详解地质钻探钻井液技术——造浆材料膨润土

仁恒 发布时间:2023.11.03

仁恒 阅读量:1020

用于配制钻井液的黏土类矿物,称为造浆材料(也可称为造浆黏土)。造浆黏土要求具有高度的分散性、吸附性、较高的离子交换容量与造浆能力。因此,一般选用以蒙脱石矿物为主要成分的黏土,即膨润土。

随着高温钻井液、盐水钻井液及油基钻井液技术的发展,国内外众多企业以海泡石黏土、凹凸棒石黏土等为基础材料进行化学改性,研发了用于配制盐水钻井液、油基钻井液的抗盐黏土和有机土。

造浆材料的主要作用:

1)增加黏度和切力,提高岩屑携带和悬浮能力。

2)形成低渗透率的致密泥皮,降低钻井液滤失量。

3)对松散破碎地层具有较好的充填胶结作用,提高孔壁稳定性。

4)封堵渗透性漏失。

5)调节钻井液密度。

地质钻探中常用造浆材料为膨润土及增效膨润土。

一、膨润土

膨润土是水基钻井液的重要配浆材料,分为钙膨润土和钠膨润土两种。由于我国天然钠膨润土资源贫乏,因此普遍使用的是人工钠膨润土。

1.钠膨润土

(1)质量指标

钠膨润土的质量评价,可采用国家标准GB/T5005-2010《钻井液材料规范》。按照此标准,在350mL蒸馏水中加入22.5g钠膨润土,高速搅拌20min,25±1℃条件下静置养护16h后,钠膨润土浆的性能应达到:

黏度计600r/min读数≥30;

屈服值/塑性黏度≤3Ibf/100ft2·cP[1.48Pa/(mPa·s)];

API滤失量≤15mL;

0.075mm湿筛筛余量≤4%。

(2)特点及加量范围

钠膨润土造浆性能好、滤失量低,1t达到国家标准的钠膨润土至少可以配制出表观黏度达到15mPa·s的膨润土浆16m3,且API滤失量小于15mL;在矿化度较低的淡水(如自来水)中直接加入钠膨润土,搅拌均匀后即可使用。

一般加量:2%~6%(即20~60kg/m³)。

2.钙膨润土

钙膨润土直接加入淡水中,造浆量极低,需加人纯碱使之转化为钠膨润土后方可使用。因此,现场采用钙膨润土配制泥浆时,需首先在水中加入适量纯碱(纯碱加量约为膨润土量的6%,即100kg钙膨润土,需加入6kg左右的纯碱),再加入钙膨润土使其转化为钠膨润土,这个过程至少需要数小时以上。

二、增效土 

增效土是膨润土经化学改性后的升级产品,美国于20世纪70年代研发了此类产品,并得到了较好的应用。国内北京探矿工程研究所于20世纪80年代,为使绳索取心钻进工艺能够在复杂地层中更好地应用与推广,通过对膨润土化学改性研制了低黏增效粉(代号为:LBM-1);近两年又研制了具有抗电解质污染性能的多功能剂(代号为:MBM)。LBM-1和MBM均是集造浆材料与泥浆处理剂性能于一体的多功能“方便面”式产品,用其配制的淡水和盐水低固相钻井液具有低黏度、低切力和低失水特性,可有效预防绳索取心钻进钻杆内壁结泥皮,为复杂地层绳索取心技术的使用起到了积极的推动作用。同时,配制简单,维护方便。

1.低黏增效粉(LBM-1)

(1)产品性能

1m³自来水+30kgLBM-1,高速搅拌20min后,性能达到:

表观黏度≤10mPa·s;

动塑比0.1~0.4Pa/mPa・s;

API滤失量≤15mL;

相对膨胀降低率≥50%。

(2)适用范围

用于配制低固相淡水钻井液,适用于松散破碎地层钻进。

(3)一般加量

30 ~50 kg/m³。

2.多功能剂(MBM)

(1)产品性能

MBM在盐水及海水中的性能见表3-1。

钻井液组成表观黏度/(mPa·s)API滤失量/mL
1 m3自来水+40kg MBM+40 kg NaCl≤15.010.0
1 m3自来水+40kg MBM+360kg NaCl≤15.010.0
1 m3海水+40kg MBM+60kg KCl≤15.010.0

    (2)适用范围

用于配制各种盐水钻井液,如卤水钻井液、钾基钻井液或海水钻井液等,适用于盐膏层、水敏性地层及破碎地层等钻进,以及现场配浆水为卤水或海水等情况。

(3)一般加量30 ~50 kg/m³。

三、抗盐耐高温造浆材料

海泡石、凹凸棒石等,是典型的抗盐、耐高温黏土矿物,主要用于配制盐水钻井液和耐高温钻井液。

一般加量:30~60kg/m³。

四、有机土 

膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂处理而制成的亲油膨润土,可用于配制解卡液和油基钻井液。

一般加量:20~50kg/m³。

文章部分内容来源于地质钻探工程-JIA,数据可能有所延迟,贵在分享,如有侵权请告知删除!

仁恒

回到顶部

浙江长安仁恒科技股份有限公司   浙公网安备 33052202000115号  浙江 ICP 备No. 19042250     网站地图