Agente de tratamiento de lodo
(1) El principio de acción de los agentes de tratamiento inorgánicos
Los aditivos inorgánicos se utilizan ampliamente en el tratamiento de lodos y su principio de acción es el siguiente.
1. Dispersión
Este es el principio del tratamiento del lodo basado en la teoría eléctrica de la doble capa. Al agregar agentes de tratamiento como carbonato de sodio o fosfato de sodio a la lechada base para proporcionar iones de sodio, se reemplazan los iones de calcio originales en la arcilla, convirtiendo el suelo cálcico en suelo de sodio, lo que aumenta la dispersión de la lechada y asegura una buena hidratación. lo que puede reducir la pérdida de agua para aumentar la viscosidad de la suspensión. Para formaciones con requisitos de baja calidad del lodo, el tratamiento alcalino por sí solo puede cumplir con los requisitos.
2. Controlar la floculación
Cuando se utiliza agua salada de calcio para tratar el lodo, se puede formar un sistema grueso y disperso con floculación moderada, que se utiliza para inhibir la expansión por hidratación de la arcilla y evitar que se formen formaciones sensibles al agua que se despulpen y colapsen. Además, agregar agentes de tratamiento inorgánicos como cal o sal por sí solos aumentará la fuerza de corte y la viscosidad del lodo debido a la floculación, lo que puede satisfacer las necesidades de las capas de fuga.
3. Ajustar el valor del pH del lodo (pH value)
Los cambios en el valor del pH del lodo tienen un impacto en la dispersión y estabilidad de la arcilla en el lodo y en el La disolución de varios agentes de tratamiento en las propiedades del lodo, la dispersión de los recortes de lutita y la capacidad de expansión de las paredes de los poros tienen una gran influencia. Varios lodos tienen sus propios rangos de valores de pH aplicables. La adición de soda cáustica proporciona iones de hidróxido, que pueden aumentar el valor del pH del lodo y mantenerlo en un rango alcalino, lo que es beneficioso para la estabilidad de la arcilla. Al perforar un tapón de cemento, el valor del pH del lodo también aumentará, y al perforar una capa de sal, el valor del pH del lodo disminuirá.
4. Descalcificación por precipitación
Cuando se añade carbonato de sodio (carbonato de sodio) o bicarbonato de sodio al lodo, la reacción puede formar una precipitación de carbonato de calcio, eliminando así el calcio del lodo. El agua utilizada para preparar la suspensión base contiene un alto contenido de iones de calcio y magnesio, que también se pueden usar para ablandar el agua y producir una suspensión base de alta calidad.
5. Disolver o hidrolizar los agentes de tratamiento orgánicos.
La solubilidad de los ácidos orgánicos como el ácido tánico y el ácido húmico en agua es muy pequeña y la arcilla no se absorbe fácilmente. Si se añaden cantidades adecuadas de soda cáustica y agua para formar tanino de sodio y humato de sodio, se convertirán en agentes de tratamiento solubles en agua. En este momento, las partículas de arcilla lo absorben fácilmente y puede actuar como diluyente y agente reductor de la pérdida de agua.
Para cambiar agentes de tratamiento orgánicos con grupos polares hidrolizables como grupos éster, grupos nitrilo, grupos amida, etc. En los agentes de tratamiento de lodos solubles en agua, se pueden agregar agentes de tratamiento inorgánicos para realizar primero las reacciones de hidrólisis y neutralización. Por ejemplo, el poliacrilonitrilo es insoluble en agua. Después de calentar, hidrólisis y neutralización con soda cáustica, se forma poliacrilonitrilo hidrolizado soluble en agua, que puede usarse como agente reductor de la pérdida de agua a alta temperatura.
6. Otras funciones
Por ejemplo, la suspensión de sal saturada puede inhibir la disolución de las capas de sal; después de una reacción química de sales inorgánicas, se puede formar un gel para sellar. Agregar materiales inertes de alta densidad, como la barita, puede aumentar la densidad del lodo, equilibrar la presión de formación de alta presión y prevenir explosiones y patadas.
(2) Introducción de agentes de tratamiento inorgánicos
1. Hidróxido de sodio (sosa cáustica)
Es un agente de tratamiento alcalino. La estructura molecular del álcali contiene iones OH- ionizados. Dichos agentes de tratamiento incluyen hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de calcio, etc.
La fórmula molecular del hidróxido de sodio es NaOH y su peso molecular es 40. También se le llama sosa cáustica y sosa cáustica.
Es un cristal de color blanco lechoso a temperatura ambiente con una densidad de 2,0 ~ 2,2 g/cm3. Es fácil delicuarse en el aire y debe sellarse o sellarse durante el almacenamiento para evitar la delicuescencia y el deterioro.
El hidróxido de sodio es un álcali fuerte. Sus soluciones sólidas y concentradas corroen la ropa y la piel, por lo que deben utilizarse de forma segura. Si entra en contacto con su ropa o piel, enjuague inmediatamente con agua limpia y luego con una solución de ácido bórico al 3%.
Fácilmente soluble en agua, la solubilidad aumenta con la temperatura. La solución acuosa es fuertemente alcalina, así que tenga cuidado de agitarla al preparar la solución acuosa, de lo contrario se recristalizará fácilmente en el fondo del tanque.
Cuando se añade hidróxido de sodio (NaOH) a la suspensión, los iones Na+ y OH- se ionizan completamente porque es un electrolito fuerte. Lo que funciona en el lodo son los iones Na+ y OH- ionizados. Sus funciones son las siguientes:
1) Ajustar el valor de pH del lodo. Debido a la ionización del NaOH en el lodo, se proporcionan Na+ y OH-, aumentando así el valor del pH del lodo.
