中国石油大学—无机电解质对钻井液的污染及调整

中国石油大学 油田化学 实验报告

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教师:

无机电解质对钻井液的污染及调整

一、实验目的

1、认识并掌握NaCl对钻井液污染后性能的变化规律。 2、了解NaCl对钻井液污染后性能的调整方法。

二、实验原理

1、钻井液盐侵后，压缩粘土的扩散双电层，其电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成网架结构，导致钻井液粘度、切力上升，失水增大。当盐侵到一定程度后，粘土颗粒面-面联结，粘土分散度明显降低，使粘度、切力转而下降，失水继续增大，见图1。

图1 钻井液性能随氯化钠加量的变化曲线

2、盐侵钻井液加入适量处理剂后，一是拆散较强的粘土网架结构，使钻井液处于适度絮凝状态，二是保护粘土颗粒使它保持适度尺寸，不至于结合变的过大，从而使钻井液滤失性能得到改善。

三、仪器与药品

高速搅拌机一台；六速旋转粘度计一台；打气筒失水仪一台；电子天平一台； 秒表一只；吸管一支；牛角勺两把；量筒两支；pH试纸、泥浆500ml、NaCl、降失水剂、降粘剂等。

四、实验步骤

1、取泥浆450ml高搅5分钟后，测其六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。

2、向步骤1完成后的泥浆中加入一定量的NaCl，高速搅拌15分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。

3、根据步骤2完成后的泥浆性能，加入适量的降粘剂和降失水剂，高速搅拌30分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值，使其性能得到恢复

五、数据处理

1、将所得数据及计算结果整理列表。

项目 基浆 基浆+1%NaCl ?600 11 20 ?300 7 15 滤失量mL 17.0 20.0 泥饼厚度mm 2.0 2.0 pH 9 9 表1 数据记录表1

加量/% 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 组别 1/2 3/4 5/6 7/8 9/10 ?600 16 20 27 23 20 表2 污染实验数据班级汇总表

?300 12 16 23 18 15 滤失量/mL 28.0 30.0 46.0 66.0 76.0 加量/% 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 钻井液粘度/mPa·s 6.0 8.0 10.0 13.5 11.5 10.0 动切力/Pa 2.044 4.088 6.132 9.709 6.643 5.110 失水量/mL 22.0 28.0 30.0 46.0 66.0 76.0 表3 计算结果整理列表

计算举例，以加量1.0%NaCl时的数据为例计算： 表观粘度

AV=0.5×?600=0.5×16=8.0mPa·s

动切力

YP=0.511×(2×?300-?600)=0.511×(2×12-16)=4.088Pa

失水量等于实验中的滤失量。

2、绘出钻井液粘度、动切力以及失水量随NaCl加量的变化曲线，并简要解释。

钻井液粘度—NaCl加量曲线141312钻井液粘度/mPa·s11109876540123NaCl加量/E6

图2 钻井液粘度随NaCl加量的变化曲线

动切力——NaCl加量曲线12108动切力/Pa64200123NaCl加量/E6

图3 动切力随NaCl加量的变化曲线

钻井液失水量——NaCl加量曲线807060504030201000123NaCl加量/E6滤失量/ml

图4 失水量随NaCl加量的变化曲线

分析：钻井液盐侵压缩粘土的扩散双电层，使其ε电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成网架结构，导致表观粘度与动切力增大，滤失增加。但当盐侵程度达到一定值后，粘土颗粒便出现面面联结，粘土分散度明显降低，导致表观粘与动切力开始下降，而滤失量继续增加。

六、思考题

1、有同学实验时发现，加量比氯化钠少得多的氯化钙就会对钻井液的粘度和滤失量产生很大的影响，为什么？

答：氯化钙比氯化钠降低粘土?电位的能力更强，粘土颗粒更易形成网架结构，且钙离子能够与碳酸根离子形成沉淀，所以能够对钻井液的粘度和滤失量产生很大的影响。

2、如果钻井液受到氯化钙的影响，需要调整钻井液的性能，如果采用直接加入降粘剂和降滤失剂的处理方法，你认为是否合理？有否更合理的处理方法？

答：不合理。应先消除钙离子的影响，再加入降粘剂和降滤失剂。

3、现场钻井液施工时，可以使用碳酸钠来提高粘土的造浆率，为什么？如果碳酸钠的加量过多，会出现什么危害？

答：碳酸钠可以和配浆水、膨润土中的钙离子产生沉淀，由钙土变为钠土，可使配出的膨润土浆粘度提高，能够提高粘土的造浆率。

4、随着氯化钠加量的增加，钻井液的表观粘度会出现先增大后减少的现象，为什么？ 答：钻井液盐侵压缩粘土的扩散双电层，使其ε电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成网架结构，导致表观粘度增加。但当盐侵程度达到一定值后，粘土颗粒便出现面面联结，粘土分散度明显降低，导致表观粘开始下降。

5、随着氯化钠加量的增加，钻井液的滤失量一直在增加，而不象表观粘度那样先增大后减少，为什么？

答：影响滤失量的因素包括粘度、渗透率等，在整个氯化钠加量的过程中氯化钠综合影响这些指标，在粘度增大的同时黏土的粒度很大，导致滤饼的渗透率很大，这增大了滤失量；在粘度减小时，滤饼的渗透率依然比较大；故整个过程中钻井液的滤失量一直在增加。

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