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水基钻井液用膨润土标准及加工应用

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水基钻井液用膨润土标准及加工应用

发布日期:2018-12-12 11:57 来源:http://www。thnj。cc 点击:

蒙脱石在水介质中能分散成胶体状态,呈单一晶胞方式存在,但大多呈现多层晶胞的聚合状态(叠层片状),由于蒙脱石晶体层面和端面的电性相反,因此在分散体系中晶体薄片一般形成面端型“卡房式”空间结构,从而表现出优良的分散性、悬浮性及粘结性,在一定浓度范围内,表现出优良的触变性。在有外加搅拌时,悬浊液表现为流动性很好的溶胶液,停止搅拌后会自行排列成立体网状结构的凝胶,而不发生沉降和水析离,这种特性特别适于配制钻井液。
钻井液是以膨润土为主要原料,根据膨润土原矿性质对其进行改性加工并添加增效剂而制得的。钻井泥浆被公认为油田钻井的血液,在钻探过程中可以起到清洁井底并携带岩屑、冷却和润滑钻头及钻柱、封闭和稳定井壁、平衡地层压力、悬浮岩屑和加重剂的作用,在钻井作业中非常重要。随着我国石油工业的发展对钻井液用膨润土需求量逐年增加,目前国内高品位钻井液用膨润土产量远远供不应求,膨润土在石油钻井方面应用前景广阔。
因此,膨润土原矿的质量及其加工技术的好坏直接决定了钻井泥浆质量的好坏,更影响钻井进度及钻井安全。国内外对钻井泥浆用膨润土给予了极大地重视,美国石油学会(API)制定的API规范13A第18版和国家标准GB/T5005-2010中对膨润土的要求给出了明确定义。
钻井液用膨润土分类
国际通用API标准对钻井液用膨润土的分类
目前国际上最为权威的钻井材料规范是由美国石油协会制定的(API标准)。最新的API标准是在2010年发布的API规范13A第18版,该标准将钻井液用膨润土分为3类:Drilling-grade bentonite(钻井级膨润土)、Drilling-grade non-treated bentonite clay(钻井级未处理膨润土)、OCMA-grade bentonite(OCMA级膨润土)。

水基钻井液用膨润土标准及加工应用
国家标准对钻井液用膨润土的分类
早在1985年我国就发布了钻井液用膨润土行业标准,之后随着国际上通用标准API标准和OCMA标准的变化我国的钻井液材料规范几经修订,目前国内通用的钻井液材料规范为国家标准G B / T 5 0 0 5 -2010。此标准中,将钻井液用膨润土分为3种,即:钻井级膨润土、OCMA级膨润土、未处理膨润土。

水基钻井液用膨润土标准及加工应用
不同标准的比较
对两个标准进行对比可以看出:
(1) 国标在对钻井泥浆用膨润土的分类上与API标准完全一致,均分为钻井级膨润土、未处理膨润土和O C M A 膨润土。
(2) 不同产品的指标要求看似稍有差异,实则相同。主要体现在API标准中采用的一项评价指标为屈服值/塑性粘度,国标中对应的指标为动塑比,前者为后者的2倍。这种差异是由计算方法的差异所引起的,在计算动塑比时采用的是动切力/塑性粘度,而动切力的值为屈服值的一半,因此产品的指标要求相同。
(3) 三种产品的定义不同,其要求之间差异较大。钻井级膨润土是一种含有粘土矿物蒙脱石的天然粘土矿物,也可含有石英、云母、长石和方解石等。钻井级未处理膨润土是一种经干燥和粉碎、但未经化学处理的产品,主要含有粘土矿物蒙脱石,以及石英、云母、长石和方解石等。OCMA级膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的粘土,天然产出者无法满足钻井级膨润土的全部指标,需经过纯碱、聚合物或者其他化学剂处理,以改善其悬浮液性能。从定义中可知:钻井级膨润土既可以是改性的,又可以是原生的;OCMA级膨润土完全是经过改性的;而未处理膨润土则是未经过任何化学处理的。钻井级膨润土没有排除使用包括有机高分子在内的化学剂增效的可能性,而OCMA级膨润土则明确表明允许使用化学剂进行增效。
钻井液用膨润土加工应用技术
由于我国天然膨润土资源以钙基膨润土为主,钠基膨润土资源有限。钙基膨润土和钠基膨润土由于其层间离子的不同,在性能表现上存在极大的差异,钙基膨润土在吸水性能、膨胀性能、造浆性能、触变性等方面均远远差于钠基膨润土。因此,钙基膨润土原矿基本无法满足钻井液用膨润土的要求,必须经过改性加工。部分天然钠基膨润土原矿可以满足钻井液用膨润土要求,但为达到更高级别产品有时也需要进行改性和再加工。钠化改性和添加无机、有机增效剂是我国钻井液用膨润土常用的加工方法,而改性剂种类、改性剂用量、增效剂种类、增效剂用量以及改性设备及工艺直接决定了改性效果的好坏。
钻井液用膨润土钠化改型方法主要有:干法改性、半干法改性、湿法改性。
我国膨润土资源丰富,由于其出色的性能在钻井泥浆领域得到了广泛的应用。但目前我国市场上供应的水基钻井液用膨润土基本上以OCMA级膨润土为主,未处理膨润土几乎没有,能够达到钻井级膨润土的产品不多,大量的钻井级膨润土还需要依赖进口,其生产加工技术远远落后于发达国家。
膨润土生产企业应加强科研投入,不断提升产品质量,以满足我国不断发展的钻探行业对优质材料的需求;寻求优质资源,不断增加对钻井泥浆级和未处理膨润土的研究和生产,替代进口产品,填补国内产品空白。随着技术的不断发展,我国丰富的膨润土资源应用领域和市场占有率将不断提高,具有广阔的发展前景。


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