A medida que aumenta la cantidad de NaOH, cuanto más ionizados estén los iones OH-, mayor será el valor del pH del lodo.
2) Favorecer la hidratación y dispersión de la arcilla. Debido a que se agrega NaOH al lodo, los iones Na+ en el lodo aumentan y se produce el intercambio iónico con la superficie de la arcilla. Cuando se adsorben más iones Na+ en la superficie de la arcilla, la arcilla exhibe las propiedades del suelo de sodio, haciéndola más hidrófila y mejor dispersable, por lo que generalmente se le llama dispersante. Al mismo tiempo, debido al aumento de OH-, se puede aumentar la carga negativa de las partículas de arcilla y se puede aumentar la energía de los cationes adsorbentes, aumentando así su rendimiento de división del agua y su dispersión.
3) Incrementar la solubilidad en agua de determinados agentes de tratamiento orgánicos. Por ejemplo, NaOH mezclado con tanino y pegamento para hornear mezclado con pegamento para hornear no solo puede aumentar el valor del pH, sino también aumentar la solubilidad de estos agentes de tratamiento orgánicos, logrando así el propósito de mejorar las propiedades del lodo.
4) Debido al efecto de los iones de la misma fase, se puede controlar la concentración de iones Ca2+ en el lodo de tratamiento de calcio.
5) El hidróxido de sodio juega un papel importante en el lodo, por lo que el hidróxido de sodio sólido no se agrega directamente al sitio, sino que se usa como una solución. La concentración es generalmente 1/5 o 1/10 (relación masa-volumen). Si se usa solución de NaOH sola, se puede aumentar la viscosidad y la fuerza de corte del lodo.
6) Precipitar cationes nocivos o en exceso en el lodo para asegurar la calidad del lodo.
2. Carbonato de sodio (carbonato de sodio)
El carbonato de sodio es un agente de tratamiento de sales, también conocido como carbonato de sodio. Su fórmula molecular es Na2CO3 y su peso molecular es 106.
El carbonato de sodio anhidro es un polvo blanco con una densidad de aproximadamente 2,5 g/cm3 a temperatura ambiente. Es fácil mojarse y formará grumos duros después de absorber la humedad. Por lo tanto, debe mantenerse seco durante el almacenamiento y no verse afectado por la humedad.
El carbonato de sodio anhidro se usa comúnmente en lodos, que es fácilmente soluble en agua y la solución acuosa es fuertemente alcalina. El valor de pH de la solución acuosa de carbonato de sodio al 3% es aproximadamente 11. Los iones Na+, OH- y HCO- se pueden producir mediante la hidrólisis de Na2CO3. Por esta característica, puede desempeñar en el barro las siguientes funciones:
1) Favorecer la hidratación y dispersión de la arcilla. Después de agregar carbonato de sodio al lodo, el Na+ proporcionado cambia la proporción de Na+/Ca2+ adsorbida en la superficie de las partículas de arcilla a través del intercambio iónico, y la arcilla cambia de arcilla calcárea a arcilla sódica con un alto grado de hidratación y buena dispersión. mejorando así la tasa de pulpa de arcilla. Si se añade una cierta cantidad de carbonato de sodio al perforar con agua limpia como líquido de lavado, se puede acelerar la formación de pulpa de la arcilla. Al preparar la lechada original, agregar carbonato de sodio puede prehidratar la arcilla y también mejorar la velocidad de formación de la lechada de la arcilla.
2) Eliminar el exceso de iones Ca2+ del lodo provocado por la lixiviación de yeso o cemento. Después de empapar el lodo en yeso o cemento o tratarlo con calcio, la hidratación de las partículas de arcilla se vuelve deficiente y es fácil formar una estructura de red en él. La fuerza de corte y la viscosidad aumentan y aumenta la pérdida de agua. En este momento, agregar carbonato de sodio al lodo puede restaurar las propiedades originales del lodo.
3) Ajustar el valor del pH. El carbonato de sodio puede proporcionar iones OH- cuando se disuelve en agua, por lo que puede aumentar el valor del pH del lodo, pero no es tan fuerte como el hidróxido de sodio.
3. Cloruro de sodio (sal)
También es un agente de tratamiento de la sal, también llamada sal. Su fórmula molecular es NaCl, su peso molecular es 55,45 y es un cristal o polvo cúbico blanco con una densidad de aproximadamente 2,17 g/cm3 a temperatura ambiente. El NaCl puro no se disuelve, pero la sal cruda a menudo contiene impurezas que absorben agua, como cloruro de manganeso y cloruro de calcio, por lo que la sal cruda absorbe fácilmente la humedad. El NaCl es soluble en agua y su solución acuosa es neutra con un valor de pH de 6,7 a 7,3. La temperatura tiene poco efecto sobre la solubilidad del NaCl en agua. Su función en el barro es:
1) Deshidratación o salazón. La lechada de agua salada puede inhibir la expansión por hidratación o el colapso de la lutita en el lodo de la pared del pozo. A veces, agregar NaCl puede aumentar la viscosidad y la fuerza de corte del lodo.
2) Inhibir la disolución. El uso de NaCl para preparar lechada de salmuera o lechada de salmuera saturada puede evitar que la sección de sal gema se disuelva en una gran panza, permitiendo así que la capa de sal se perfore sin problemas.
3) Como conservante de agentes de tratamiento orgánico.
4. Sulfato de sodio
Existen dos tipos de sulfato de sodio. La fórmula molecular del sulfato de sodio que contiene 10 cristales de agua es Na2SO4·10H2O y el peso molecular es 322,2. También se llama sal de Glauber. El polvo de sulfato de sodio sin agua cristalina se llama sal de Glauber anhidra. Su fórmula molecular es Na2SO4 y su peso molecular es 160,2.
