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水基鉆井液用膨潤土標準及加工應用

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水基鉆井液用膨潤土標準及加工應用

發布日期:2018-12-12 11:57 來源:http://www.svbjkq.live 點擊:

蒙脫石在水介質中能分散成膠體狀態,呈單一晶胞方式存在,但大多呈現多層晶胞的聚合狀態(疊層片狀),由于蒙脫石晶體層面和端面的電性相反,因此在分散體系中晶體薄片一般形成面端型“卡房式”空間結構,從而表現出優良的分散性、懸浮性及粘結性,在一定濃度范圍內,表現出優良的觸變性。在有外加攪拌時,懸濁液表現為流動性很好的溶膠液,停止攪拌后會自行排列成立體網狀結構的凝膠,而不發生沉降和水析離,這種特性特別適于配制鉆井液。
鉆井液是以膨潤土為主要原料,根據膨潤土原礦性質對其進行改性加工并添加增效劑而制得的。鉆井泥漿被公認為油田鉆井的血液,在鉆探過程中可以起到清潔井底并攜帶巖屑、冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱、封閉和穩定井壁、平衡地層壓力、懸浮巖屑和加重劑的作用,在鉆井作業中非常重要。隨著我國石油工業的發展對鉆井液用膨潤土需求量逐年增加,目前國內高品位鉆井液用膨潤土產量遠遠供不應求,膨潤土在石油鉆井方面應用前景廣闊。
因此,膨潤土原礦的質量及其加工技術的好壞直接決定了鉆井泥漿質量的好壞,更影響鉆井進度及鉆井安全。國內外對鉆井泥漿用膨潤土給予了極大地重視,美國石油學會(API)制定的API規范13A第18版和國家標準GB/T5005-2010中對膨潤土的要求給出了明確定義。
鉆井液用膨潤土分類
國際通用API標準對鉆井液用膨潤土的分類
目前國際上最為權威的鉆井材料規范是由美國石油協會制定的(API標準)。最新的API標準是在2010年發布的API規范13A第18版,該標準將鉆井液用膨潤土分為3類:Drilling-grade bentonite(鉆井級膨潤土)、Drilling-grade non-treated bentonite clay(鉆井級未處理膨潤土)、OCMA-grade bentonite(OCMA級膨潤土)。

水基鉆井液用膨潤土標準及加工應用
國家標準對鉆井液用膨潤土的分類
早在1985年我國就發布了鉆井液用膨潤土行業標準,之后隨著國際上通用標準API標準和OCMA標準的變化我國的鉆井液材料規范幾經修訂,目前國內通用的鉆井液材料規范為國家標準G B / T 5 0 0 5 -2010。此標準中,將鉆井液用膨潤土分為3種,即:鉆井級膨潤土、OCMA級膨潤土、未處理膨潤土。

水基鉆井液用膨潤土標準及加工應用
不同標準的比較
對兩個標準進行對比可以看出:
(1) 國標在對鉆井泥漿用膨潤土的分類上與API標準完全一致,均分為鉆井級膨潤土、未處理膨潤土和O C M A 膨潤土。
(2) 不同產品的指標要求看似稍有差異,實則相同。主要體現在API標準中采用的一項評價指標為屈服值/塑性粘度,國標中對應的指標為動塑比,前者為后者的2倍。這種差異是由計算方法的差異所引起的,在計算動塑比時采用的是動切力/塑性粘度,而動切力的值為屈服值的一半,因此產品的指標要求相同。
(3) 三種產品的定義不同,其要求之間差異較大。鉆井級膨潤土是一種含有粘土礦物蒙脫石的天然粘土礦物,也可含有石英、云母、長石和方解石等。鉆井級未處理膨潤土是一種經干燥和粉碎、但未經化學處理的產品,主要含有粘土礦物蒙脫石,以及石英、云母、長石和方解石等。OCMA級膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的粘土,天然產出者無法滿足鉆井級膨潤土的全部指標,需經過純堿、聚合物或者其他化學劑處理,以改善其懸浮液性能。從定義中可知:鉆井級膨潤土既可以是改性的,又可以是原生的;OCMA級膨潤土完全是經過改性的;而未處理膨潤土則是未經過任何化學處理的。鉆井級膨潤土沒有排除使用包括有機高分子在內的化學劑增效的可能性,而OCMA級膨潤土則明確表明允許使用化學劑進行增效。
鉆井液用膨潤土加工應用技術
由于我國天然膨潤土資源以鈣基膨潤土為主,鈉基膨潤土資源有限。鈣基膨潤土和鈉基膨潤土由于其層間離子的不同,在性能表現上存在極大的差異,鈣基膨潤土在吸水性能、膨脹性能、造漿性能、觸變性等方面均遠遠差于鈉基膨潤土。因此,鈣基膨潤土原礦基本無法滿足鉆井液用膨潤土的要求,必須經過改性加工。部分天然鈉基膨潤土原礦可以滿足鉆井液用膨潤土要求,但為達到更高級別產品有時也需要進行改性和再加工。鈉化改性和添加無機、有機增效劑是我國鉆井液用膨潤土常用的加工方法,而改性劑種類、改性劑用量、增效劑種類、增效劑用量以及改性設備及工藝直接決定了改性效果的好壞。
鉆井液用膨潤土鈉化改型方法主要有:干法改性、半干法改性、濕法改性。
我國膨潤土資源豐富,由于其出色的性能在鉆井泥漿領域得到了廣泛的應用。但目前我國市場上供應的水基鉆井液用膨潤土基本上以OCMA級膨潤土為主,未處理膨潤土幾乎沒有,能夠達到鉆井級膨潤土的產品不多,大量的鉆井級膨潤土還需要依賴進口,其生產加工技術遠遠落后于發達國家。
膨潤土生產企業應加強科研投入,不斷提升產品質量,以滿足我國不斷發展的鉆探行業對優質材料的需求;尋求優質資源,不斷增加對鉆井泥漿級和未處理膨潤土的研究和生產,替代進口產品,填補國內產品空白。隨著技術的不斷發展,我國豐富的膨潤土資源應用領域和市場占有率將不斷提高,具有廣闊的發展前景。


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