氯化钙溶液浓度的三种计算方法_百度文库
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氯化钙溶液浓度的三种计算方法
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扫描下载二维码①能在高矿化度盐水中溶解，且不被高价金属离子沉淀；④稳定性好，不易降解；常用的聚合物有羟乙基纤维素（HEC），生物聚合物；有时由于需要完井液具有一定的粘度以满足清洁井眼等；清洁盐水控制失水的目的和途径如上所述，测定失水一；盐水完井液的密度受温度和压力影响；温度对清洁盐水完井液体系的影响包括两个方面：①饱；在较高温度下接近饱和的高矿化度盐水，若温度降低到；②温
① 能在高矿化度盐水中溶解，且不被高价金属离子沉淀； ② 在盐水中有较强的增粘能力； ③ 对油层没有明显的损害； ④ 稳定性好，不易降解。在较高温度（100C以上）仍然 有效。 常用的聚合物有羟乙基纤维素（HEC），生物聚合物（XC），羧甲基羟乙基纤维素 （CMHEC），羟乙基淀粉等。 有时由于需要完井液具有一定的粘度以满足清洁井眼等工程上的要求，而清洁盐水中无固相只好采用水溶性聚合物来提高体系的粘度。因此，对于清洁盐水完井液，提粘与降失水在原则上是一回事。所以使用HEC和XC(单独使用或复配使用)，既可有效地将清洁盐水粘度提高到40～50mPa.s（表观粘度），又可将体系的失水降到10ml以下，完全可以满 足工程施工的要求和保护油层的需要。 清洁盐水控制失水的目的和途径如上所述，测定失水一般用岩心作过滤介质而不用滤纸。 5) 温度和压力的影响 盐水完井液的密度受温度和压力影响。压力增加体积被压缩，密度将增大，而温度升高体积膨胀，密度会降低。但压力的影响相对于温度对盐水密度的影响要小得多，实际应用时压缩性可忽略不计，而只考虑其热膨胀性。 温度对清洁盐水完井液体系的影响包括两个方面： ①饱和盐水的结晶温度 在较高温度下接近饱和的高矿化度盐水，若温度降低到一定数值，它就可能达到饱和或过饱和，引起盐的结晶。这样不仅堵塞管线，而且使溶液中盐的浓度下降，从而液相的密度大幅度下降，使完井液的密度不符合设计要求而无法使用。因此，一个地区所使用的完井液的结晶温度一定要低于该地区的最低气温。由于完井液的结晶温度与盐的种类、不同盐的比例有关，因此在选用混合盐调整控制完井液的密度时，应考虑使体系具有较低的结晶温度，这是使用清洁盐水完井液技术必须考虑的内容。例如：配制密度为1.40g/cm的清洁盐水，可以有好几种配方，用饱和CaCl2溶液或CaCl2/CaBr2混合溶液都可以达到要求, 但前者18C就开始结晶，而后者随CaBr2比例的增加，结晶温度可以下降到-35C，但CaBr2成本很高。所以在确定盐水配方时，既要满足密度需要，又要使体系的结晶温度低于使用中的最低温度，还要成本低廉。 ②温度对体系密度的影响 温度变化，溶液体积变化引起密度变化。因此井底温度对完井液的设计和维护是个重要的影响因素，从地面到井底的温度变化会影响完井液的平均密度。当温度增加时，密度要下降。所以，在配制盐水时首先必须知道完井液在井筒中的平均工作温度，然后才能确定在地面温度条件下配制的密度。 不同盐水溶液具有不同的温度修正系数，因此应预先在实验室对所需的盐水溶液进行实验，通过大量的实验，可以得到密度随温度变化的曲线，见图3、图4、图5、图6。 