高温对造浆黏土性能的影响

游戏攻略05

高温对造浆黏土性能的影响,第1张

高温对造浆黏土性能的影响
导读:211 钻井液中黏土粒子的高温分散作用钻井液中的黏土粒子在高温作用下,自动分散的现象称为黏土粒子的高温分散作用。实验发现水基膨润土悬浮体经高温后膨润土粒子分散度增加,比表面增大,粒子浓度增多,表观黏度和切力(静、动切力)亦随之变大。同时实验

211 钻井液中黏土粒子的高温分散作用

钻井液中的黏土粒子在高温作用下,自动分散的现象称为黏土粒子的高温分散作用。实验发现水基膨润土悬浮体经高温后膨润土粒子分散度增加,比表面增大,粒子浓度增多,表观黏度和切力(静、动切力)亦随之变大。同时实验还发现黏土粒子的高温分散能力与其水化分散能力相对应,即钠膨润土>钙膨润土>高岭土>海泡石。而任何黏土在油中的悬浮体都未见到高温分散现象。因此,可以认为,钻井液中黏土的高温分散本质上仍然是水化分散,高温只不过激化了这种作用而已。

2111 高温促进黏土水化分散的原因

高温加剧了钻井液中各种粒子的热运动,可能导致以下结果:

1)高温增强了水分子渗入未分散的黏土粒子晶层表面的能力,从而促使原来未被水化的晶层表面水化和膨胀。

2)随着水分子渗入晶层内表面,则、OH-、Na+等有利于黏土表面水化的离子随之进入,增强原来被水化表面的水化能力,促进了进一步的水化分散。因此,随着高温分散的发生,钻井液中、OH-含量及钻井液pH值都下降。

3)高温不影响黏土的晶格取代,但却促进了八面体中Al的离解(pH值愈高促进离解作用愈大),使黏土所带负电荷增加,同时补偿了因高温而解吸的阴离子,促进黏土粒子ζ电位的增加,从而有利于渗透水化分散。

4)高温使黏土矿物晶格中片状微粒热运动加剧,从而增强了水化膨胀后的片状粒子彼此分离的能力。

2112 影响高温分散的因素

由于高温分散的实质是水化分散,所以凡有利于黏土水化分散的因素都有利高温分散,反之亦然。

1)黏土种类是高温水化分散的决定因素。依其水化能力,钠膨润土高温分散能力强而高岭土则弱。

2)所经受的温度愈高,作用时间愈长,黏土高温分散愈强,但有一定限度。

3)介质的化学环境为分散者,则对高温分散有利,反之则不利。如、OH-有利于黏土水化分散,故pH值高,分散作用强,且随之钻井液pH值下降,这对高岭土更为明显。

无机高价正离子如Ca2+、A13+、Fe3+、Cr3+等的存在不利于黏土水化,也不利于黏土高温分散,亦则无机高价正离子对黏土的高温分散有一定的抑制作用,其作用大小与正离子价数和浓度有关。

由于高温分散是黏土本性及介质环境特征在高温下的表现,故在任何黏土中都能发生这种作用而与钻井液中黏土与含量没有直接关系。高温分散还是一个不可逆的永久性变化。

2113 高温分散作用对钻井液性能的影响

高温分散使钻井液中黏土粒子浓度增加,因此,对钻井液高温下的性能和热稳定性都有影响。而对流变性的影响最大,且其影响都是不可逆的。

(1)对高温下流变性的影响

假若黏土粒子为温度惰性的固体粒子,则其悬浮体(称为理想悬浮体)的黏度随温度升高而按正常规律下降(图21中的曲线1),但由于黏土的高温分散作用使钻井液中黏土粒子浓度增加,则使钻井液的视黏度和静、动切力值都高于对应温度下的“正常黏度”(图21中的曲线2和3)。若这些因素对黏度影响增值大于升温引起理想悬浮体黏度下降的数值,则可能导致钻井液高温下的黏度高于低温黏度的现象。如果升温后再逐渐降低温度,则可发现降温时的黏温曲线总比升温时要高,如图21中曲线2和4所示。这表明黏土颗粒的高温分散是一种不可逆的变化。若黏土含量越高,高温分散作用越强,则两条曲线偏离越远。