La sal de Graubert son cristales incoloros con forma de aguja o partículas blancas que se erosionan fácilmente en el aire. Una vez que se pierde el agua cristalina, se convierte en sulfato de sodio anhidro.
La densidad del polvo de Yuanming a temperatura ambiente es de 1,46 g/cm3 y la densidad del polvo de Yuanming anhidro a temperatura ambiente es de 2,7 g/cm3. La sal de Glauber es fácilmente soluble en agua.
En el tratamiento de lodos, se suele utilizar sulfato de sodio para aumentar la viscosidad y la fuerza de corte del lodo. Cuando se agrega suficiente sulfato de sodio al lodo, la hidratación de las partículas de arcilla se reducirá debido a la hidratación de Na+ y SO42-, y la estructura de red formada entre las partículas de arcilla se fortalecerá, aumentando así la viscosidad y la fuerza de corte de el barro. El sulfato de sodio es la materia prima para tapar fugas. Después de agregar polvo de sulfato de sodio anhidro al lodo, se puede formar 10 Sal de Glauber. Cada 142 kg de sal de Glauber anhidra se convierte en 10 kg de sal de Glauber de agua, que puede absorber 180 kg de agua y producir agujas al mismo tiempo, añadiendo partículas sólidas irregulares al lodo, además, cuando la concentración de sulfato de sodio es alta, se convierte en 10 kg de sal de Glauber anhidra; puede aglomerar las partículas de arcilla y hacer que el lodo se agregue. Después de agregar la sal de Glauber, se convierte en lodo espeso, que se usa para perforar y tapar fugas.
Al perforar la sección del pozo con la capa de sal de Glauber, se puede usar lodo preparado con sal de Glauber para inhibir la disolución de la capa de sal de Glauber en el lodo y mantener el diámetro regular del pozo.
5. Silicatos
Entre los silicatos, sólo las sales de metales alcalinos como las sales de sodio y potasio son solubles en agua, mientras que otros silicatos son insolubles en agua. El silicato de sodio, también conocido como silicato de sodio, se usa comúnmente como agente de tratamiento de lodos. Su fórmula molecular se puede expresar como Na2O XSiO2, donde X es la relación entre SiO2 y Na2O.
El vidrio soluble suele ser un líquido viscoso y translúcido. Debido a sus diferentes impurezas, suele ser incoloro, de color amarillo pardusco o verde verdoso y tiene una composición compleja. Cuanto mayor sea la relación x, menor será el pH, mayor será la densidad y mayor la viscosidad. Generalmente, en los sitios de perforación se utiliza vidrio soluble con una densidad de aproximadamente 200 y una densidad de 1,5 ~ 1,6. Es alcalino, con un valor de pH de hasta 11,5 ~ 12.
El silicato de sodio es corrosivo para el vidrio, por lo que está prohibido utilizar envases de vidrio durante el almacenamiento. El vidrio soluble es soluble en agua y soluciones alcalinas y se puede mezclar con agua salada. La viscosidad del vidrio soluble se puede ajustar con salmuera saturada.
El papel del vidrio soluble en el barro;
1) El silicato de sodio se descompone en agua y puede formar polímeros de bajo peso molecular para flocular y precipitar la arcilla. Es un floculante de barro.
2) Utilice ácido clorhídrico para reducir adecuadamente el valor de pH de la solución de vidrio soluble. Cuando el valor del pH es inferior a 9, toda la solución formará un coloide estancado, llamado gel. El efecto de formación de gel se llama gelificación del silicato de sodio. Cuando se mezcla silicato de sodio en varias mezclas con un valor de pH de 5 ~ 8,5, la gelificación de estas mezclas (el tiempo necesario para ajustar el valor de pH a un estado gelificado) varía mucho con el valor de pH, desde unos pocos segundos hasta puede varían de horas a días. El vidrio soluble se puede utilizar fácilmente en la perforación y se puede seleccionar en función de las condiciones de gel deseadas. Vidrio soluble, cal, sosa cáustica, arcilla, etc. Puede convertirse en un agente taponador de emulsión de cal e inyectarse en la sección del pozo predeterminada para taponar el gel. Por lo tanto, el vidrio soluble es un buen agente bloqueador de lodo.
3) La lechada de vidrio soluble preparada también puede evitar que la pared del agujero colapse y desempeñar un mejor papel en la protección de la pared.
6. Cromato
Los agentes de tratamiento de lodos de cromato comúnmente utilizados son: cromato de sodio, cromato de potasio, dicromato de sodio y dicromato de potasio.
El cromato es tóxico. No permita que entre en contacto con las heridas de la piel. Tenga cuidado de no inhalar su polvo con la boca y la nariz.
El cromato actúa en el lodo principalmente mediante reacciones redox. Sus funciones en barro incluyen principalmente:
1) Tiene un buen efecto de dilución. Independientemente del contenido de arcilla del lodo, el cromato es un diluyente de lodo eficaz cuando se utiliza junto con diluyentes orgánicos generales, y el efecto de dilución no se ve afectado por la salinidad de la solución. Especialmente cuando los diluyentes comunes como la lejía de tanino, la lejía de tanino, el álcali de carbón, etc. pierden su efecto de dilución, su efecto de dilución es más efectivo. El cromato se puede agregar directamente al lodo, generalmente en una solución con una concentración del 0,5%, lo que puede reducir en gran medida la viscosidad y la fuerza de corte del lodo. Sin embargo, la cantidad agregada no debe ser excesiva para no causar problemas importantes. Cambios en las propiedades del barro y daño de los poros. Situación anormal en su interior.
