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1、钻采工艺2007年7月·116·DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYJuly2007油田化学硅酸钠水溶液特性研究李玉娇(塔里木油田分公司勘探开发研究院)李玉娇.硅酸钠水溶液特性研究.钻采工艺,2007,30(4):116-118摘要:利用Zetasizer3000电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪、Novasina活度仪以及SHM泥页岩水化/力学耦合模拟装置(SHM)等实验仪器,对硅酸钠水溶液特性进行了系统研究。研究结果表明,硅酸钠浓度对硅酸钠粒子的粒度分布有较
2、大影响,在3%～9%浓度范围内,浓度为7%时硅酸钠平均粒径最小;随硅酸钠模数和硅酸钠溶液pH值增加,硅酸钠粒子的Zeta电位增高;硅酸钠能大大降低泥页岩渗透率,有效阻止和减缓滤液渗透和地层压力传递;从硅酸钠溶液自身稳定性及其对岩屑分散体系稳定性影响角度考虑,其加量不宜超过7%。关键词:硅酸钠;水溶液;特性;钻井液中图分类号:TE254.3文献标识码:A文章编号:1006-768X(2007)04-0116-03硅酸钠无毒,对自然环境的影响很小;没有荧613nm;浓度为5%的硅酸钠则主要分布在40
3、0～光,不干扰荧光录井及气测录井;自身粒度分布广且600nm之间,平均粒度为525.5nm;浓度为7%的与地层矿物亲和力强,在很宽的温度范围内均可有硅酸钠的粒度主要分布在300～500nm之间,平均效封堵地层;价格低。由于具有上述优点,近年来硅粒度为392.5nm;当浓度增加到9%的时候,其主要[1]～[3]酸钠在钻井液中的应用逐渐增多,但硅酸钠粒度分布范围又升高到400～600nm之间,平均粒水溶液特性至今尚缺乏系统深入的研究,而硅酸钠度为481nm。水溶液特性对硅酸钠钻井液的各种性能均具有很
4、大从嵌入封堵的角度上看,7%的硅酸钠粒径较影响。本文利用Zetasizer3000电位-粒度仪、Tur2小,最容易进入页岩较小孔喉,从而能够通过吸附biscan红外分散稳定仪、活度仪以及泥页岩水化-力(主要是化学吸附)嵌入粘土颗粒之间,在粘土表面学耦合模拟装置(SHM)等先进实验手段,系统深入地形成致密层,从而阻止水分子进入,延缓粘土水化,研究了硅酸钠水溶液特性,有助于进一步推动硅酸钠达到抑制页岩分散的作用。在钻井液中的推广应用及合理调控钻井液性能。一、硅酸钠水溶液特性研究1.硅酸钠溶液粒度分析
5、硅酸钠在水中以硅酸钠聚集体的形式存在,硅酸钠粒子的粒度分布和均匀程度对硅酸钠粒子封堵地层孔隙有一定的影响。利用Zetasizer3000型胶体电位-粒度测试仪,对不同浓度下硅酸钠水溶液的粒度分布特征进行了测试,实验结果见图1～图4。从图1至图4中可以看出,硅酸钠浓度从3%变化到9%,粒度变化比较明显。浓度为3%的硅酸图13%硅酸钠溶液粒度分布曲线钠粒度主要分布在400～800nm之间,平均粒度为收稿日期:2007-03-20基金项目:中国石油天然气股份公司重点科技攻关项目(04B2091800)
6、。作者简介:李玉娇(1969-),女,塔里木油田分公司勘探开发研究院工程师,主要从事油田化学剂质量检测工作。地址:(841000)新疆库户勒塔指79号信箱试验检测中心,电话:0996-2175489。第30卷第4期钻采工艺Vol.30No.4DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY·117·5和图6。图5不同模数硅酸钠溶液平均Zeta电位图25%硅酸钠溶液粒度分布曲线图6不同pH值硅酸钠溶液平均Zeta电位由图5和图6可以看出,硅酸钠水溶液具有较高的负电势,随着硅酸钠模数的增加
7、,Zeta电位增图37%硅酸钠溶液粒度分布曲线加;随pH值升高,Zeta电位增加。随着pH值的上升,以硅酸根离子或聚硅醇离子形式存在的硅酸钠越多,负电性越强。当硅酸钠钻井液的pH值小于11.0时,硅酸钠主要以原硅酸或低聚硅酸形式存[5]、[6]在,发生缩合作用形成较长的带支链的-Si-O-Si-链,这种长链进而形成网状结构,束缚钻井液中的自由水和固相,使硅酸钠钻井液的粘度增大,减少了与地层作用的有效硅酸钠的量。当硅酸钠的pH值高于11.0时,钻井液中的硅酸钠以硅酸根离子形式存在或者聚合硅醇离子形
8、式存在,具有较强的分散性,所以能够保持较好的流变性和防塌图49%硅酸钠溶液粒度分布曲线性能。3.硅酸钠溶液水活度评价2.硅酸钠溶液Zeta电位分析泥页岩在大多数情况下表现出非理想半透膜特Zeta电位是衡量带电颗粒所带电荷的密度高[5]性,即水分子和溶质都可通过泥页岩移动,但溶低,与胶体悬浮体系分散程度和稳定性密切相关。质分子的移动速率低于水分子的移动速率,表现为一般Zeta电位在-10mV时,悬浮颗粒很不容易分散,-20mV时具有分散趋势,-40mV时分散性十0<膜效率σ<1。因此,在泥页岩膜效
