有机絮凝剂配合使用,能收到更好的絮凝效果。
PHP可直接吸附在水敏性地层孔壁的表面上,有利于防止水敏地层的水化膨胀,即起防塌和稳定孔壁的作用。因此,高浓度(400×10-6～700×10-6以上)的PHP水溶液(不是泥浆)也可以起防塌的作用。此外,使用PHP处理泥浆时,还能增加泥浆的润滑作用(特别是加量大时)。
PHP除用作泥浆絮凝剂外,高水解度的PHP还作为泥浆降失水和提高黏度之用。还可用聚丙烯酰胺进行钻孔堵漏。
常用泥浆有机处理剂的种类如表2-2所示。
表2-2 泥浆有机处理剂种类
续表
(五)惰性材料添加剂
泥浆惰性材料添加剂,即不起化学反应的处理泥浆的有机或无机材料,对泥浆可起加重(增加密度)、增黏和润滑作用,对漏失钻孔进行堵漏等。
1.泥浆加重剂
其主要作用是提高泥浆的密度。
(1)重晶石粉
重晶石又叫硫酸钡(BaSO4),纯品为白色粉末,含杂质时带绿色或灰色,常温下其密度为4.3～4.6g/cm3,硬度2.5～3.5。用于泥浆中的重晶石粉末细度要求99.9%都能通过200目筛子(74μm),重晶石有轻微毒性,不溶于水、有机溶剂、酸或碱液,而只溶于浓硫酸中。重晶石是目前最好的泥浆加重材料。
(2)其他加重材料
石灰石粉(密度2.2～2.9g/cm3)、方铅矿粉(密度7.5～7.6g/cm3)、磁铁矿粉(密度4.9～5.9g/cm3)、碳酸钡粉(密度4.28～4.35g/cm3)等。
2.泥浆堵漏材料
为了防止钻孔漏失或堵塞已漏失的钻孔,可在泥浆中加入纤维状、片状、粒状的堵漏材料,堵漏材料的品形要根据钻孔漏失通道的大小及形状来选择。其大小从几十微米至几十毫米不等,加入量由百分之几到百分之几十不等;还有具膨胀性的堵漏材料。各类堵漏材料规格、形状如表2-3所示。
表2-3 堵漏材料规格、形状表
3.无机惰性增黏剂
膨润土粉等可作为增黏剂,它可提高淡水或盐水泥浆的黏度,但不能控制失水,可增加泥浆的携砂和悬浮能力,并具有抗钙、抗高温和在广泛的pH值范围内保持稳定的特点。加入量0.5%～3%不等,视泥浆增黏要求而定。
4.无机润滑材料
加入泥浆后可降低泥皮的摩擦系数、增加泥浆润滑性能,又不致影响泥浆其他性能的材料主要有二硫化钼、石墨等。
(1)二硫化钼(MoS2)
二硫化钼是银白色或浅灰色粉末,密度4.8～5g/cm3,摩氏硬度1～1.5。它是非磁性材料,但与金属有极强的亲和力。在68～400℃温度范围内,它有良好的润滑性,摩擦系数通常为0.05～0.09,并在一定范围内,负荷越大,摩擦系数变得越小。它的化学稳定性强,不溶于水、油、醇、脂中,而只有硝酸和pH值大于10的碱性水溶液或强氧化剂才会使它氧化成钼酸。
泥浆中加入0.2%的二硫化钼即可减摩而不影响泥浆其他性能。
(2)石墨粉
化学分成是碳,密度2.2g/cm3,摩氏硬度1～2,摩擦系数0.15～0.20,化学稳定性好,加入泥浆中的量为0.1%～0.3%之间。
建筑泥浆处理用哪种絮凝剂?~
在建筑泥浆处理中，要根据泥的特性来选择用《首信》牌阴离子聚丙烯酰胺还是阳离子，不同地区的泥浆要进行小试实验来进行选型，挑选适合客户现场使用的聚丙烯酰胺絮凝剂。目前大多数泥浆处理用首信阴离子聚丙烯酰胺进行处理。
泥浆处理剂有很多品种,按其性质划分,使用量较大的主要为无机处理剂和有机处理剂两大类。
(一)常用无机处理剂
1.碳酸钠
又名纯碱,加入泥浆能增加黏土的水化和分散性。常用于黏土改性和硬水软化。配制泥浆时,其加量按黏土质量的百分比计算。
2.氢氧化钠
又名烧碱、火碱,易溶于水,常用于调节泥浆pH值和调整控制有机处理剂特性。
3.氢氧化钙
又名熟石灰、消石灰,能与水配制成石灰乳。常用于配制钙处理泥浆,可防泥岩分散和防微漏失。
4.磷酸钠
主要用作泥浆稀释分散剂,也可将其用于除钙或增黏。
(二)常用有机处理剂
泥浆中常用的有机处理剂有以下几种。
1.钠羧甲基纤维素(Na-CMC)
它是一种抗盐、抗钙能力强的降失水剂。加入泥浆具有降失水、增黏等主要作用。
2.聚丙烯酰胺(PAM)
它是一种高分子聚合物絮凝剂。产品有全絮凝剂(PAM)和部分选择性絮凝剂(HPAM或PHP)之分。通过加入火碱处理方法可以使PAM转化为PHP。将其加入泥浆对黏土、岩粉等颗粒可分别起到保护和选择性絮凝作用。它是配制低固相不分散泥浆和无固相冲洗液的主要原料。
3.丹宁酸钠(NaT)
它是一种稀释(降黏)剂。由丹宁粉和氢氧化钠按一定比例加水配制而成。加入泥浆主要起稀释(降低黏度、切力)作用,增加泥浆的流动性。同时,有一定的降失水作用。
4.腐殖酸钾(KHm)
腐殖酸钾是以褐煤为原料,用KOH提取而得的产品。外观为黑褐色,呈粉末状,易溶于水,水溶液的pH值为9～10。主要用在淡水钻孔冲洗液中抑制页岩膨胀,并兼有降黏、降滤失作用。
5.皂化油
皂化油属阴离子型润滑剂。将它直接加入清水或者泥浆中,便可提高润滑性能,达到润滑钻具、减少摩擦阻力的目的。
相关要点总结：
18896407773：钻井液用的处理剂有哪些,作用和效果及加量 是什么,希望能有人回答,谢...
