泥漿工藝原理.備課講稿

1、泥漿工藝原理.鉆井液不應(yīng)具有：l對(duì)鉆井設(shè)備和管材造成任何腐蝕鉆井液的分類液體氣體氣液混合物混水基泥漿泡沫充氣泥漿空氣天然氣油基泥漿鉆井液的組成l水基泥漿：固相顆粒懸浮在水中或鹽水中，油可以乳化到水中，此時(shí)，水是連續(xù)相。(粘土+水+化學(xué)處理劑)l油基泥漿：固相顆粒懸浮在油中，水或鹽水乳化在油中，即油是連續(xù)相。(柴油+瀝青/有機(jī)搬土+處理劑)l氣體：用高速氣體或天然氣清除鉆屑粘土膠體化學(xué)分散體系分散體系的分類類型顆粒大小粗分散體系（懸浮體、乳狀液）0.1m(1X10-5cm)膠體分散體系（溶膠）0.1m1mm1X10-5-1X10-7cm分子與離子分散體系1mm1X10-7cm高嶺石結(jié)構(gòu)高嶺石的晶

2、體構(gòu)造由一個(gè)硅氧四面體和一個(gè)鋁氧8面體組成，硅氧四面體和鋁氧八面體由共用的氧原子聯(lián)結(jié)在一起。高嶺石的片狀結(jié)構(gòu)中，一面為OH層，另一面為氧層，而OH鍵具有強(qiáng)的極性，片與片之間容易形成氫鍵，因而晶胞之間連接緊密，晶格底面距僅為7.2（1A=10-8 cm），故高嶺石的分散度較低。這種粘土礦物是比較穩(wěn)定的，晶格中的離子取代現(xiàn)象幾乎是不存在的。水分不易進(jìn)入晶層中間，為非膨脹類型的粘土礦物，水化性能差，造漿性能不好，不是配制泥漿的好材料。蒙脫石晶格結(jié)構(gòu)蒙脫石的每一構(gòu)造單位由兩層硅氧四面體和夾在它們中間的一層鋁氧八面體組成。每個(gè)四面體頂端的氧都指向構(gòu)造層的中央，而與八面體所共有。四面體層中的部分Si+4可

3、被Al+3取代，八面體層中的Al+3可被Fe+2、Mg+2、Zn+2等陽離子取代。由于Al+3 Si+4和Mg+2 Al+3的取代，晶體帶負(fù)電，能吸附較多的陽離子，有較強(qiáng)的離子交換能力。同時(shí)晶胞間靠微弱的分子間力連接，晶胞連接不緊密，水分子容易進(jìn)入兩個(gè)晶胞之間發(fā)生膨脹（全脫水時(shí)晶格間距為9.6A，吸水后可達(dá)21.4A），水化分散性能較好（造漿能力強(qiáng)），是制配泥漿的優(yōu)質(zhì)材料。伊利石伊利石的晶體構(gòu)造和蒙脫石相類似，不同之點(diǎn)在于伊利石中硅氧四面體中有較多的硅被鋁取代，因取代所缺的正電荷由處在相鄰兩個(gè)硅氧層之間的K+補(bǔ)償，因K+存在于晶層之間并進(jìn)入相鄰氧送層的孔穴中，使各晶胞間拉得較緊，水分不易進(jìn)入層

4、間，因此它是不易膨脹的粘土礦物。海泡石粘土-水界面的擴(kuò)散雙電層理論粘土顆粒（片體）表面的雙電層高嶺石粘土顆粒（片體）端部表面的雙電層陽離子交換容量粘土的水化作用粘土水化作用產(chǎn)生的原因及其方式影響水化作用的因素粘土水膠質(zhì)懸浮體的聚結(jié)作用（凝膠）泥漿的流變性剪切應(yīng)力與剪切速率牛頓流體剪切速率Dv/dx切應(yīng)力：dxdv賓漢塑性流型（Bingham plastic model）賓漢塑性流型（Bingham plastic model）賓漢流動(dòng)曲線剪切速率 =Dv/dx切應(yīng)力：0s=0+塑 靜止塞流層流紊流參數(shù)計(jì)算（范式粘度計(jì)）2300600表1.703 (s-1)=0.511 (Pa) 塑=PV=60

5、0-300 (cp) 1cp=1mPa.s0=0.511(300-塑) (Pa)cp冪律流型(Power law Model)冪律流型的參數(shù)計(jì)算)(1022511. 0log32. 3600300600nnPaskn卡森流型c21212121cc:卡森動(dòng)切力：極限高剪粘度卡森流型的參數(shù)計(jì)算2/12/16002/11002/12/12/16002/11002/1)()(195. 1)()6(570. 1cpPac赫巴流型nK0流變參數(shù)分析：粘度/e塑塑/ )(00e1/neK表觀粘度切應(yīng)力剪切速率abccccbbbaaa/結(jié)構(gòu)粘度結(jié)構(gòu)塑塑塑/ )(00e剪切稀釋特性塑表/0漏斗粘度靜切力、動(dòng)切力

6、觸變性對(duì)鉆井液流變性的一般要求流變參數(shù)的調(diào)整流變參數(shù)的調(diào)整巖屑攜帶問題平板型層流攜巖原理sPA0平板層流的優(yōu)點(diǎn)：)(/324)(/0200dDvdDd塑塑78.460.3)()/(20cpcmdyenes塑實(shí)現(xiàn)平板型層流的方法巖屑在環(huán)形空間內(nèi)的上升速度巖屑在環(huán)形空間內(nèi)的上升速度21)(363. 0fDpVpsVs：巖屑的沉降速度m/s Dp：巖屑的直徑cmp：巖屑的密度g/cm3：鉆井液密度g/cm3f：阻力系數(shù)巖屑的最低上返速度%50asaVVVK井壁穩(wěn)定理論在地殼里，三個(gè)可能的應(yīng)力圖S-Pf=131S-Pf=31S-Pf=32激動(dòng)壓力泥漿的失水和造壁性失水過程失水過程泥漿失水與造餅性與鉆井

7、的關(guān)系對(duì)失水和泥餅的要求：失水和造壁性的調(diào)節(jié)鉆井液體系的分類分散鉆井液體系分散鉆井液體系鈣處理泥漿鈣處理泥漿鹽水鉆井液鹽水鉆井液鉀基鉆井液體系不分散聚合物鉆井液體系不分散聚合物鉆井液體系聚合物的主要作用機(jī)理聚合物的主要作用機(jī)理聚合物的主要作用機(jī)理聚合物的主要作用機(jī)理典型的聚合物泥漿體系兩性復(fù)合離子聚合物兩性復(fù)合離子聚合物兩性復(fù)合離子聚合物主要用作：聚合物的失水控制聚合物的提粘劑聚合物的防塌作用聚合物的絮凝作用泥漿組成和性能對(duì)鉆速的影響泥漿組成和性能對(duì)鉆速的影響泥漿組成和性能對(duì)鉆速的影響泥漿組成和性能對(duì)鉆速的影響固相的分類有害固相對(duì)鉆井所帶來的不利影響清除泥漿固相的方法鉆井液中的重要處理劑鉆井液加重計(jì)算202)(wwwVGPH值降失水劑復(fù)雜情況處理（井漏）井漏）堵漏方法井井 塌（塌（井塌的原因）井井 塌（塌（井塌的原因）防塌措施卡鉆（卡鉆（卡鉆的類型)卡鉆（卡鉆（解決措施