一般来说，1.02－1.40g/cm密度范围的氯化钾、氯化钠和氯化钙盐水受温度影响小， 而重盐水如溴化钙、溴化锌盐水受温度影响较大。而对某种盐水溶液而言，越提高密度，温度对密度变化的影响就越小。 6) 清洁盐水完井液的净化 无固相清洁盐水的基本优点是避免固相对地层的损害，因此清除各类固相，保证体系的清洁，是这类体系应用技术的关键。这就要求清洁盐水完井液在配制、运送、储存、应用过程中都要保持清洁。所以，超级精细过滤设备是使用这项技术的必要条件，而保持配制、运送、储存设备的清洁，也是必要的内容。 7) 清洁盐水完井液的防腐蚀 3oo3o 11 盐水溶液对地面设备、管线及井下管材腐蚀十分利害，必须考虑它们的缓蚀问题。腐蚀发生的原因来自电化学腐蚀和某些细菌繁殖过程中代谢产物造成的腐蚀（如硫酸盐还原菌产生的H2S就具有较强的腐蚀性）。为了减缓盐水对地面设备、管线及井下管材的腐蚀 ，通常的做法是在盐水中加入缓蚀剂和杀菌剂。采用的缓蚀剂和杀菌剂种类不少，有些处理剂是将两种功能合二为一（如CA101），但体系所用的缓蚀剂必须对油层没有损害，因此，在选择处理剂前，应对所用的处理剂进行室内评价。
氯化钠或氯化钾溶液密度－温度变化曲线
氯化钙溶液密度－温度变化曲线 图5
CaCl2 / CaBr2 溶液密度－温度变化曲线
图6 CaCl2/CaBr2/ZnBr2溶液密度－温度变化曲线 8) 清洁盐水完井液的回收 由于清洁盐水完井液成本很高，使用后应尽可能回收，以便循环再用。回收的完井液必须进行过滤处理，保证盐水清洁无固相，高密度盐水完井液在使用中可能溶解有一些化学杂质，回收后需要加以清除。 9)
无固相盐水完井液配制程序 淡水
→ 加盐 → 调PH值 → 沉降 → 过滤 → 加缓蚀剂、除氧剂、除硫剂等 → 加增粘剂 → 搅拌溶解 → 加粘土稳定剂 →加桥堵剂 （2）高密度重盐水完井液 高密度重盐水完井液通常是由两种以上盐(CaBr2，CaCl2和ZnBr2)混合而成密度超过 1.40g/cm盐水溶液。它可用作射孔液、砾石充填液、封隔液和修井液。高密度盐水完井液也是一种无固相的清洁盐水完井液，但是它与低密度的氯化钠、氯化钾、氯化钙盐水相比有其特殊的地方。 1)
高密度重盐水完井液的优点 ①无固相； ②抑制性强； ③稳定性好； ④保护油气层。 2)
高密度重盐水完井液的三项指标 ①密度 盐水密度由盐的组分和含量决定。温度和压力都将影响盐水溶液的密度。温度升高，盐水溶液体积膨胀，密度下降；压力增加，体积缩小，盐水密度增大。但是，压力对密度的影响比温度的影响要小得多，因3 12 此，实际应用时，压力的影响可以忽略不计而只考虑温度的影响。国外在测定盐水密度时，以70F（21C）下测定的密度作为标准密度。实际应 用中，是将井筒内平均温度的密度修正到标准密度下进行控制。 ②结晶温度 高密度盐水完井液由几种盐组成，每种盐水完井液有它各自的结晶温度。结晶温度是指配制重盐水中任一种盐达到饱和时的温度。达到结晶温度时，盐就会析出结晶，如果发生结晶析出，就会发生沉淀，引起盐水密度下降而不能平衡地层压力，固体盐还可能对储层和管汇发生堵塞，引起油层损害和造成施工的停止。固体盐的析出还将导致盐水粘度的升高，增加泵送的困难。