油田化学：第二章 钻 井 液 化 学

第三节 钻井液酸碱性及其控制
酚酞为指示剂，体系滴定变色时（ pH=8.3 ） 以下反应已基本进行完全：
OH－+ H+ → H2O CO3 2 － + H+ → HCO3－
而存在于溶液中的HCO3-不参加反应。当继续 用H2SO4溶液滴定，以甲基橙为指示剂，体系 滴定变色时（pH=4.3 ）除了发生上面的化学 反应，还发生如下反应：
第二节 钻井液密度及其调整
可溶性盐类做高密度材料所带来的问题
腐蚀问题 盐结晶问题
√
加缓蚀剂 加盐结晶抑制剂
第二节 钻井液密度及其调整
海水为什么不容易结冰？
冰点
第二节 钻井液密度及其调整
盐水冰点： 盐水在低密度时温度降至一定程度析出冰, 该温度称盐水冰点。 析盐温度： 盐水在高密度时温度降至一定程度析出盐, 该温度称析盐温度。
第一篇 钻井化学
第二章 钻井液化学
第二章 钻井液化学
第一节 钻井液的功能与组成
钻井液的定义:
指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工 作需要的各种循环流体；钻井液（drilling fluid)又称做 泥浆(Mud)。
第一节 钻井液的功能与组成
一、钻井液的循环
泥浆罐
泥浆泵
地面高压管汇
立管
水龙带
至指示剂变色时所需标准硫酸的体积(mL)定义为 碱度。
第三节 钻井液酸碱性及其控制
碱度的意义：通过碱度可以判断钻井液的碱 性来源，从而在调整钻井液酸碱性的同时还能针 对性的有效清除体系中的有害离子。
测定碱度可以确定钻井液体系中未溶解的 石灰Ca(OH)2的量（即储备碱度）。
第三节 钻井液酸碱性及其控制
第二节 钻井液密度及其调整
二、为什么要调整钻井液密度 （1）防止喷、塌、漏钻井事故的发生 （2）钻井液密度与油气层损害有关 （3）钻井液密度影响钻井速度
第二节 钻井液密度及其调整
三、怎样调整钻井液密度 1、调整钻井液密度原则
平衡地层压力和地层构造应力
2、调整钻井液密度方法 （1）降低钻井液密度
降低钻井液固相含量 √
如丹宁类、褐煤类和木质素磺酸盐类处理剂等
对钻具腐蚀性低
可抑制体系中钙、镁盐的溶解
一般控制在8-11范围，较弱的碱性环境
第三节 钻井液酸碱性及其控制
1、碱性主要来源: 钻井液中的OH-、CO32-、HCO32、酸碱性表示方法：
pH值（ pH 试纸和pH计） 碱度
碱度的定义： 用浓度为0.01mol/L的标准硫酸中和1mL样品
7.4-7.7 酸溶
成本高 加重至3.8g/cm3
第二节 钻井液密度及其调整
表2 可溶性盐类加重材料
水溶性盐
KCl NaCl CaCl2 CaBr2 ZnBr2
饱和盐水密度 g/cm3
1.16(20℃) 1.20 (20℃) 1.40 (60℃) 1.80 (10℃) 2.30(40℃)
甲酸盐：钻井液密度可控制在2.3g/cm3
能使pH值降至4.3所需的酸量，被称做甲基橙碱度 （Methyl Orange Alkalinity）。
能使pH值降至8.3所需的酸量被称做酚酞碱度 （Phenolphthalein Alkalinity.）
按指示剂 不同分
钻井液的甲基橙碱度（Mm)
甲基橙碱度
滤液的甲基橙碱度 (Mf)
酚酞碱度
钻井液的酚酞碱度(Pm) 滤液的酚酞碱度(Pf)
分子式
密度 g/cm3 酸溶性
备注
重晶石 BaSO4 4.2-4.6
应用最广泛 加重至2.64 g/cm3
石灰石
CaCO3 2.7-2.9 酸溶 需酸化的产层
铁矿粉 Fe2O3 ·FeO 4.9-5.3
钛铁矿粉
TiO2.Fe2O3 ·FeO
4.5-5.1
酸溶 酸溶
需酸化的产层 需酸化的产层
方铅矿
PbS
水龙头
方钻杆
钻杆
钻铤
钻头 钻柱与井壁形成的环形空间 从井口返出，流经固控设备进行处理
第一节 钻井液的功能与组成
一、钻井液的循环
第一节 钻井液的功能与组成
二、钻井液的功能 1.冲洗井底 2.携带岩屑 3.平衡地层压力 4.冷却与润滑钻头钻具 5.稳定井壁 6.悬浮岩屑和固体密度调整材料 7.获取地层信息 8.传递功率
pH值对膨润土基浆表观粘度的影响 当pH值大于9时，表观粘度随pH值的升高而剧增。 其原因是由于当pH值升高时，会有更多的OH－被吸附 在粘土晶层的表面，进一步增强表面所带的负电性， 从而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。
第三节 钻井液酸碱性及其控制
一、为什么要控制钻井液酸碱性
原因
粘土具有适当的分散度 可以使有机处理剂充分发挥其效能
3、碱度分类:
为了建立统一的标准，API选用酚酞和甲基橙两 种指示剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。
酚酞的变色点为pH=8.3。在进行滴定的过程中， 当pH值降至该值时，酚酞即由红色变无色。
甲基橙的变色点为 pH=4.3。当pH值降至该值时， 甲基橙由黄色转变为橙红色。
第三节 钻井液酸碱性及其控制
随着盐水密度增加，盐水析盐温度陡然 上升。
KCl在不同温度下的溶解度
温度╱℃ 溶解度╱g
0
10 20 30 40 50 60 70 80
27.6 31.0 34.0 37.0 40.0 42.6 45.5 48.3 51.1
防止析盐
钻井液的使用温度高于该钻井液密度下 的析盐温度。
在钻井液中加入盐结晶抑制剂
加水稀释（但有时会增加处理剂的用量和费用 ） 混油 （但会使钻井液成本增加，且影响地质录井 ） 充气
第二节 钻井液密度及其调整
（2）提高钻井液密度 方法：加入高密度材料
加重材料
高密度不溶性矿物或矿石粉末
高密度的可溶性盐类 （流变性能较好）
第二节 钻井液密度及其调整
表1 高密度不溶性矿物或矿石
名称
第一节 钻井液的功能与组成
三、钻井液的组成
组成
分散介质 水、油、气体
分散相
粘土、密度调整材料（悬浮体） 油或水（乳状液）
气体（泡沫）
钻井液处理剂
降滤失剂 增粘剂 降粘剂 絮凝剂 ……
第二章 钻井液化学
第二节 钻井液密度及其调整
第二节 钻井液密度及其调整
一、钻井液密度定义 定义：单位体积钻井液的质量（用ρ表示） 单位： g/cm3 或 t/m3
第二节 钻井液密度及其调整
盐结晶抑制剂： 为防止盐从钻井液中析出所加的物质
抑制机理： 通过离子交换转变为相应的盐,选择性地吸 附在刚析出的盐晶表面,使盐晶发生畸变,不 利于盐在其表面继续生长变大。
第二节 钻井液密度及其调整
第二章 钻井液化学
第三节 钻井液酸碱性及其控制
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第三节 钻井液酸碱性及其控制