不同剪切作用下CMC水溶液的微观结构研究.pdf

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1、第31卷第1期Vo1．3lNo．12012年1月Jan．2012不同剪切作用下CMC水溶液的微观结构研究韩时a(1．中【国地质大学a．研究生院Ib．工程学院；C．岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，武汉430074；GC2．中国地质大学地3质超深钻探技术国家专业实验室，北京100083；3．中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222)OOg张∞摘要：针对聚合物钻井范液重要组分之一的羧甲基纤维素钠盐(CMC)，考虑钻井液在井底钻头与环空处所受的不同剪切作用，凌地．S测试了其水溶液在相¨应'近甬1似刀剪切作用(分别为600，6000r／rain)下的

2、流变，并结合冷冻干燥方法，利用扫描电子显微镜观测了这两种剪切作用后CMkC水溶液相应的微观结构。结果表明高速剪切作用使CMC水溶液的空间网络骨架拉伸变细，甚至破坏，溶液质e黏度有所降低，流动性，增大k。，这样，热量更容易通过这些网络骨架，使充填其中的小分子物质以热传导、对流传热等方式传递到钻蒋胡科屑表面，分解钻屑表面国的水代合物。水合物分解产生的气体和水则以分子扩散的形式向内向外进行传质，但会受到钻井液微观骨架技结构和其中填充物质盛的阻碍平。h，关键词：剪切速率1；CMC水溶液；微观结构；扫描电子显微镜；水合物；传热传质情。，辜中图分类号：P634．6

3、文献标志码：A文章编号：1000—7849(2012)01—0122—05报y宁幕n伏丹钻井形成和钻井I龙液侵1入水合物地层会导致井壁速率对微观结构的影响，讨论宏观流变性与微观结bCm周围地层压力和温度C的变化，从而引起地层中天然构之间的关联，并探讨由此引起的微观结构传质传O气水合物的分解，其分解所产生的水和气体使孔隙热特性的变化，为进一步探讨钻井液微观结构对水n¨刘压力增大l1]，同时也使地层岩石有效应力降低，而地合物分解传质传热的影响奠定实验基础。层中含水量的增加会a使地层颗粒间的联系减弱，这些都不利于井壁的稳C定；与此同时，水合物分解所产1实验生

4、的水和气体进入环空钻井液中，引起其性能的改变，而随着环空中钻井液温度和压力条件的变化，在1．1仪器与试剂适当的条件下这些水合物分解产生的水和气体又可仪器：VEGAIIIMU型扫描电子显微镜(TES—能重新形成水合物而造成环空堵塞，进而对钻井过CANa．s．公司生产)；冷冻干燥机(中国石油勘探开程产生不利影响。发研究院自行研制)；ZNN-D6S型六速旋转黏度计钻井液在钻头、环空处受到不同速率的剪切，使(青岛海通达专用仪器厂生产)；OJ一2S型高速搅拌得钻井液各组分相互作用形成的微观结构发生变机(转速为4000～1l000r／min，青岛海通达专业化，这些

5、微观结构的变化直接影响到钻井液的传质仪器厂生产)；烧杯；电子称。传热特性_2]，进而对环空中水合物的分解与再形成试剂：羧甲基纤维素钠盐CMC(黏度为800～也产生影响。因此，为分析钻井液中水合物分解传1200MPa·S，上海山浦化工有限公司生产)，蒸馏质传热特性，就需要针对钻井液微观结构加以研究。水(市售)。由于多组分钻井液微观结构非常复杂，因此，本1．2微观实验步骤文主要研究聚合物钻井液重要组分之一的羧甲基纤钻井液微观结构观测过程如下l_5]：①配制质量维素钠盐(CMC)，考虑钻井过程中钻井液在环空与浓度为5g／I的CMC溶液，充分水化后，搅拌lO井

6、底钻头处所受的不同速率的剪切作用，结合冷冻min；②用微量注射器或滴管移取少许聚合物钻井干燥技术，利用扫描电子显微镜]，分析不同剪切液至新解理的云母片上，而后立即放入液氮中冷冻，收稿日期：2011—06—12编辑：杨勇基金项目：国家自然科学基金项目(50904053)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(CUGL090217)；科学钻探国家专业实验室开放课题资助项目(NLSD200901)作者简介：韩博(1984一)，男，现正攻读地质工程专业硕士学位，主要从事天然气勘探、钻机开发研究。E—mail：hanbo1984@126．COm通信作者：张凌(19

7、78一)，男，副教授，主要从事天然气水合物勘探开发研究。E—mail：flyzlingfly@163．tom第1期韩博等：不同剪切作用下CMC水溶液的微观结构研究～5min30min冷冻3；③样品冻透后，立即送人冷冻干燥拌，然后用六速旋转黏度计测量黏度，之后机中进行冷冻干燥，样品冷冻干燥时间需要达到36再以6000r／min的速度搅拌10min，用六速旋转黏h以上；④将冷冻干燥好的样品取出并立即镀金膜，度计测量黏度。所测的实验数据如表1所示。以供扫描电镜分析；⑤放人扫描电子显微镜的载物表1不同剪切速率下CMC水溶液流变性数据一。j室进行观测分析。Tab

8、le1TherheologicaldataofCMCsolutionatthe1．3流变性能实