泥浆工艺原理分析.pptx

泥浆工艺原理 复杂情况处理(1学时) 油基钻井液(0.5学时) 钻井液的功用 清除井底钻屑并将其携带至地面 控制地层压力 冷却和润滑钻头、钻柱 提供低渗透、韧性好的泥饼保护井壁 停止循环时悬浮环空中的钻屑及加重材料 给钻头传递水力能量 钻井液不应具有： 既不能伤害钻井人员，又不能损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成任何腐蚀 钻井液的分类 钻井液的组成 水基泥浆：固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时，水是连续相。(粘土+水+化学处理剂) 油基泥浆：固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在油中，即油是连续相。(柴油+沥青/有机搬土+处理剂) 气体：用高速气体或天然气清除钻屑 粘土胶体化学 典型粘土结构简介 高岭土、蒙脱石、伊利石、海泡石 粘土颗粒（片体）的双电层 粘土的水化作用 分散体系 分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质中的混合体系。 分散相：在分散体系中被分散的物质。 分散介质：分散相颗粒所在的连续介质 按分散相颗粒的分散程度不同，分散体系可分为三类： 分散体系的分类 高岭石结构 高岭石的晶体构造由一个硅氧四面体和一个铝氧8面体组成，硅氧四面体和铝氧八面体由共用的氧原子联结在一起。高岭石的片状结构中，一面为OH层，另一面为氧层，而OH键具有强的极性，片与片之间容易形成氢键，因而晶胞之间连接紧密，晶格底面距仅为7.2Ａ（1A=10-8 cm），故高岭石的分散度较低。这种粘土矿物是比较稳定的，晶格中的离子取代现象几乎是不存在的。水分不易进入晶层中间，为非膨胀类型的粘土矿物，水化性能差，造浆性能不好，不是配制泥浆的好材料。 蒙脱石晶格结构 蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体和夹在它们中间的一层铝氧八面体组成。每个四面体顶端的氧都指向构造层的中央，而与八面体所共有。四面体层中的部分Si+4可被Al+3取代，八面体层中的Al+3可被Fe+2、　Mg+2　、Zn+2等阳离子取代。由于Al+3 Si+4和Mg+2 Al+3的取代，晶体带负电，能吸附较多的阳离子，有较强的离子交换能力。同时晶胞间靠微弱的分子间力连接，晶胞连接不紧密，水分子容易进入两个晶胞之间发生膨胀（全脱水时晶格间距为9.6A，吸水后可达21.4A），水化分散性能较好（造浆能力强），是制配泥浆的优质材料。 伊利石 伊利石的晶体构造和蒙脱石相类似，不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿，因K+存在于晶层之间并进入相邻氧送层的孔穴中，使各晶胞间拉得较紧，水分不易进入层间，因此它是不易膨胀的粘土矿物。 海泡石 是铝和镁的水硅酸盐，其晶体构造常为纤维状。颗粒形状不是片状而是棒状，含有较多的吸附水，内有较高的热稳定性，它在淡水和饱和盐水中的水化膨胀情况几乎一样（良好的抗盐性）。因此，它是配制深井泥浆的好材料。 粘土-水界面的扩散双电层理论 双电层中的反离子，一方面受到固面电荷的吸引，不能远离固面，另一方面，由于反离子的热运动，又有扩散到液相内部去的能力。这两种相反作用的结果，使得反离子扩散地分布在界面周围，构成扩散双电层。 粘土颗粒（片体）表面的双电层 蒙脱石 晶格取代：在蒙脱石的晶格里，四面体层中的部分Si+4被A1+3取代，八面体层中的A1+3与Mg+2取代，使粘土表面吸附Na+、Ca+2、Li+等），当蒙脱石放在水中，吸附的阳离子向水中扩散，使蒙脱石表面带负电。 吸附OH-、含阴离子基团的有机处理剂 高岭石 晶格表面有裸露的Al-OH，在碱性介质里H+部分电离使粘土表面带负电。 吸附ＯＨ,含阳离子基团的有机处理剂。 高岭石无晶格取代。 粘土颗粒（片体）端部表面的双电层 晶格中铝氧八面体和硅氧四面体原来的键断开，在酸性介质里铝氧八面体端部表面是以铝离子作为定势离子，带正电。在碱性环境里，以氢氧离子作为定势离子，带负电。 阳离子交换容量 在PH值为7的条件下，粘土所能吸附的阳离子总量。 通过测定粘土的阳离子交换容量，可以了解粘土表面所带的负电荷 粘土的水化作用 粘土的水化作用：粘土表面吸附水分子，使粘土表面形成水化膜，粘土晶格层面间的距离扩大，产生膨胀以至分散的作用。它是影响水基泥浆性能和井壁稳定的重要因素。 粘土水化作用产生的原因及其方式 粘土表面直接吸引水分子而水化 体系表面能的降低 粘土表面带负电而吸附水分子 晶格里的氧和氢氧层，均可以与水分子形成氢键而吸引水分子。 粘土表面的吸附溶剂化层里，紧密地连接若干阳离子，这些阳离子的水化给粘土颗粒带来水化膜。 影响水化作用的因素 不同的交换性阳离子对粘土水化的影响Ca2+ max17A, Na+ max40A 粘土矿物本性对水化的影响蒙脱石、伊利石、高岭石 泥浆中可容性盐类及泥浆处理剂