2) Puede reducir la pérdida de agua. Los iones Cr3+ producidos por la reacción redox pueden formar complejos con ciertos agentes de tratamiento orgánicos, especialmente agentes de tratamiento multifuncionales (como agentes alcalinos de carbón).
3) Puede mejorar la estabilidad térmica del barro. La resistencia a la temperatura puede alcanzar 180 ℃ ~ 190 ℃ y puede usarse para perforar agujeros profundos o pozos geotérmicos.
4) Tiene la función de estabilizar la pared del pozo, como prevenir la expansión por hidratación de la lutita arcillosa y el colapso de la formación. También puede evitar que las herramientas de perforación se atasquen o se atasquen.
Existen muchos tipos de agentes de tratamiento inorgánicos que se utilizan para tratar el lodo; consulte la Tabla 2-1.
Tabla 2-1 Tipos de agentes de tratamiento de lodos inorgánicos
Continuación
(3) Principios funcionales de los agentes de tratamiento orgánicos
Tratamiento orgánico Los agentes se utilizan ampliamente en el tratamiento de lodos y tienen diversas funciones. Generalmente, se dividen en tres categorías según sus funciones, a saber, diluyentes (utilizados principalmente para controlar la fluidez del lodo), agentes reductores de pérdida de agua y floculantes. Su variedad va mucho más allá de los tratamientos inorgánicos.
Los agentes de tratamiento orgánico tienen las funciones de dispersar, estabilizar, flocular, espumar, desespumar, emulsionar, reducir la fricción y lubricar el lodo. Al mismo tiempo, pueden inhibir la hidratación, expansión y pulpa de la roca arcillosa. e inhibe la sensibilidad al agua Previene el colapso de la formación, reduce la corrosión de las herramientas de perforación y desempeña un efecto esterilizante. En términos de ajuste de las propiedades del lodo, se pueden utilizar para reducir la pérdida de agua del lodo, reducir la viscosidad del lodo y la fuerza de corte (dilución), aumentar la viscosidad del lodo y la fuerza de corte (espesamiento) y mejorar las propiedades de lubricación del lodo. Cabe señalar que no todos los agentes de tratamiento orgánico tienen múltiples funciones al mismo tiempo, sino que tienen unas u otras funciones al mismo tiempo.
De hecho, la función principal de los agentes de tratamiento orgánico del lodo es dispersar y condensar el lodo, provocando así pérdida de agua del lodo y cambios en la reología. Su principio de acción se describe brevemente a continuación.
1. Dilución
Las cadenas moleculares del tanato de sodio, humato de sodio, lignosulfonato de hierro-cromo y otros agentes de tratamiento tienen un cierto número de grupos de adsorción y un cierto número de grupos de hidratación. Estos diluyentes se adsorben en las esquinas de las partículas de arcilla pobremente hidratadas a través de grupos de adsorción en sus cadenas moleculares, y sus grupos de hidratación espesan las películas de hidratación en las esquinas de las partículas de arcilla. Debido a los bordes angulares de las partículas de arcilla y al espesamiento de la película de hidratación de los bordes, la capacidad de las partículas de arcilla para formar una estructura de red se debilita y la fuerza de corte dinámica y la viscosidad aparente del lodo se reducen. A medida que la estructura de red formada por las partículas de arcilla se desintegra, el agua libre envuelta en la estructura de red se libera; además, la capa de hidratación por adsorción aportada por las moléculas del agente de tratamiento hace que la fricción entre las partículas de arcilla cambie de la fricción entre fases sólidas; al líquido La fricción de la interfase reduce la resistencia al flujo.
El diluyente de lodo no solo destruye la estructura de red del lodo, sino que también lo mantiene en un estado disperso, haciendo que el lodo cambie de espeso a fino, reduciendo la viscosidad y la fuerza de corte del lodo, con lo que mejorando enormemente el rendimiento del lodo.
2. Reducir la pérdida de agua
La cantidad de agua perdida en el lodo depende principalmente de la calidad de la piel del lodo, y la calidad de la piel del lodo depende del tamaño de partícula adecuado. Distribución de las partículas de arcilla en el lodo. Garantizar una distribución adecuada del tamaño de las partículas de arcilla depende de la estabilidad de agregación de las partículas de arcilla en el lodo. Los agentes reductores de la pérdida de agua, como la carboximetilcelulosa sódica (Na-CMC), pueden estabilizar la agregación de partículas de arcilla. Las razones principales son las siguientes:
1) Se forma una capa de solvatación por adsorción en la superficie de las partículas de arcilla. El grupo de hidratación en la cadena molecular del reductor de pérdida de fluido hidrata las moléculas del agente de tratamiento, y los grupos de adsorción en la cadena molecular del reductor de pérdida de fluido se adsorben en las partículas de arcilla, dándole a la arcilla una capa de hidratación adsorbida, lo que dificulta la arcilla se agrega. Se forman partículas grandes, manteniendo así la dispersión de la arcilla en múltiples etapas en el lodo. Además, las moléculas del agente de tratamiento de hidratación adsorbidas en las partículas de arcilla se atraen entre sí a través de los grupos polares en sus cadenas moleculares, formando una capa de hidratación por adsorción estructural (también llamada capa de solvatación estructural) alrededor de las partículas de arcilla. Esta estructura de la capa de hidratación adsorbida puede aislar partículas de arcilla individuales, evitar la agregación de partículas de arcilla y mantener la dispersión en múltiples niveles de las partículas de arcilla del lodo porque las moléculas del propio agente de tratamiento absorben parte del agua libre en el lodo; Se reduce el agua libre en el lodo, manteniendo la dispersión multinivel de la arcilla en el lodo. La capa de hidratación adsorbida alrededor de la arcilla puede deformar y bloquear los poros entre las partículas de arcilla, haciendo así que la estructura de la piel del lodo sea densa, con menos poros y baja permeabilidad, reduciendo así la pérdida de agua del lodo.
