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硅酸盐钻井液

发布:本站  来源:济南多吉利  

硅酸盐钻井液

钻井液中添加了对页岩抑制性最好的可溶性硅酸盐。这种硅酸盐钻井液体系已用于钻水敏性页岩地层、分散性白垩岩地层和含伊利石的地层。硅酸盐钻井液的抑制能力比任何水基钻井液都高,实际上已达到油基钻井液的抑制能力。

1)硅酸盐的化学性质

硅酸盐是一种无机材料,是由碳酸盐与二氧化硅混合后加热生成的。硅钠比是硅酸钠最重要的物理性能。改变SiO2、Na2O和H2O的比例能控制硅酸钠的化学和物理性能。硅钠比决定了硅酸钠的下列特性:
(1)固相和粉末的溶解度;
(2)硅酸盐的反应能力;
(3)诸如粘度等物理性能。
室内试验证明,高硅钠比的硅酸盐具有更高的抑制效率。在一般情况下,硅钠比为2.6的硅酸盐就能达到基本的抑制能力。

2)钻井液配方和特性

典型的硅酸盐钻井液配方见表1。体系普遍使用黄原胶和聚阴离子纤维素来达到要求的流变性和控制滤失。硅基钻井液在pH值为11~12.5时稳定性最好。高pH值可防止溶解硅的聚合。因此,需要添加硅酸钠来达到要求的pH值。pH值下降是硅酸盐耗损的信号。要添加硅酸盐来维持钻井液的抑制性。钻井液中硅酸盐的浓度可用试验和从硅酸钠的浓度计算出来。可通过直接把硅酸钠加到钻井液中或通过预混合加到钻井液中的方式来维持理想的浓度。
表1硅酸盐钻井液配方
添加剂
加量(kg/m3
作用
黄原胶
     3
悬浮
聚阴离子纤维素
     8
控制失水
淀粉
     10
控制失水
硅酸钠溶液
    100
抑制性
      1
杀菌
碳酸钾
      40
增加抑制性
盐(NaCl)
     300
氯含量、密度
纯碱
  0.2~0.4
控制硬度、补水
当可溶性硅酸盐与页岩表面接触时,pH值下降并且与页岩中的两价离子(Ca+2和Mg+2)反应,在页岩表面形成一道可以防止滤液和颗粒侵入地层的屏障。
当使用硅酸盐钻井液钻进时,要注意下列问题:
(1)由于钻井液的抑制性强,所以钻屑等固相对钻井液的流变性可能不会产生影响;
(2)在钻屑吸收钻井液的滤液之前,新配制的钻井液具有较高的滤失量;
(3)钻进时,重要的是要定时记录泵入和返出钻井液中的硅酸盐含量,以便监测硅酸盐的消耗率和确定是否需要对钻井液进行处理;
(4)硅酸盐钻井液的高抑制性保持了钻屑的完整性,需要钻井液具有较高的屈服值和较低的剪切粘度以保证井眼的清洁能力,同时振动筛的负荷也要比使用普通钻井液高;
(6)由于硅酸盐与钙和镁反应产生沉淀物,所以钻井液体系的硬度为零;
(7)硅酸盐钻井液的pH值一般为11.0~12.5。钻井液的pH值是从硅酸盐含量推导出来的,所以钻井液的碱度(Pm和Pf)是监测硅酸盐含量的有效方法。Pm为10~30,而Pf为8~25。在钻进时pH值和碱度下降归咎于硅酸盐消耗。要通过加入硅酸钠来维持pH值和碱度。在通常情况下,不需要通过加氢氧化钾和氢氧化钠来维持pH值。
(8)硅酸盐是一种金属材料的防腐剂,所以不需要往钻井液中加防腐剂。在盐饱和体系中游离态氧的含量非常少,硅酸盐与铁反应生成一种可防止发生化学反应的硅酸盐包被物。
硅酸盐钻井液可以有效地抑制页岩。钻进时要把钻井液的pH值控制在11~12.5。
使用硅酸盐钻井液时,固控设备对维持钻井液特性和降低钻井液成本起决定性作用,因此要选择处理量大的固控设备。

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