重盐水结晶点的变化规律一般是：氯化钙含量越高，盐水的结晶温度越高，反之溴化钙、溴化锌含量越高，盐水的结晶温度越低。 盐水的结晶温度有两种表示，其一称首次结晶温度，它是盐水在冷却过程中出现第一个结晶的温度；其二称最后结晶消失温度（LCTD），它是含有结晶的盐水在加热过程中 晶体全部消失的温度。最后结晶消失温度总是要比首次结晶温度高，因此实际应用中常用最后结晶消失温度（LCTD）作为选择盐水溶液结晶点的标准。要求选择的盐水配方的结 晶点必须高于运送、储存和使用中的环境温度。 ③洁净度 在混合、运输、储存和使用过程中保持盐水的纯净，是至关重要的。盐水的洁净度受到盐的类型，所含杂质的种类，固相含量的多少以及固相颗粒粒度分布的影响。国外一般要求固相颗粒的浓度小于100ppm，固相颗粒的粒径小于2个微米，Pb等重金属离子的总浓 度小于10ppm。 3) 高密度重盐水完井液的防腐 钢材与盐水接触会发生氧化作用而产生铁锈，因此使用高密度盐水完井液时必须重视管材的腐蚀问题。盐水的腐蚀程度随着盐的种类和浓度的不同而有所区别。 CaCl2和CaBr2盐水腐蚀性较低，主要是氧腐蚀，ZnBr2在盐水中产生Zn离子，使溶液呈酸性，以酸腐蚀为主。防止腐蚀的措施有三种：薄膜缓蚀剂主要是减缓酸腐蚀；氧腐蚀通常用硫基清除剂加以控制；若存在H2S和CO2时采用耐 腐蚀的合金钢。 PH值对重盐水的防腐性能影响也极大，PH值相差1，盐水的腐蚀率相差数倍，因此，为提高盐水的防腐能力，应尽可能提高完井液的PH 值。 4) 高密度重盐水完井液的安全和毒性 高密度重盐水，特别是含ZnBr2盐水对眼睛和皮肤的刺激性比低密度盐水大得多。它 可引起眼睛永久性损伤，裸露的皮肤也会受到刺激，如果长时间接触将会导致化学烧伤。CaCl2和CaBr2溶解时会产生大量的热量，对人和设备的安全造成威胁。 ZnBr2、CaBr2和CaCl2的毒性（注：使一半被试验的动物死亡的剂 量）见表9: 表9
ZnBr2、CaBr2和CaCl2的生物半致死剂量 方式 口服量 皮肤侵入量 吸入量
5) 高密度重盐水完井液现场施工要求 ① 做好盐水净化过滤工作 ZnBr2 1047mg/kg >2000mg/kg >200mg/l CaBr2 4068mg/kg >2000mg/kg >200mg/l CaCl2 1000mg/kg - - 2+oo 13 固相颗粒污染盐水一般是由于下列途径引起的：配制运输的罐车、船只、泵组、管汇的不洁，泥浆未替干净，泥浆池等接触完井液的部位未清洗干净或在作业期间带入的固相国内外资料分析，几乎是95％的污染固相颗粒直径都小于25微米，污染严重的运输固相含量高达5％（v/v）。 由于固相颗粒非常细小而且高密度的盐水其密度与固相颗粒密度接近，故常规的泥浆固控设备和低容量的地面过滤系统不能有效地清除固相，必须使用过滤设备。有五种过滤装置用于清除盐水完井液中的固相颗粒，包括筒式过滤器，袋式过滤器，管式过滤器，多重介质高速过滤器以及利用硅藻土过滤的各种过滤器。过滤器的选择视所需流量、污染固相的类型和浓度、盐水粘度、设备所占空间、过滤程度的要求、维修和成本等因素而定。目前海上最常使用的过滤设备是筒式过滤器。 为了保证盐水的清洁，减少过滤器的过滤负担，还应对整个系统各设备进行彻底的刷洗、刮铲、清扫和冲洗。 ② 做好井眼准备工作 使用清洁盐水最难的准备工作是井眼的的准备工作。