泥漿工藝批注

1、歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對(duì)您有所幫助！PAGE PAGE 168感謝閱讀本文檔，祝您工作順利，步步高升！降失水劑如：Na-CMC、HPAN、NaC、SPA、高水解度低分子量PHP，淀粉 FCLS。具有兩親結(jié)構(gòu)的泥漿有機(jī)處理劑（如CMC、NaC、FCLS、NaT等）也有乳化作用。 紊流減阻作用：PHP絮凝劑：PAM或低H（40%以下）PHP。聚丙烯酰胺PAM或含水量H80%的PHP作降失水劑及增粘劑。稀釋劑：NaT，NaC KC，F(xiàn)CLS。增粘劑：Na-CMC、高分子量PHP(HPAM)、淀粉 HPAN 不抗鈣鎂離子： KC NaC PHP HPAN Na-CMC抗鈣： FCLS （TLM）

2、 CPA抗鹽：HPAN CPA FCLS （TLM）抗高溫： FCLS HPAN PHP NaC（深井） KC 海泡石、不抗高溫： Na-CMC 多糖類(lèi)（淀粉 發(fā)酵）潤(rùn)滑:CMC NaC PHP NaT FCLS鹽水泥漿：PAC HEC （NaCl KCl海水配制，用FCLS做稀釋劑，HPAN做降失水劑） 第一章 鉆孔沖洗第一節(jié) 概述鉆孔沖洗是鉆進(jìn)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，鉆孔鉆進(jìn)的三項(xiàng)主要工序破巖、排粉及保護(hù)孔壁，沖洗液在這三方面都起著十分重要的作用，因此在鉆探中素有鉆孔的“血液”之稱(chēng)。下面具體講：沖洗液的功用及沖洗方式。一. 沖洗液的功用：1. 冷卻鉆頭：鉆頭與巖石摩擦產(chǎn)生高熱量，需及時(shí)冷卻，

3、否則就會(huì)降低鉆頭壽命，甚至燒鉆。尤其是金剛石鉆進(jìn)。2. 潤(rùn)滑鉆具：目的是開(kāi)高轉(zhuǎn)速（千rpm以上）以提高破巖效果。3. 清洗孔底，排帶巖粉：保持井底清潔，防止重復(fù)破碎，否則鉆孔壽命及效率下降，甚至燒鉆。排粉與上返速度有關(guān)。石油鉆0.5m/s 。巖芯鉆 0.3m/s 。金剛石鉆0.10.8m/s。4. 保護(hù)孔壁：泥漿還具有護(hù)壁作用。5. 破碎巖石：高壓噴射鉆井直接利用沖洗液射流（達(dá)100m/s）來(lái)破碎巖石，也可用高壓自射流（1000kg/m2以上）破碎中硬以上的巖石。6. 井底動(dòng)力鉆進(jìn)時(shí)作動(dòng)力傳送介質(zhì)：如沖擊回轉(zhuǎn)、渦輪、螺桿鉆等。7. 輸送巖芯：水力連續(xù)返芯。8. 降低泵壓：起紊流減阻作用。降泵壓

4、，尤其是井底動(dòng)力鉆進(jìn)。9. 傳遞信息：隨鉆技術(shù)，傳遞井底脈沖信號(hào)。10. 保護(hù)油氣層及巖礦芯（如鹽礦、石膏等）。二、根據(jù)以上作用，鉆探對(duì)沖洗液提出如下要求：（沖洗液要求）1. 良好的冷卻散熱能力及潤(rùn)滑性，保證鉆具正常工作。2. 清洗排帶分離巖粉的能力強(qiáng)，保持井底及沖洗液清潔。3. 良好的剪切稀釋作用。4. 護(hù)壁作用好，能護(hù)壁、防噴、防漏、堵漏。5. 抗污染能力強(qiáng)，自身穩(wěn)定性好。防鈣、鎂、鹽及粘土浸溶。高溫高壓下能保持穩(wěn)定。6. 利于返芯、測(cè)井、防斜及泵送，無(wú)污染。第二節(jié) 鉆孔沖洗液的分類(lèi)及發(fā)展一、沖洗液的分類(lèi)根據(jù)洗井介質(zhì)，以氣體、水、油為基礎(chǔ)分成氣體、液體及氣液混合三大類(lèi)。具體為：1. 清水及

5、清水溶液：a. 清水：是最早使用的一種沖洗液，用于鉆進(jìn)穩(wěn)定地層。特點(diǎn)：鉆進(jìn)效率高，冷卻好，成本低，護(hù)壁排粉差。b. 各種鹽水溶液：如飽和鹽水溶液用于鉆進(jìn)鹽層。c. 表面活性劑水溶液：如松香酸鈉水溶液等用于金剛石小口徑鉆進(jìn)，起潤(rùn)滑作用。d. 各種高分子聚合物溶液：如減阻液用于降泵壓等。2. 乳狀液：a.水包油乳狀液：水是連續(xù)相，油是分散相。HBS7b.油包水乳狀液，油是連續(xù)相，水是分散相。乳狀液用于小口徑金剛石鉆進(jìn)穩(wěn)定巖層時(shí)起潤(rùn)滑減摩鉆具作用。3. 泥漿：粘土分散在清水中并加入合適的處理劑形成的沖洗液，用于鉆進(jìn)不穩(wěn)定地層起護(hù)壁作用，但效率較低。具體分類(lèi)見(jiàn)第二章。4. 無(wú)粘土沖洗液：由高聚物及其處