图21 高温分散对钻井液表观黏度与温度关系曲线的影响

由于黏土粒子的高温分散作用是不可逆的,故钻井液的黏度与温度的关系中的降温曲线总比升温曲线高。其高差程度则由钻井液中黏土粒子高温分散作用的强弱和黏土的含量多少所决定。若高温分散作用强,黏土含量高,则高差大,反之则小。

钻井液高温增稠的原因比较复杂,若排除处理剂等外加组分的高温变性所引起的增稠,则研究黏土的因素,其主要原因是黏土高温分散增加了钻井液中黏土粒子的浓度。因此,由高温分散引起的钻井液严重增稠,用稀释剂如NaT、FCLS、NaC、SMT、SMC等一般不能有效降黏,有时反而使钻井液增稠,唯有大量稀释或利用无机絮凝剂降低黏土分散度才能加以解决。

显然,凡是影响黏土高温分散的因素必然同样会影响钻井液高温增稠,但是高温分散对钻井液增稠的实际效果却与钻井液中黏土的含量有很大关系,在其他条件相同时,钻井液中黏土愈多则高温后钻井液黏土粒子浓度的绝对值增加愈多,使钻井液黏度类似指数关系急剧上升。当黏土的含量大到某一数值时,则钻井液高温作用后丧失流动性形成凝胶即产生了高温胶凝。因此,可以说钻井液的高温胶凝是钻井液高温增稠在钻井液中黏土含量大到某一数值以后的极限形式。

(2)对热稳定性的影响

凡高温胶凝的钻井液,必然丧失其热稳定性,性能破坏。在使用中可表现为钻井液井口性能不稳定,黏、切上升很快,处理频繁,处理剂用量大。而且每次起下钻后钻井液黏度、切力都会有明显增加。因此,防止钻井液高温胶凝及严重增稠是保持钻井液热稳定性的重要问题。多年的实践证明,这是深井钻井液工艺中最常见、最普遍、最麻烦又最重要事(特别是对于加重钻井液)。

显然,防止钻井液高温胶凝而获得较好的热稳定性应有两条途径:其一是使用抗高温处理剂有效地抑制和减少黏土粒子的高温分散,这是问题的本质。但是要彻底消除黏土的高温分散比较困难。因此,其二是必须把钻井液中的黏土含量控制在某一“量限”以下。凡钻井液中黏土含量大于此量限,则钻井液发生高温胶凝,而低于此量限则钻井液只发生高温增稠而不至于胶凝,低得愈多,钻井液高温增稠作用愈小。可以说任一水基钻井液体系,在某一高温下都有对应的黏土“量限”。它可以简单理解为“在某一温度下,钻井液体系发生高温胶凝所需的最低土量”。显然它与钻井液中黏土类型,处理剂效能及含量,介质化学环境,经受温度高低及作用时间长短等因素有关。因此,不可能存在一个适用于所有钻井液体系的“黏土量限”,从理论上也不可能计算出它的大小。但它却是一个保证钻井液热稳定性的重要概念,而且对于具体的钻井液体系都可用实验求出黏土量限。例如在铬体系的膨润土钻井液中,180~200℃的膨润土量量限为7%左右。因此,应把它作为钻井液体系使用和控制的重要指标。即在使用时钻井液中黏土的实际含量必须严格地控制在其量限以内,而且在一定范围内愈低愈好。

对此概念国内外在使用抗温水基钻井液时都十分重视,不过国外更多地重视了钻井液中膨润土的含量(用MBT值测定)。这是因为膨润土高温分散作用强而影响大的缘故。但是我们认为不管钻井液中的黏土类型如何都存在一个和使用温度及钻井液体系相应的黏土“高温容量限”。只不过随土的类型不同,其量限大小和求法不同而已。而它对于钻井液热稳定性的重要性却是完全相同的。高温分散作用对于钻井液的HTHP滤失量及热稳定性一般没有不良影响。

