应用案例 Case
    无分类
搜索 Search

膨润土矿在钻井泥浆中的应用

2013-09-19 11:36:30点击:

1、引言

   膨润土是一种以蒙脱石为主的粘土,由于其独特的矿物结构和结晶化学性质,在水中具有膨胀性、分散性、润滑性、流变性等十分优良的性能。特别是天然钠基膨润土这方面的性能更加突出。钻井液用膨润土就是利用膨润土的这一优良性能,在石油钻井中起到清洗井底,携带岩屑,保持井底清洁,保证钻头不断破碎新地层;平衡地层中流体压力、防止井喷、井漏和对油气层的污染,以及平衡岩石侧压力,并在井壁形成泥饼,维持井壁稳定,防止地层坍塌,润滑并冷却钻头、钻具,悬浮岩屑和加重料,避免沉砂卡钻等非常重要的作用。

2、膨润土在钻井泥浆中的作用及影响因素

   膨润土是泥浆的主要成份,在钻井中用的水基泥浆就是膨润土在水中分散成细小的颗粒而形成的分散体系。在油连续相泥浆中也使用膨润土,如果将膨润土用有机铵盐进行活化处理就成了亲油的有机膨润土,可用在油包水乳化泥浆中做油中可分散胶体,提高油包水乳化泥浆的粘度、切力,降低其滤失量,增强它的悬浮能力和稳定性。在钻井过程中影响泥浆性能变化的因素非常多,但都是通过改变泥浆中膨润土的物理化学性质和水化分散状态而起作用的。概括的讲,泥浆性能与膨润土的下列因素有关:1)膨润土的种类;2)膨润土在泥浆中的数量;3)膨润土的分散程度,分散颗粒的大??;4)膨润土的水化程度;5)膨润土对各种处理剂的反应。不同种类和产地的膨润土其在水中的分散情况是不同的,差别也较大,优质的钠基膨润土其粘度可达14米3/吨以上,而普通的只有2—3米3/吨。

在钻井过程中会遇到各种不同的复杂的地层,如泥页岩、砂岩、石灰岩、白云岩等,在这些地层中泥页岩厚度最厚。有些泥页岩在泥浆滤液的浸泡下会发生膨胀缩径,剧烈造浆,而另一些泥页岩剥蚀掉失,甚至严重坍塌。因此膨润土的性能和钻井工程尤其是与井壁的稳定有着密切的关系。为了保证泥浆性能的良好稳定,保证安全快速钻井和?;び推?,在石油钻井中都采用优质的钠基膨润土,或经改性的钠膨润土。因为在所有粘土矿物中蒙脱石电性最强,在水中水化最好,分散度最高,在水中分散后颗粒很细,小于50mu的颗??纱?0%,因此膨润土是配制泥浆,提高泥浆粘度、切力,降低失水量和增加润滑性的很好的材料。因各种阳离子的水化程度不同和化合价不同,使吸附了不同离子的膨润土的水化程度也不同,如钙蒙脱石水化后晶胞间距最大仅为17A,而钠蒙脱石水化后晶胞间距可达17—40A。(如下图)因此石油钻井选择优质的钠基膨润土或将钙膨润土改性为钠膨润土做为石油钻井膨润土。


在钻井液用膨润土的标准中也体现了这一点,要求用于钻井膨润土的产品悬浮体的性能有较高的造浆率即φ600转读值大于30格,较小的滤失量,适中的动切力和较底的含砂等杂质含量。

3、钻井用膨润土的标准

我国钻井液用膨润土最早标准为石油工业部1985年制定的SY5060-85标准,膨润土分为三个级别,如下表:

项     目

指     标

一级膨润土

二级膨润土

三级膨润土

造浆率, m3/t

≥16

≥16

≥12

滤失量,ml

≤15

≤17

≤22

动切力, Pa

≤1.5×PV值

≤3×PV值


湿度,   %

≤10

≤10

≤15

湿筛分析,200目筛余%

≤4

≤4

≤4

注:PV值仅用其数值(塑性粘度)

在检测方法上采用加入不同量的膨润土配制三种悬浮液,测定其粘度,滤失量。然后分别以表观粘度,塑性粘度,滤失量为纵坐标,以加入的膨润土量为横坐标,在半对数坐标纸上描点作图,计算其各项指标。此种方法测定的结果为该膨润土的确切指标数据,不是在一定的范围内的指标数据。

93年石油工业部对该标准进行了修订,标准为SY5060-93,并从94年3月1日起执行,标准也分为三个级别,如表


项     目

指     标

一级膨润土

二级膨润土

三级膨润土

φ600读值,(格)

≥30.0

≥30.0

≥23.0

滤失量,ml

≤15.0

≤17.0

≤22.0

动切力,Pa

≤1.5×PV值

≤3×PV值


湿度,%

≤10.0

≤12.0

≤12.0

湿筛分析,0.074mm筛余%

≤4.0

≤4.0

≤4.0

检测方法采用加入固定量22.5g 膨润土在350ml蒸馏水中配制悬浮液,测定其结果。简化了检测方法,采用了部分国际检测标准。对产品的质量要求提高了。

2001年我国制定了钻井液用材料规范国家标准,GB/T5005—2001,从2002年8月1日起实施,其中钻井膨润土标准等同采用了美国材料工业协会颁布的API,spec13A世界通用标准,包括钻井膨润土、未处理膨润土和OCMA膨润土标准,如表

性能             标准

钻井膨润土

未处理膨润土

OCMA膨润土

粘度计600r/min读数   ≥

30

(悬浮体350ml蒸馏水加入25g±0.01g膨润土)

30

屈服值/塑性粘度       ≤

3

1.5

6

滤失量/cm3                 

15.0


16.0

75um筛余/%(m/m)  ≤

4.0


2.5

分散后的塑性粘度/ mPa ≥


10


水分,%              ≤



13.0

分散后的滤失量/ cm3    


12.5


4、膨润土改性生产及应用

目前,世界上已探明的膨润土资源中大部分为钙基膨润土,约占90%,只有10%属于钠基膨润土,优质的钠基膨润土矿十分缺乏。国内外生产钻井用膨润土的方法有两种,一种是运用优质的钠基膨润土矿经配矿,制粉生产符合标准的钻井膨润土,另外一种是选用普通钠基或钠、钙基,钙基膨润土经人工改性后生产符合钻井膨润土或OCMA标准的膨润土。我国发现的优质钠基膨润土很少,大都是采用人工改性生产钻井膨润土。