当水基泥浆被碳酸盐污染时,流变性与失水便会出现问题,碳酸盐依泥浆中pH值的不同以三种不同形式出现,这些形式是H2CO3、HCO3-、CO32-。当pH低于5时,主要是H2CO3;pH 8~9时,主要是HCO3-;pH大于12,主要是CO32-。
碳酸盐可来源于:
1) 处理钙或水泥污染时处理量过大。
2) 从地层气、配浆泵和泥浆泵进入泥浆的CO2气的积累。
3) 有机化合物如铁络盐、木质素等在温度大于300℃时的热降解。
4) 受污染的重晶石。
1. 碳酸盐的检测
若要准确检测碳酸盐,需使用一套叫GARRETT GAS TRAIN
的装置,这里不详细介绍。现场工程师往往用检测Mf和Pf来粗略估算碳酸盐的污染情况,当Mf/Pf大于3时,认为有HCO3-污染;当Mf/Pf大于5时,有较严重的CO32-污染。
2. 碳酸盐污染的处理
大多数泥浆中碳酸根的浓度约在1200~2400mg/l之间,有些泥浆在这浓度超过一倍时不受影响而有些在1200mg/l浓度时却大受影响,泥浆所能接受的碳酸根浓度取决于该泥浆的固相含量、温度和各种化学材料的浓度。
如果已证实流变性和失水的问题是由碳酸根污染所引起的,处理的方法就是加入Ca2+使其生成CaCO3沉淀,Ca2+以石灰或石膏的形式加入,如果用的是石膏,石灰或烧碱必须同时加入以使HCO3-转变成CO32-,否则HCO3-
与Ca2+是不起反应的。如果使用石灰,pH值将增加,可能需要加入石膏或铁络盐来缓冲PH值的增大,不要加入木质素,因为木质素会与石膏和石灰反应其结果会影响后者别的化学反应,另外推荐不要把所有的碳酸盐都反应完,至少要留有1000~2000mg/l浓度的碳酸盐在泥浆中,所发生的化学反应和处理浓度如下:
加石灰:2Ca(OH)2 + HCO3-+ CO32- 2CaCO3↓+ 3OH- + H2O
加石膏和石灰或石膏和烧碱:
2Ca2+ + OH- + HCO3-+ CO32- 2CaCO3↓+ H2O
处理所需量如下:
1.0mg/l CO32-需0.00043 lb/bbl石灰
1.0mg/l CO32-需0.001 lb/bbl石膏
1.0mg/l
HCO3-需0.00021 lb/bbl石灰
1. 0mg/l HCO3-需0.00023 lb/bbl烧碱
3. 处理评价
确认是碳酸根污染问题时,滤液中钙的存在并不表明无碳酸根污染,测总硬度时检出的钙可能不与碳酸根反应,通常螯合作用会减低反应速率化合价的变化也使所测到的钙难于和碳酸盐反应,至少应有100~200mg/l的钙离子浓度才能确保有足够量的游离钙与碳酸根反应。
按常规泥浆的碱度与泥浆中的CO32-、HCO3-和OH-是密切相关的,但其他的碱性物质也会增加泥浆的碱度,这些干扰因素的存在以及检测时的局限性使到分析碳酸根的碱度滴定只是个近似值,所以若用GARRETT
GAS TRAIN检测碳酸盐会更精确,不管采用那种方法,推荐在处理泥浆中的碳酸根时应做一个彻底的小型试验。