2114 预防黏土过度高温分散的措施

根据对黏土高温分散作用的机理及其客观影响因素的分析和归纳,我们可以针对性地选择有益于控制黏土高温分散作用的添加剂和钻井液材料来预防超深孔钻井液体系中高温凝胶现象的发生。

目前有两项措施可有效地预防高温胶凝的发生,一是使用抗高温处理剂抑制高温分散,二是将钻井液中的黏土(特别是膨润土)含量控制在其容量限以下。已有的实验表明,只有当钻井液体系中的黏土含量超过了容量上限时,才有发生高温胶凝的可能;而低于此容量上限时,钻井液只发生高温增稠,但不会发生胶凝。对于某一给定的钻井液体系,其黏土的容量限可通过室内实验确定。因此,对于高温深井水基钻井液,在使用中必须将黏土的实际含量严格控制在其容量限以内。

212 钻井液中黏土粒子的高温聚结作用

高温加剧水分子的热运动,从而降低了水分子在黏土表面或离子极性基团周围定向的趋势,即减弱了它们的水化能力。高温降低水化粒子及水化基团的水化能力,减薄其水化膜的作用称为高温去水作用。同时温度升高,一般可促进处理剂在黏土表面的解吸附,这种作用可称为处理剂在黏土表面的高温解吸。高温也引起黏土胶粒碰撞频率增加。以上三种因素的综合结果使黏土粒子的聚结稳定性下降,从而产生程度不同的聚结现象。根据经典胶体化学理论,高温的这种作用一般只引起体系聚结稳定性的局部降低。虽然对钻井液性能有严重影响,但一般还未达到使体系凝结或絮凝的程度,只达到所谓隐匿凝结阶段,我们特称这种现象为钻井液中黏土粒子的高温聚结作用。影响此种作用的因素有:黏土表面的水化能力,温度高低,钻井液中的电解质浓度和种类,处理剂和用量,黏土粒子的分散度和浓度等。

由于高温去水化和解吸作用随温度可逆变此。故钻井液中黏土粒子的高温聚结作用和由它引起的钻井液性能的变化也可能随温度而可逆变化。高温凝结作用主要指已经高度分散的粒子由高温作用降低分散度的趋势,它与黏土粒子的高温分散作用是相反而并存的。显然高温聚结对钻井液性能的影响是复杂的,它有随温度可逆的一面,也有不随温度可逆的一面。而且它与钻井液中黏土粒子的高温分散作用同时发生,再加上土量多少的影响,使它们对钻井液性能的综合影响更为复杂。

显然,高温聚结作用使泥饼质量降低,所以它必然增加钻井液的HTHP滤失量。在高矿化度钻井液中更是如此,而且也促进高温后钻井液滤失增加,即影响钻井液造壁性的热稳定性。为保持高温下有合格的黏度,钻井液中黏土含量不能过高。也不能过低而应有一个下限,且矿化度愈高,其下限愈高。

213 钻井液中黏土粒子的高温表面钝化

2131 黏土表面高温钝化

实验发现,黏土悬浮体经高温(一般高于130℃)作用后,黏土粒子表面活性降低,我们称这种现象为黏土粒子表面高温钝化,人们可从经高温作用后的黏土粒子单位表面的

吸附量下降的结果得到证实,见表21。

表21 钻井液中黏土颗粒高温作用后单位表面吸附量下降情况

黏土表面高温钝化产生的机理目前还不十分明确,一般认为,高温下黏土晶格里Si、Al、O和钻井液中的Ca2+、OH-、Fe2+、A13+等发生类似水泥硬化的反应,生成了类似硬硅酸钙或铁铝硅酸钙那样的物质,改变了晶格表面的结构和带电情况,从而降低了表面的剩余力场和表面活性,也降低了表面的水化能力。也有人认为,高温增强了钻井液中类似黏土-石灰的反应,生成了一种类似玻特兰水泥的组分——雪硅钙石,可以设想这种反应多发生在黏土粒子的端面,因而降低了形成“卡片房子结构”的能力和所形成结构本身的强度。