2) El efecto protector de los polímeros. Cuando la concentración del polímero alcanza un cierto valor, no solo cada molécula de polímero está unida a algunas partículas de arcilla, sino que también cada cadena macromolecular unida a las partículas de arcilla está unida por las partículas de arcilla, formando una red de estructura mixta que cubre todo el sistema. . Las partículas de arcilla en esta red estructural híbrida no son propensas a unirse ni asentarse. Cuando la dosis de agentes de tratamiento como CMC es pequeña, no estabilizará el lodo, pero reducirá la estabilidad de agregación del lodo. Esto se debe a que la concentración de macromoléculas del agente de tratamiento en el lodo es demasiado baja para formar una gran red de estructura mixta. Esta adición de una pequeña cantidad de compuestos poliméricos provoca inestabilidad, lo que en la química del lodo se denomina floculación.
3) Los aditivos orgánicos para la pérdida de fluidos son todos polímeros lineales, que pueden aumentar la viscosidad líquida del lodo y reducir la pérdida de agua del lodo.
4) Algunos reductores de pérdida de fluidos también pueden formar precipitados finos con algunos iones en el lodo, bloqueando los poros de la piel del lodo formados por el lodo, reduciendo la permeabilidad de la piel del lodo y reduciendo la pérdida de agua del lodo.
3. Floculación
Para reducir o eliminar la fase sólida inútil (o impurezas) en el lodo, se pueden agregar floculantes poliméricos para flocular estos recortes de perforación. Los recortes de perforación floculados se vuelven gruesos y luego son eliminados por el sistema de sedimentación de lodo superficial o el sistema de control de fase sólida para mantener la fase sólida baja del lodo o controlar la formación natural de lodo durante el proceso de perforación. Este efecto lo tienen floculantes como la poliacrilamida hidrolizada.
Espesamiento
El espesamiento tiene como objetivo principal aumentar la viscosidad y la fuerza de corte del lodo, especialmente lodo con bajo contenido de sólidos o lodo sin sólidos, para mejorar su capacidad para suspender y transportar recortes de perforación. , y también ayuda a prevenir pequeñas fugas. Los espesantes orgánicos son principalmente compuestos poliméricos, como pegamento polimérico, CMC de alta viscosidad, alto grado de polimerización, alto grado de hidrólisis, poliacrilamida, etc. El espesamiento se logra aprovechando su propiedad de formar una estructura de red entre largas cadenas moleculares. El uso de espesantes poliméricos a menudo también tiene el efecto de reducir la pérdida de agua.
5. Inhibir la hidratación del esquisto.
Inhibe principalmente la hidratación, expansión, contracción y pulpa de formaciones que contienen arcilla, y también desempeña un papel en la estabilización de las paredes del pozo y previene el colapso de dichas formaciones. Además de los lodos de tratamiento de calcio, lodos de salmuera y lodos de silicato de sodio mencionados anteriormente, también se pueden utilizar agentes de tratamiento orgánicos tales como asfalto sulfonado, lignosulfonato de potasio y humato de potasio.
6. Emulsificación
Al preparar lodo emulsionado de aceite en agua o lodo demulsificado de agua en aceite, se requiere un emulsionante. Además de algunos tensioactivos especiales, muchos agentes orgánicos para el tratamiento de lodos también tienen un efecto emulsionante. Como humato de sodio, lignosulfonato de hierro y cromo, etc. Puede utilizarse como emulsionante de aceite en agua.
7. Efectos espumantes y antiespumantes
Para preparar un lodo ligero con espuma aireada, es necesario agregar un agente espumante que se adsorbe en la interfaz aire-líquido. Las burbujas son uniformes y se dispersan de forma estable en el barro. Muchos tensioactivos y algunos tratamientos de lodo orgánico tienen propiedades espumantes. Por el contrario, para eliminar las burbujas de aire del barro se deben añadir agentes antiespumantes. El agente antiespumante puede entrar en la película de burbujas y desplazar el estabilizador de espuma de la capa de adsorción en la interfaz de fase, provocando que las burbujas se fusionen o desaparezcan, logrando así el propósito de desespumar. Los agentes antiespumantes incluyen alcoholes superiores, estearato de aluminio, etc.
8. Lubricación antifricción, efectos antiagarrotamiento y antiagarrotamiento
Agregar asfalto de tall oil sulfonado y aceite disuelto saponificado al lodo puede mejorar el rendimiento de lubricación del lodo o Reduzca la viscosidad de la piel del lodo y el lodo, evite y reduzca el atasco de la broca, lubrique las herramientas de perforación y sea beneficioso para las altas velocidades de rotación.
9. Otras funciones
Agregar desoxidante puede inhibir la corrosión de las tuberías de perforación y herramientas de perforación. Agregar paraformaldehído y pentaclorofenato de sodio puede prevenir la fermentación de los agentes de tratamiento de polisacáridos en el lodo. , resiste la sal, el calcio y las altas temperaturas.
(4) Sentido común sobre los agentes de tratamiento orgánicos
Existen muchos tipos de agentes de tratamiento orgánicos con estructuras muy complejas. Algunos de sus mecanismos de acción aún no han sido dilucidados. Aquí solo presentamos algunas cosas de sentido común para su referencia en uso.
