分散钻井液(2)

2025-07-12

Fe+xH2S=FeSx+xH2↑

关于腐蚀的机理,目前普遍认为是由于氢脆的发生。H2S在其水溶液中分两步电离,产生H2S、HS-、S2-以及FeSx等的存在,电离出的H+会迅速地吸附在金属表面,并进而渗入金属晶格内,转变为原子氢。当金属内有夹杂物、品格错位现象或其它缺陷时,原子氢便在这些易损部位聚结,结合成H2。由于该过程在瞬间完成,氢的体积骤然增加,于是在金属内部产生很大应力,致使强度高或硬度大的钢材突然产生晶格变形,进而变脆产生微裂缝,通常将这一过程称做\氢脆\。在拉应力和钢材残余应力的作用下,钢材上因氢脆而引起的微裂缝很容易迅速扩大,最终使钢材发生脆断破坏。

因此,一旦发现钻井液受到H2S污染,应立即进行处理,将其清除。目前一般采取的清除方法是加入适量烧碱,使钻井液的pH值保持在10以上。当pH值c =7.0时,H2S与NaOH之间的反应如下: H2S+NaOH=NaHS十H2O 当pH值=9.5时,反应为: NaHS +NaOH=Na2S十H2O

此法的优点是处理简便,但一旦钻井液的pH值降低,生成的硫化物又会重新转变为硫化氢。因此,为了使清除更为彻底,应在适当提高pH值之后,再加入适量碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]等硫化氢清除剂,其反应式为: [Zn2(OH)2CO3]+2H2S=2ZnS↓++3H2O+CO2↑

5.氧的污染

钻井液中氧的存在会加速对钻具的腐蚀,其腐蚀形式主要为坑点腐蚀和局部腐蚀。即使是极低浓度的氧也会使钻具的疲劳寿命显著降低。

钻井液中的氧主要来自大气,大气含有的氧通过泥浆池、高压泥浆枪和泥浆泵等设备在钻井液的循环过程中被混入,其中一部分氧溶解在钻井液中,直至饱和状态。试验表明,氧的含量越高,腐蚀速度则越快。如果钻井液中有H2S或CO2气体存在,氧的腐蚀速度会急剧增加。氧腐蚀的化学反应式可表示为: 4Fe+3O2=2Fe2O3

钻井液中氧的清除首先应考虑采取物理脱氧的方法,即充分利用除气器等设备,并在搅拌过程中尽量控制氧的侵入量。将钻井液的pH值维持在10以上也可在一定程度上抑制氧的腐蚀,这是由于在较强的碱性介质中,氧对金属铁产生钝化作用,在钢材表面生成一种致密的钝化膜,因而腐蚀速率降低。然而解决钻具氧腐蚀的最有效方法还是化学清除法,即选用某种除氧剂与氧发生反应,从而降低钻井液中氧的含量。常用的除氧剂有亚硫酸钠(Na2 SO3)、亚硫酸铵[(NH4)2SO3]、二氧化硫(SO2)和肼(N2H4)等,其中以使用亚硫酸钠最为普遍。

6.清除污染物所需处理剂用置的确定

在判断出进入钻井液的是何种污染物,并已决定选用何种处理剂将其清除之后,剩下的问题就是如何确定处理剂的用量。由于采取的是化学清除方法,因此确定处理剂用量的基本原则是:所用处理剂与污染物在钻井液滤液中的当量浓度应保持相等,即 [A]Va=[C]Vc

式中 [A]--处理剂浓度,mol/1;

[C]--污染物浓度,mol/l;

Va-处理剂中参加反应离子的化合价; Vc-污染物中参加反应离子的化合价。 用此方法,可以确定清除1.0mg/l各种污染物,在1m3钻井液中所需的常用处理剂的加量(见下表)。

表6-4 清除各种污染物所需处理剂的用量 污染污染离处理措施 物 子 处理剂加量/kg·m-3,mg·1-1 石膏2+或石Ca 灰 (1) 若pH值合适加Na2CO3 0.002 65 (2) 若pH值过高加0.002 75 SAPP 0.004 19 (3) 若pH值过高加NaHCO3 及(1) SAPP (2) NaHCO3 0.002 77 0.004 19 水泥2+Ca和石-OH 灰 Mg2+ 硬水 2+Ca NaOH(将pH提至10.5) 0.003 31 再加Na2CO3 0.002 65 H+、HS-调节pH>10,然后加硫化0.003 51 和S2- Zn2(OH)CO3 氢 (1) 若pH值合适加CaSO4 二氧0.002 850.001 CO32-HCO3- (2) 若pH值过低加化碳 230.001 21 Ca(OH)4 (3) Ca(OH)2


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