2132 影响表面钝化的因素

影响表面钝化的因素首先是温度,此种作用在低温下也能进行,但温度愈高,钝化反应愈厉害。文献记载130℃以上钝化反应即可明显发生,钻井液中的Ca2+、OH-、Fe2+、A13+的含量愈大愈有利于钝化反应,而以Ca2+、OH-影响最大。钝化反应的结果必然使钻井液pH值下降。因此,石灰钻井液中的黏土粒子容易发生高温钝化作用。这是不随温度而可逆的永久性变化。主要影响钻井液的热稳定性。

2133 对钻井液性能的影响

(1)高温后减稠

黏土粒子的表面高温钝化降低了黏土粒子形成面一面、端一端“卡片房子”结构的能力以及减弱所形成的结构强度。产生了使钻井液τ0、Q降低的因素,从而影响了钻井液高温后的流变性。

假若钻井液中黏土含量降低,黏土高温分散较弱,则上述作用将导致钻井液经高温作用后τ0、Q的下降,甚至使视黏度下降。显然这是引起钻井液体系高温后减稠的另一重要因素,而由它所引起体系的高温后减稠是以τ0、Q的下降为特征。

但是,钻井液中黏土粒子的高温分散作用则同时发生,故由黏土粒子高温分散所引起的钻井液高温后τ0、Q及视黏度上升必然将抵消或部分抵消由“钝化”引起的钻井液τ0、Q下降,若这种抵消还有余剩,则体系仍出现高温后τ0、Q和视黏度的上升,即高温后增稠。

因此,在膨润土钻井液中若土量较低,高温后可见τ0、Q下降,但视黏度不一定下降。若土量较多则产生高温增稠。在劣土钻井液中若土量超过一定数值以后都观察不到高温减稠的现象。

所以从这种影响考虑,抗高温钻井液黏土含量应有一个下降,它是以钻井液不出现高温减稠为限度的。

(2)钻井液高温固化

当钻井液中黏土含量超过其高温容量限,则高温分散作用使钻井液黏土粒子度剧增到足以使钻井液胶凝的程度。在高温聚结作用形成凝胶的同时,在其凝胶的网架结构中的众多黏土粒子边,侧面的联结部位上发生水泥浆硬化似的表面钝化反应,其结果使网架结构的连接部分“固结”起来而强化,具有一定强度,从而产生高温固化。显然高温固化是钻井液中黏土粒子的高温分散、高温聚结以及高温表面钝化在黏土含量大到一定值后的综合结果,因为OH-、Ca2+含量对“钝化”反应有利。因此石灰钻井液用于深井必须严格注意控制钻井液中的黏土含量。否则将会产生钻井液高温固化成型或高温后严重减稠。换言之高黏土含量的抗温钻井液不宜采用石灰处理,而低黏土含量的抗高温钻井液用石灰处理要注意有其高温严重减稠的可能性。

高温固化破坏钻井液造壁性而使滤失量大增。防止高温固化的办法是把钻井液中黏土含量控制在上限和下限之间,其次是用处理剂有效地防止和抑制黏土粒子的高温分散、高温聚结和高温钝化。

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原神》蒙德原型是德国。

蒙德处处都充满着风,从摘星崖到蒙德城邦,从晨曦酒庄到风龙废墟,风以各种形式无处不在。蒙德临海,城邦内有几座高耸的风车,有爱喝酒的蒙德人,有风临海与美酒,似乎很明显指向荷兰,但蒙德原型源自于德国,中世纪称呼为神圣罗马帝国。

当然蒙德的原型不只限于德国,它融汇了相当多的中世纪欧洲元素,蒙德在视觉上是一个以德国文化元素为主的中世纪欧洲大杂烩的国家。

蒙德地理环境上也有与德国类似的分布

德国北部为丘陵起伏的沿海岸高燥地和黏土高地,星罗密布的沼泽与湖泊,中部为山脉和峭壁将低地与高地划分得十分明显,南部为沿大雪山的高原即山地,和德国的阿尔卑斯山下的巴伐利亚高原类似。

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