1. Carboximetilcelulosa sódica
La carboximetilcelulosa sódica (Na-CMC) es una sustancia blanca en polvo o fibrosa, inodora, insípida y no tóxica. Fácilmente soluble en agua, la solución acuosa es neutra o débilmente alcalina. Actualmente es el aditivo de pérdida de fluidos de lodo más utilizado y más eficaz. Hay tres productos: alta viscosidad, media viscosidad y baja viscosidad. Además de usarse como agente de tratamiento de lodos, también se usa ampliamente en industrias como la de impresión y teñido, medicina, explosivos, detergentes sintéticos y fabricación de papel. Cuando se usa para tratar lodo, el CMC de alta viscosidad es adecuado como agente de suspensión para lodos con baja fase sólida, el CMC de viscosidad media es adecuado para reducir la pérdida general de agua del lodo y el CMC de baja viscosidad es adecuado para aumentar la pérdida de agua del lodo.
El efecto del Na-CMC sobre el lodo es la ionización e hidratación del grupo carboxi de sodio en su estructura molecular, lo que puede aportar una buena película de hidratación a las partículas de arcilla y aumentar el potencial eléctrico de las partículas de arcilla. , es decir, aumenta la fuerza de repulsión entre las partículas de arcilla, lo que resulta en la dispersión y estabilización de las partículas de arcilla. Al mismo tiempo, debido a la fuerte hidratación del Na-CMC, el agua libre en el lodo se reduce y la piel de lodo formada es densa, lo que resulta beneficioso para reducir la pérdida de agua del lodo.
Si solo se utiliza Na-CMC como agente de pérdida de fluido del lodo, el valor de pH del lodo debe ser superior a 8,5 y se debe seleccionar Na-CMC con viscosidad media y baja. Si se utiliza lodo con baja fase sólida para aumentar la viscosidad, el valor de pH del lodo debe ser igual a 7 y se debe seleccionar Na-CMC de alta viscosidad. Sin embargo, en una solución acuosa alcalina, la cadena molecular de Na-CMC se romperá y la viscosidad del lodo disminuirá. Es decir, cuando la alcalinidad del lodo es fuerte, el efecto de aumento de la viscosidad del Na-CMC no es obvio. . A altas temperaturas, el Na-CMC se oxida fácilmente, lo que provoca que sus cadenas moleculares se rompan y degraden, y se volverá ineficaz debido a la fermentación.
Por lo tanto, la resistencia a la temperatura del Na-CMC no es lo suficientemente alta y solo se puede utilizar cuando la temperatura del pozo es inferior a 130 ~ 140 ℃ (equivalente a la temperatura de un pozo de 3500 m de profundidad).
Debido a que las sales de metales alcalinos (Na, K) y alcalinotérreos (Ca, Mg) de la carboximetilcelulosa son solubles en agua, el Na-CMC se puede utilizar en lechadas de agua salada y lechadas de tratamiento de calcio ordinarias. Cuando se produce invasión de cemento y sal en el lodo, se puede utilizar Na-CMC para reducir la pérdida de agua del lodo. Sin embargo, cuando el contenido de sal del lodo alcanza más del 5%, el efecto reductor de la pérdida de agua del Na-CMC se reducirá y será necesario aumentar su dosis para lograr el propósito de reducir la pérdida de agua.
El Na-CMC puede aumentar la compacidad de la piel de lodo, por lo que también puede inhibir la expansión por hidratación de la lutita de lodo y estabilizar la pared de los poros. Debido a su estructura anfifílica, también tiene un efecto de emulsificación estable en lechadas mezcladas con aceite. Dado que el Na-CMC puede adsorberse en la superficie del metal, puede reducir el efecto de corrosión de la lechada en los suministros metálicos. Excepto en el caso de altas temperaturas, la suspensión de Na-CMC no fermentará ni formará espuma en circunstancias normales.
Cuando la cantidad de Na-CMC agregada al lodo es demasiado pequeña, la distancia entre las cadenas moleculares es demasiado grande para formar una estructura de red, lo que fácilmente conducirá a la floculación de partículas de arcilla y aumentará la Pérdida de agua del lodo. Por lo tanto, cuando se utiliza Na-CMC para tratar el lodo, su dosis debe ser superior a 600×10-6 ~ 1000×10-6.
En términos generales, cuando se utiliza Na-CMC para reducir la pérdida de agua en lodos de agua dulce, su cantidad agregada es inferior al 0,5 % de la calidad del lodo. Cuando se usa para reducir la pérdida de agua en lodos tratados con calcio o lechadas de sal, se debe aumentar su dosis. Cuando se usa para tratar lechadas de sal saturadas, su dosis debe ser tan alta como 2% ~ 5%.
Cuando se utiliza Na-CMC en perforación geológica, generalmente se prepara previamente en una solución acuosa de Na-CMC del 2% al 3%.
2. Lignosulfonato de hierro-cromo (sal de hierro-cromo para abreviar)
El lignosulfonato de hierro-cromo es una sustancia en polvo de color marrón oscuro que es soluble en agua alcalina y media y ácida. solución acuosa, y su solución acuosa es débilmente ácida. Este es un diluyente de barro.
Las moléculas de las sales de ferrocromo varían en tamaño, pero la parte principal es un compuesto polimérico. El hierro [Fe+2 y Cr (Cr+2)] en las sales de ferrocromo puede combinarse con dos o tres grupos polares en la molécula de ácido lignosulfónico al mismo tiempo para formar un complejo interno con alta estabilidad. Después de adsorberse con partículas de arcilla, rompe la estructura de red del lodo y reduce la viscosidad y la fuerza de corte del lodo, diluyendo así eficazmente el lodo y reduciendo la pérdida de agua del lodo. Debido a su larga cadena molecular, puede inhibir la expansión por hidratación de la roca arcillosa y estabilizar la pared de los poros. Debido a su estructura anfifílica, también puede emulsionarse en barro.