注完井液前，有效地替出泥浆是最大地发挥盐水效果的关键。下完套管固井后套管内充满顶替水泥浆的钻井泥浆，若泥浆静止时间长，顶替这些泥浆更加困难。大多数钻井泥浆与盐水完井液是不相容的，两者接触混合后，盐水对泥浆絮凝，会形成很粘的凝胶团块，该凝胶块会引起很高的摩擦阻力或导致盐水沿泥浆窜槽，或增大摩擦力而漏失。泥浆固相颗粒侵入盐水对完井液造成污染，影响完井液的使用。为消除泥浆的污染，有两种方法用于泥浆的顶替。对于使用低密度的完井液，可以采取间接顶替法，即先用清水或海水循环出井筒内的泥浆，然后替入完井液。使用高密度盐水完井液的作业井，需采用直接顶替法，即在完井液前使用隔离液体系，它包括三段液体。第一段为替出泥浆的隔离液；第二段为化学冲洗液；第三段为凝胶清除剂盐水溶液。第一段流体流变性为宾汉塑性流体，在低流量下驱替凝胶效果高。第二段以紊流状态冲洗井内残余的泥浆并分隔第一和第三段。第三段用来隔离化学冲洗液和盐水完井液，它一方面可以作为清除剂来清除井内残余泥浆，同时又可防止盐水完井液被稀释。为了提高顶替效率，对泥浆要进行处理，实行反循环，驱替全过程不能停泵。井内驱替方案如图7所示： 图7
在下套管的井筒内使用三种液体替出泥浆的反循环示意图 ③高密度重盐水完井液的防漏 高密度重盐水完井液在施工时要注意防漏。井漏一方面增加完井的成本，同时对地层产生损害。防止漏失需要在体系中加入增粘剂，例如羟乙基纤维素（HEC）或黄原胶生物聚合物（XC），这些增粘剂在低密度的盐水中可迅速水化，而在高密度的盐水体系中其 水化作用变得缓慢需加热才能溶解，或通过配制时加强水力剪切加速其水化溶解。混合聚合物时要小心处理防止发泡及结块。发泡的盐水是由于气体侵入，密度会急剧下降，结块的形成会严重影响储层的渗透率。 为了控制滤失，可能需加入一些必要的固体降滤失剂，一般是加入CaCO3、油溶性树 脂以及在饱和盐水体系中加入NaCl盐粒。 ④高密度重盐水完井液的施工安全 在配制任何盐水时，都应采取措施防止操作者吸入干盐粉末。施工人员要穿戴工衣，配戴护目镜以防止干盐粉末或盐水与皮肤、眼睛接触。若衣服被含锌盐水污染，应迅速脱掉洗净后才能再用。如果皮肤和锌盐接触，应立刻用淡水彻底冲洗污染部位并采取治疗措施。处理ZnBr2盐水的人员都要戴化工工人用的风镜和防水工作服、水胶靴、橡胶手套。 现场各处还应备有冲眼水瓶和淡水水龙头。 使用高密度盐水完井液还应考虑防止环境污染的问题，氯化钙和溴化钙盐水在陆地上可以用常规的方法处理掉。在海上，少量的无油盐水可倒入海里成为海水的正常盐分。海水里也有锌离子存在，但含量甚微，据 14 国外报道锌离子对某些海洋生物是有毒的，环境保护部门已把它列为有害物质。国外“洁净水条例”规定向海里倒入2268kg溴化锌必须向环境保护机构报告。 （3）有固相盐水完井液 清洁盐水完井液由于无固相，对保护油气层有利，从而得到了较广泛的应用。然而，清洁盐水完井液体系也存在显著的缺点。如：失水控制比较困难；密度、结晶点受井下温度压力的影响不易控制；成本高以及使用条件要求严格等。针对清洁盐水完井液的不足，可选择另一类完井液体系即有固相盐水完井液。 有固相盐水完井液体系由水相和作为暂堵剂的固相粒子组成。水相一般是与地层相适应的加有各种无机盐和抑制剂的水溶液。由于不需要从液相考虑体系的密度问题，因此它就简单得多，而且对地层的针对性也强得多。