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钻井液的受侵及处理;目录;钻井液的受侵及处理;第一部分
硫化氢气体对钻井液的污染
;硫化氢气体对钻井液的污染;硫化氢的结构
中心原子S原子采取sp3杂化,电子对构型为正四面体形,分子构型为V形,H—S—H键角为92.1°,偶极矩0.97D,是极性分子。
分子的几何形状和水分子相似,为弯曲形。因此它是一个极性分子。硫化氢由于H-S键能较弱所以300℃左右硫化氢分解。常温时硫化氢是一种无色有臭鸡蛋气味的剧毒气体,应在通风处进行使用必须采取防护措施。
;;H2S主要对水基钻井液有较大的污染,它会使钻井液性能发生很大的变化。如密度降低、值下降、粘度上升,颜色变为瓦灰色、墨色或墨绿色。
;H2S主要来自含硫地层,此外,某些磺化有机处理剂以及木质素磺酸盐在井底高温下也会分解产生H2S。它对钻具和套管有极强的腐蚀作用。因此,一旦发现钻井液受H2S污染,应立即将其清除。清除的方法是加入适量烧碱,调整钻井液pH值大于10。;H2S腐蚀:
H2S的水溶液呈酸性,它能电离出氢离子:
H2S≒H++HS-
HS-还能继续离解:
HS-≒H++S-2
生成的S-2与金属作用生成FeSX黑色沉淀。但危害更大的是氢脆腐蚀破坏。;腐蚀电池产生的氢聚集在阴极,一部分吸收电子变成分子状态,以气体逸出。但是有一部分氢原子可能渗入到钢的内部。进入钢材内部的氢原子遇到非金属杂质、微裂纹、空隙、晶格错断或其他缺陷时,就集合氢分子,,体积比氢原子膨胀20倍,氢浓度达到临界浓度时,钢材内压力升高达几十兆帕,于是钢材内部的微裂缝增多并扩展,使钢材强度下降,钢材变脆而发生断裂,这种现象称为氢脆。
;并非钢铁材料放入含硫化氢的介质后就立即发生脆裂,相反,却需要经过一个反应期,这段时间的长短随钢材应力的大小、材质强度的高低和钢材吸附氢离子的多少而变化。
(1)材料的应力状态不管是承受应力或残余应力,应力越大,破坏速度越快。而应力低于一定数值时,则不会发生氢脆,这个临界应力值由钢的强度决定。;(2)材料的抗张强度和硬度钢的强度和硬度越高,越易发生氢脆,如果抗张强度低于600帕,???氏硬度小于Rc22,则不会发生氢脆。为了防止硫化氢应力腐蚀而使用高强度管材是错误的,而且是有害的。
(3)氢的浓度氢的浓度越高,则破坏速度越快;而当钻井液中H2S浓度很高时,硫化氢应力破坏就是一个严重的问题。
;在钻进过程中,硫化氢既可以以硫化氢水溶液的形式又可以以气体的形式进入井眼,通常是以天然气中的杂质的形式进入井眼。无论在什么情况下,硫化氢进入井内都是不希望发生的现象,它会引起钻井液性质的变化,钻井设备的腐蚀等。由于硫化氢毒性很大,它的逸出会对人体、动物和植物造成危害。;在钻开含硫化氢的地层时有时候会有下述现象发生,在很短的时间钻井液就会发生稠化,直至不能流动,并且不适宜再次进入循环。实验研究表明,在硫化氢侵入的情况下,钻井液粘度会明显上升而PH值下降。在钻井液滤液PH值小于6时,钻井液变成膏糊状。由于这些膏糊具有非常高的粘度,它们会象网膜一样缠住搅拌器的叶片。
;在硫化氢大量从地层中逸出的条件下,如果钻井液的PH值接近7,则会在井筒围岩的内层形成具有高粘度和底PH值的钻井液凝块,这种凝块甚至可以成为钻具遇卡的原因。
室温下的室内研究数据表明,在保持钻井液PH值大于9的情况下,侵入数量不太大的硫化氢并不引起钻井液的粘度和结构—力学性质的明显变化。
;所以,如果预计有硫化氢气体存在,钻井液的PH值应该保持在10以上。硫化氢与烧碱的反应如下:
PH=7.0:H2S+NaOH→NaHS+H2O
PH=9.5:NaHS+NaOH→Na2S+H2O;为了硫化氢对钻具的腐蚀,可采取如下措施:
(1)加入碱式碳酸锌其防止硫化氢腐蚀的机理是Zn+2与S-2生成ZnS黑色沉淀。这个反应进行得很快,而且可以在钻具上生成Zn(OH)2薄膜,起到保护作用。使用时最好是将PH值控制在9~11范围内,否则钻井液中Zn+2太多,会使粘土颗粒絮凝,影响钻井液性能。当钻井液中H2S含量为0~100ppm时,加入量约为0.8~1.0%,可使腐蚀速度减缓90%。碱式碳酸锌在我国四川使用时收到很好的效果,其加量一般维持在1~2%。
;(2)加入海绵铁即磁铁粉Fe3O4,表面积很大,每克的表面积大于10m2,与硫反应生成,反应式随PH值变化。
PH值7:Fe3O4+4H2S→3FeS↓+4H2O+S↓
S+FeS→F
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