Debido a la débil acidez de la sal de ferrocromo, añadir una gran cantidad reducirá el valor del pH del lodo. Por lo tanto, se debe agregar soda cáustica para ajustar el valor del pH del lodo a 9 ~ 10. Cuando el valor del pH es demasiado bajo, las impurezas como el azúcar en la sal de ferrocromo se fermentan y descomponen fácilmente, lo que hace que el lodo forme espuma. Debido a que la soda cáustica no se puede mezclar ni entrar en contacto directo con sales de ferrocromo, no se debe agregar junto con las sales de ferrocromo al agregar álcali, sino que se debe agregar sola al lodo.
La sal de ferocromo se utiliza generalmente como diluyente para lechadas de sal y lechadas de tratamiento de calcio debido a su fuerte resistencia a la sal y al calcio y a su alta estabilidad térmica.
La cantidad de sal de hierro y cromo agregada al lodo es del 0,1% al 1% para la lechada de agua ligera y del 5% para la lechada de agua salada. Se puede agregar polvo directamente al lodo o se puede agregar una solución acuosa con una concentración del 10% al 20%.
Para mejorar el efecto de dilución y reducción de la pérdida de agua de este tipo de agente de tratamiento, se pueden utilizar sales de hierro cromo y ácido húmico de cromo para tratar el lodo.
3. Poliacrilamida
La poliacrilamida (PAM) es un polvo o sólido cristalino insípido e inodoro, que es un polímero no iónico lineal. La mayoría de los productos actuales son coloides transparentes con una concentración del 7% al 8%. Su peso molecular promedio puede variar desde decenas de miles hasta millones o incluso decenas de millones. Los productos actuales incluyen 50.000~70.000, 700.000~654,38+0,5 millones, 654,38+0,5 millones~3 millones, 3 millones~5 millones y 5 millones~8 millones.
La poliacrilamida es soluble en agua, pero la velocidad de disolución es lenta cuando el peso molecular es grande. Es miscible con la mayoría de las sustancias solubles en agua, incluidas las sales, y es rápidamente miscible con una variedad de sustancias tensioactivas.
En solución de sosa cáustica, la poliacrilamida (PAM) se puede hidrolizar en poliacrilamida hidrolizada (HPAM o PHP).
El método de hidrólisis puede ser a alta temperatura (90 ~ 100 ℃) o temperatura normal (20 ~ 30 ℃).
La hidrólisis a alta temperatura es más rápida, generalmente sólo de 3 a 4 horas, mientras que la hidrólisis a temperatura normal suele tardar varios días. Agitar durante la hidrólisis. Durante la hidrólisis a alta temperatura, el PAM se puede agitar y disolver a 50 °C y luego se puede agregar soda cáustica.
Debido a la influencia de las condiciones de hidrólisis, el grado real de hidrólisis a menudo es inconsistente con el grado teórico de hidrólisis. Especialmente cuando el grado teórico de hidrólisis es superior al 40% ~ 60%, esta diferencia es aún mayor. En otras palabras, el grado real de hidrólisis es mucho menor que el grado teórico de hidrólisis. Por lo tanto, es mejor medir el grado real de hidrólisis del PHP después de la hidrólisis antes de que pueda ponerse en uso.
La poliacrilamida que no esté hidrolizada o tenga un bajo grado de hidrólisis se puede utilizar como floculante completo para lodos. Cuando su dosis es de 10×10-6 ~ 50×10-6, puede lograr el propósito de flocular o agregar recortes de perforación en el lodo. PHP con un grado de hidrólisis del 30% tiene el mejor efecto de floculación y la dosis es de 50 × 10-6 ~ 300 × 10-6. PHP con un grado de hidrólisis superior al 60% al 80% puede aumentar la viscosidad del lodo, reducir la pérdida de agua y tiene un efecto de floculación. El PHP que ha sido completamente hidrolizado se ha convertido en poliacrilato de sodio, que solo puede usarse como lodo para reducir la pérdida de agua y aumentar la viscosidad, pero no puede funcionar como floculante.
El efecto de floculación de PHP es deficiente cuando el peso molecular es inferior a 300.000, y el efecto de floculación es bueno cuando el peso molecular está entre 500.000 y 5 millones cuando el peso molecular supera los 5 millones, por un lado. Por un lado, es difícil de disolver en agua y, por otro lado, es fácil de rizar, lo que afecta "construye puentes", afectando así el efecto de floculación.
El efecto de hidrólisis de PHP es demasiado grande, es decir, hay muy pocos grupos de adsorción y demasiados grupos de hidratación, por lo que hay menos partículas de arcilla adsorbidas por PHP. Aunque las cadenas moleculares están bien estiradas, no pueden "unir" suavemente la floculación y sólo pueden ayudar a aumentar la viscosidad del lodo y reducir la pérdida de agua.
En soluciones o lodos, la cantidad de PHP también tiene un gran impacto en el rendimiento del lodo. Una dosis demasiado pequeña no favorece la "formación de puentes" y la floculación; si se usa demasiada, la superficie de las partículas de arcilla quedará cubierta por polímero, lo que también afectará la "formación de puentes". En este momento se producirá solvatación entre los polímeros, lo que protegerá y estabilizará las partículas de arcilla, lo que ayudará a reducir la pérdida de agua y aumentar la viscosidad.
Al tratar lodo con PHP, el valor de pH del lodo debe estar entre 7-9. Si el valor del pH es demasiado pequeño, el grupo carboxilo de sodio (-COONa) se convertirá en un grupo carboxilo (-COOH), lo que debilitará el efecto de hidratación y curvará la cadena molecular, lo que no favorece la floculación. Cuando el valor de pH es demasiado alto, PHP continuará hidrolizándose y el grupo amida seguirá disminuyendo, lo que también afectará el efecto de floculación.