谈药答：降滤失剂，白油，腐植酸，重晶石，等都是一些处理剂，些都是泥浆性能调节的，重金石是用来增加比重的，每个处理剂都有不同的作用。
18896407773：处理剂在处理盐侵钻井液中起什么作用
谈药答：护胶，也即保持泥浆胶体稳定性的作用。盐侵后粘土胶粒的双电层被压缩，电动电位下降，朝着聚结方向发展，使泥浆失去胶体稳定性。处理剂主要是保护粘土颗粒，处理剂的存在能够与粘土胶粒发生吸附，为粘土颗粒带来水化膜，提高其电动电位。直观的解释就是，粘土遇到盐活性会下降，处理剂相当于给粘土颗粒穿了...
18896407773：腐植酸是什么成份?主要作用是什么?
谈药答：在畜牧业方面，腐植酸钠用于鹿茸止血，硝基腐植酸尿素络合物作牛饲料添加剂也有良好的效果。在工业方面，腐植酸钠用于陶瓷泥料调整；低压锅炉、机车锅炉防垢；腐植酸离子交换剂用于处理含重金属废水；磺化腐植酸钠用于水泥减水剂；腐植酸制品还用作石油钻井泥浆处理剂（见油田化学品）；提纯腐植酸用作铅蓄电池阴极...
18896407773：试验用材料优选
谈药答：造浆材料的好坏，直接影响钻井液的性能。不同厂家，由于其膨润土矿来源不同、加工方法不同，因此导致膨润土的抗温性能有很大的差别。特别是目前很多膨润土虽然其性能达到国家标准，却因为加了泥浆处理剂的原因，因此此类产品经过高温后的性能将会显著变差而不能满足配制高温钻井液的要求。项目研究过程中...
18896407773：聚丙烯酸钠的作用及用途是什么?
谈药答：作用：作为电解质与蛋白质相互作用，改变蛋白质结构，增强食品的粘弹性，改善组织。由于在水中溶解较慢，可预先与砂糖、粉末淀粉糖浆、乳化剂等混合，以提高溶解速度。用途：用作缓蚀防垢剂、水质稳定剂、涂料增稠剂和保水剂、絮凝剂、钻井泥浆处理剂等。聚丙烯酸钠无味，溶于氢氧化钠水溶液，在氢氧化钙...
18896407773：泥浆太稠处理方法,主要是关于化学方法方面的,比如稀释剂,降稠剂之类...
谈药答：太稠的意思应该是粘切较高，首先要分析引起粘切高的原因，然后再确定降粘的方法。固相含量高或者粘土侵入以及盐钙侵入泥浆都会导致粘度较高，处理方法也不尽相同。至于一味添加降粘剂并不一定能起到最好的使用效果。这里给你简述下一些降粘剂方面的东西：首先要选择与所用泥浆体系相适应的降粘剂，也...
18896407773：常用水基泥浆类型及其适用条件
谈药答：应用范围:用于钻进一般的复杂地层,如新生代第三系、第四系松散地层、卵砾石地层;地层水矿化度较低地层;不适用于造浆地层。(三)不分散低固相聚合物泥浆 该泥浆以具有选择性絮凝和包被作用的高分子聚合物(如部分水解聚丙烯酰胺PHP)为主要处理剂,保留泥浆中的优质造浆黏土,絮凝劣质黏土和钻屑,使其不分散...
18896407773：处理剂()可以除去钻井液中的硫化氢。
谈药答：处理剂（）可以除去钻井液中的硫化氢。A.氯化钠 B.硫酸钠 C.碱式碳酸锌(正确答案)D.硫酸锌
18896407773：钻井液方案
谈药答：欲保持钻井液良好的流变性和较低的高温高压滤失量亦会更加困难。因此，如何解决钻井液在高温高压条件下的性能问题，是深井、超深井钻井液技术面临的首要问题。3.6.2 高温钻井液技术分析 目前国内外通过对应用基础理论和新技术研究，研究开发了大量的抗高温泥浆处理剂、钻井液体系及高温钻井液检测评价仪器。
18896407773：pvc下水道泥浆怎么处理
谈药答：其中，最常见的物理方法是筛选，通常使用一些过滤网或滤网过滤掉泥浆中的固体颗粒，这样可以有效地去除固体污染物。2.化学方法：化学方法是利用化学反应的原理来处理下水道泥浆。处理过程主要是添加一些化学药剂，比如氧化剂、凝固剂和配合剂等，将其应用于固液分离、深度处理和污浊液体的净化。3.生物方法：...