固相部分（暂堵剂）的作用除对体系加重外，还可在井壁上形成后期可以除去内外泥饼，以减少失水。暂堵剂是一些在水中高度分散的固相颗粒，其粒径大小应与油层孔喉相适应，呈多级分布状态，且具有合理的级配，它们能在油层井壁表面上形成致密的外泥饼和在油层内的孔喉上架桥，并形成致密的内泥饼。这种固相粒子自身可以溶解于酸或溶解于油或溶解于水中。因此一般依其自身密度和溶解能力分为酸溶性暂堵剂、油溶性暂堵剂和水溶性暂堵剂。暂堵剂粒子又可分为桥堵粒子和填充粒子两大类。 为使暂堵剂粒子在体系中有效悬浮，体系中还应加入增粘剂，它可以是水溶性聚合物，也可以是一些高价金属离子（如Al、Mg等）的羟基化多核络合物，也可二者同时使 用。前者为非触变性体系，后者为触变性体系。一般以暂堵剂的可溶解属性，将完井液体系分为酸溶性体系、水溶性体系和油溶性体系。 1)
酸溶性体系 酸溶性体系的所有成分都应该在强酸中溶解，比较常用的酸溶性体系有聚合物碳酸钙完井液，这种体系主要由盐水聚合物、超细碳酸钙微粒（粒径5－2000 微米）和其它 一些必要的处理剂组成， 密度范围为 1.03－1.56 g/cm。
在酸溶体系中，通常用纳或钾盐水作为体系的基液，并根据悬浮性能、流变性、携带能力、降失水性能及堵塞和残留特性选用聚合物，常用的聚合物有HEC、CMHEC、XC生物聚合物等。碳酸钙主要用作桥堵剂，它易溶解于酸，化学上也比较稳定，价格便宜，有较宽的颗粒范围。使用碳酸钙时要根据地层孔隙三分之一的原则选择合适尺寸的颗粒。 在酸溶性体系中最常用加重材料有碳酸钙(密度为2.7g/cm)和碳酸铁(密度为3.55g/cm)，碳酸钙适用于密度为1.50g/cm的完井液，在更高密度的完井液中常用碳酸钙/碳酸铁混 合加重体系。有时根据需要还需加入防腐剂、破乳剂、除氧剂和高温稳定剂。在作业之后，用酸化方式可清除沉积在产层井壁内、外的更新颗粒和泥饼。 2)
水溶性体系 水溶性体系主要由饱和盐水、聚合物、盐粒和相应的添加剂组成，密度范围为1.03～1.68g/cm。它是把一定尺寸的固相盐粒加入到已经饱和的盐水里，并加入聚合物，由于盐粒在饱和盐水内不能再溶解，悬浮在粘性溶液里可起惰性固相的作用。这样，盐粒和体系中的胶体成分可起到桥堵、加重和控制滤失的作用。与酸性体系相比，桥堵在产层上的盐粒及滤饼不需进行酸化，而只用淡水或非饱和盐水侵洗即可除去。 在这种体系中所用的盐粒有氯化钠和硼酸盐(NaCaB5O92H2O、NaCaB5O95H2O、Ca2B6O115H2O、Na2B4O710H2O)等，所用的饱和盐水要根据所配体系的密度大小来加以选择 例如，低密度体系是硼酸盐饱和盐水或其它低密度盐水作为基液，加入硼酸盐颗粒后所构成的体系密度为1.03～1.2g/cm,氯化钠盐粒加入到密度为1.2g/cm的氯化钠饱和盐水中，其密度范围为1.20～１.56g/cm。选择更高密度体系时，需选用氯化钙、溴化钙和溴化锌饱和盐水，然后再加入氯化钙盐粒及其它相应添加剂，密度可达1.50～2.30 g/cm。 3333....333333+2+ 15 三亿文库包含各类专业文献、各类资格考试、专业论文、中学教育、完井液151等内容。　
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