PHP tiene buena resistencia a la temperatura y cierta resistencia a la sal y al calcio. Cuando los iones de calcio en el lodo superan los 200 × 10-6, se debe agregar carbonato de sodio con anticipación para eliminar el calcio. Sin embargo, la presencia de una pequeña cantidad de iones de calcio es beneficiosa para la floculación de las partículas de arcilla. Es decir, la combinación de floculantes inorgánicos y floculantes orgánicos puede lograr un mejor efecto de floculación.
El PHP se puede adsorber directamente en la superficie de la pared de los poros de las formaciones sensibles al agua, lo que es útil para prevenir la expansión por hidratación de las formaciones sensibles al agua, es decir, para evitar el colapso y estabilizar las paredes de los poros. Por lo tanto, una solución acuosa de PHP (no lodo) de alta concentración (400 × 10-6 ~ 700 × 10-6 o más) también puede desempeñar un papel en la prevención del colapso. Además, cuando se trata lodo con PHP, también puede aumentar el efecto lubricante del lodo (especialmente cuando la dosis es grande).
Además de usarse como floculante de lodos, el PHP con un alto grado de hidrólisis también se usa para reducir la pérdida de agua y aumentar la viscosidad del lodo. La poliacrilamida también se utiliza en la perforación y taponamiento de pozos.
Los tipos comunes de agentes de tratamiento de lodos orgánicos se muestran en la Tabla 2-2.
Tabla 2-2 Tipos de agentes de tratamiento orgánico de lodos
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(5) Aditivos de materiales inertes
Materiales inertes de lodos Aditivos, es decir, los materiales orgánicos o inorgánicos que no reaccionan químicamente para tratar el lodo, pueden desempeñar un papel en el pesaje (aumento de la densidad), el aumento de la viscosidad y la lubricación del lodo, y en el taponamiento de los pozos perdidos.
1. Agente espesante de lodos
Su función principal es aumentar la densidad del lodo.
(1) Barita en polvo
La barita, también conocida como sulfato de bario (BaSO4), es un polvo de color blanco puro que se vuelve verde o gris cuando contiene impurezas. A temperatura normal, su densidad es de 4,3 ~ 4,6 g/cm3 y su dureza es de 2,5 ~ 3,5. La finura del polvo de barita utilizado en el lodo requiere que el 99,9% pase por un tamiz de malla 200 (74μm). La barita es ligeramente tóxica, insoluble en agua, disolventes orgánicos, ácidos o álcalis y sólo soluble en ácido sulfúrico concentrado. La barita es el mejor material de ponderación de lodo disponible.
(2) Otros materiales de ponderación
Polvo de piedra caliza (densidad 2,2 ~ 2,9 g/cm3), polvo de galena (densidad 7,5 ~ 7,6 g/cm3), polvo de magnetita (densidad 4,9 ~ 5,9 g/cm3), polvo de carbonato de bario (densidad 4,28 ~ 4,35 g/cm3), etc.
2. Materiales de obturación de fugas de lodo
Para evitar fugas de perforación o bloquear los orificios de perforación, se pueden agregar al lodo materiales de obstrucción de fugas fibrosos, escamosos y granulares para tapar la fuga. La forma del material de fuga debe seleccionarse en función del tamaño y la forma del canal de fuga perforado. Su tamaño varía desde decenas de micrones hasta decenas de milímetros, y la cantidad añadida varía desde unos pocos por ciento hasta decenas de por ciento. También hay materiales expandibles que impiden fugas. Las especificaciones y formas de varios materiales para detener fugas se muestran en la Tabla 2-3.
Tabla 2-3 Especificaciones y formas de los materiales de obturación
3. Adhesivo inerte inorgánico
El polvo de bentonita se puede utilizar como adhesivo para mejorar el agua dulce o el agua. viscosidad de la lechada de agua salada, pero no puede controlar la pérdida de agua. Puede aumentar la capacidad de transporte de arena y la capacidad de suspensión del lodo. Tiene las características de resistencia al calcio, resistencia a altas temperaturas y estabilidad en un amplio rango de valores de pH. Según las necesidades del lodo para aumentar la viscosidad, la dosificación oscila entre el 0,5% y el 3%.
4. Materiales lubricantes inorgánicos
Después de agregar lodo, el coeficiente de fricción del lodo se puede reducir y el rendimiento de lubricación del lodo se puede mejorar sin afectar otras propiedades del lodo. como disulfuro de molibdeno, grafito, etc.
(1) Disulfuro de molibdeno
El disulfuro de molibdeno es un polvo blanco plateado o gris claro con una densidad de 4,8 ~ 5 g/cm3 y una dureza Mohs de 1 ~ 1,5. Es un material no magnético pero tiene una gran afinidad por los metales. Tiene buena lubricidad en el rango de temperatura de 68 ~ 400 ℃, y el coeficiente de fricción suele ser de 0,05 ~ 0,09, y dentro de un cierto rango, cuanto mayor es la carga, menor es el coeficiente de fricción. Tiene una fuerte estabilidad química y es insoluble en agua, aceite, alcohol y grasas, pero sólo el ácido nítrico y una solución acuosa alcalina con un pH superior a 10 o un oxidante fuerte pueden oxidarlo a ácido molíbdico.
Agregar 0,2% de disulfuro de molibdeno al lodo puede reducir la fricción sin afectar otras propiedades del lodo.
(2) Polvo de grafito
La composición química es carbono, densidad 2,2 g/cm3, dureza Mohs 1 ~ 2, coeficiente de fricción 0,15 ~ 0,20, buena estabilidad química, agregue barro. La cantidad está entre 0,1% y 0,3%.