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盐水泥浆配制原理

2009-06-05 03:20阅读:

溶蚀性地层以氯化钠盐层最为典型,其他还有钾盐、石膏、芒硝、天然碱等。这类地层又称为水溶性地层,它遇到钻井液中的水,就会发生溶解,使钻井井壁溶蚀掉,其结果经常导致井眼超径、垮塌。
  对付水溶性地层,主要从两方面入手解决:一是降失水,其原理和方法前面已经介绍过;二是降低钻井液对地层的溶蚀性。在泥浆中加入与地层被溶物相同的物质,使溶解度趋于饱和,就是常用的治理溶蚀的方法。例如在岩盐中钻进,采用盐水泥浆作为钻井液,防塌效果良好。
  盐水泥浆是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1%,或用咸水(海水)配制的泥浆,它是靠氯化钠的含量较大而促使粘土颗粒适度聚结并用有机保护胶维持此适度聚结的稳定粗分散泥浆体系。依含盐量的高低,分为盐水泥浆,一般含盐量3%~7%;海水泥浆,总矿化度一般3.3%~3.7%和饱和盐水泥浆,氯化钠约为33%~36%。
  盐水泥浆的粘度低,切力小,流动性好,抗盐侵,抑制岩盐地层的溶解,抗粘土侵的能力强,抑制泥页岩水化膨胀,坍塌和剥落的效果好。
  盐水泥浆的配制有两种情况:其一是先用淡水制备分散性泥浆,然后加盐转化为盐水泥浆;其二是直接用咸水或海水配制泥浆。前一种情况相当于盐侵后泥浆的处理,容易配制;后一种情况,由于膨润土和普通粘土在盐水中不易分散,故配浆困难。为此,对于用盐水或海水直接配浆,宜用抗盐粘土,如凹凸棒土,海泡土等。
  1. 由淡水泥浆转为盐水泥浆
  淡水泥浆中加入NaCl,随NaCl含量的增加,泥浆性能的变化如图4-20所示。由图看出①NaCl含量小于1%时泥浆粘度,切力和失水量的变化不大,属淡水泥浆的范围;②泥浆中含盐量大于1%时,粘度、切力和失水量随含盐量增大而迅速上升,当含盐量达某一值时(此值依粘土特性而定)、粘度、切力达到最大值;③含盐量超过某一值时,粘度和切力随含盐量的增加而下降,失水量则继续增大;④pH值随含盐的增加而逐渐下降。
  泥浆性能的这种变化,可用以前阐述的双电层原理解释。随着NaCl加入量的增加,泥浆中Na+增多,这样粘土吸附层中阳离子数目增多,由此ζ电位下降,扩散层厚度减小,
泥浆由细分散向聚结方向转变,水化膜变薄,粘土颗粒间形成聚结结构,因而粘度、切力上升,由于聚结,水化膜变薄,自由水增多,失水量也上升。当NaCl超过某一值时如图11-20中为3%左右),粘土颗粒聚结明显,分散度下降,致使粘度切力下降,失水量继续上升。
图11-21 淡水泥浆加NaCl后的性能变化
1-粘度;2-切力;3-失水量;4-pH值(用5%丹宁酸钠处理的普通粘土泥浆)
  由图11-20的泥浆性能变化看出,若配制NaCl含量1%~3%的盐水泥浆,则泥浆处理应着重于降粘度和切力,而配制含盐量大于3%的盐水泥浆,泥浆处理主要应降失水。
  pH值下降的原因,是由于Na+从粘土中把氢离子和其他酸性离子交换下来的结果。
  由此,淡水泥浆加盐转为盐水泥浆的配制方法为:①粘土(加碱)预水化,制备淡水粘土悬浮液;②加有机处理剂处理,低盐泥浆主要加稀释剂,高盐泥浆主要加降失水剂;③加盐转为盐水泥浆,并用有机处理剂调节泥浆性能,如加CMC以降失水;④加NaOH以提高pH值到需要的范围;⑤钻进中,随盐的消耗(岩屑和孔壁吸附)需补加盐水溶液(含有机处理剂)。
  2. 用咸水或海水直接配制泥浆
  由于普通粘土在咸水中分散效果差,故粘土悬浮液的失水量大,泥浆易失去稳定性,这不符合钻井要求。最好采用抗盐粘土配制盐水浆。凹凸棒土、坡缕蒿土这些抗盐粘土的原理在本章第一节中已作过介绍。与膨润土比较,抗盐粘土虽然在淡水中的造浆率较低,但在盐水中的造浆率却较高。例如膨润土(山东高阳)在淡水中的造浆率为15m3/t,而在饱和盐水中却只有6.7m3/t;凹凸棒土(江苏盱眙)在淡水中的造浆率虽然仅为10m3/t,而在饱和盐水中的造浆率竟有14~19m3/t,在海水中的造浆率也有17.2m3/t。

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