6、理劑配制的沖洗液，兼有泥漿的護(hù)壁作用和清水的低比重高鉆效作用，是沖洗液發(fā)展的主要方向之一，逐步在巖芯鉆中推廣應(yīng)用取代泥漿。5.氣液混合鉆進(jìn)：a.泡沫鉆進(jìn)：以氣體為主。由氣 + 水 + 發(fā)泡劑組成。多用于漏失缺水地層b.混氣水鉆進(jìn)：以水為主。由水 + 氣 +發(fā)泡劑組成。6.空氣鉆進(jìn)：a.壓縮空氣洗孔：鉆速高，多用于缺水及漏失地層。b.高壓天然氣洗孔：鉆速高，多用于缺水及漏失地層。沖洗液的發(fā)展：* 1. 公元前250 1122年以來(lái)，最早采用清水作沖洗液鉆鹽井取鹽（我國(guó)四川自貢），當(dāng)時(shí)是向井內(nèi)注水。* 2. 1860年以來(lái)開(kāi)始采用循環(huán)沖洗液排巖粉，隨著十九世紀(jì)九十年代回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的出現(xiàn)，粘土自然造漿，

7、逐步轉(zhuǎn)入泥漿護(hù)壁。上世紀(jì)二十年代以來(lái)，開(kāi)始出現(xiàn)泥漿原料及處理劑商品，泥漿儀器，逐步走上了科學(xué)應(yīng)用泥漿的道路。 1922年開(kāi)始采用重晶石加重泥漿，控制地層應(yīng)力。 1928年開(kāi)始廣泛采用膨潤(rùn)土泥漿鉆井。 1930年開(kāi)始采用高PH泥漿，鹽水泥漿及油鉆井。1935年采用硅酸鈉泥漿鉆井，均是解決頁(yè)巖水敏性地層。* 1940年以來(lái)先后發(fā)展了木質(zhì)素泥漿，丹寧y泥漿，聚合物泥漿。隨后發(fā)展了油乳化泥漿及深井泥漿。為了提高鉆進(jìn)效率，發(fā)展應(yīng)用了不分散低固相泥漿和無(wú)粘土沖洗液。并取得了較好的效果。* 小口徑金剛石鉆進(jìn)在巖芯鉆中發(fā)展較快，其沖洗液也從清水發(fā)展到目前使用的各種潤(rùn)滑沖洗液。如乳狀液、乳化泥漿及表面活性劑水溶

8、液。為了解決高價(jià)離子破乳問(wèn)題，七十年代以來(lái)發(fā)展應(yīng)用了多種抗高鈣離子的各種復(fù)合型乳狀液?？諝忏@進(jìn)等也得到了較大的發(fā)展，尤其缺水的西北高原地區(qū)。* 全世界目前有數(shù)百家泥漿公司，粘土有60多種，各種處理劑超過(guò)2600種。* 從1931年以來(lái)，先后發(fā)展應(yīng)用了各種泥漿儀器如粘度計(jì)，失水儀、固相含量測(cè)定儀等。且許多泥漿性能監(jiān)測(cè)已廣泛采用電腦控制，泥漿參數(shù)采用電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。泥漿理論在化學(xué)、流變學(xué)，生物工程學(xué)等各方面都得到了發(fā)展。* 鉆井沖洗液目前的國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)深入研究各種處理劑的作用機(jī)理，爭(zhēng)取在理論上有所突破，進(jìn)而發(fā)展高效處理劑；研制多功能處理劑，做到一劑多用；粘土處理劑的改型；超深井泥漿及處理劑；巖芯鉆探

9、逐步研究推廣無(wú)粘土沖洗液；泥漿凈化，尤其是小于2m的固相粒子的凈化；鉆井現(xiàn)場(chǎng)泥漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配套及現(xiàn)代化。巖心采取率：75%85% 礦心采取率：85%95%第三節(jié) 鉆孔沖洗方式1. 正循環(huán)：全孔正循環(huán)是目前常用的循環(huán)方式。沖洗液通過(guò)水泵及鉆桿進(jìn)入孔底，經(jīng)鉆頭水口返出，沿鉆桿與井壁的環(huán)空上返攜帶巖粉排出井口。如圖1.1 a所示特點(diǎn)：1）循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛；2）有利于破巖及排粉；3）沖洗液直接沖刷巖芯，影響采芯率及巖芯質(zhì)量。2. 反循環(huán)：全孔反循環(huán)如圖1.1 b 所示，沖洗液的流動(dòng)方向正好與正循環(huán)相反。為了將沖洗液壓入孔內(nèi)，孔口必須加密封裝置密封?？卓诿芊馄魍瑫r(shí)要能讓鉆桿自由回轉(zhuǎn)和上下提動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)

10、：1）由于鉆桿內(nèi)徑斷面較小，沖洗液上返流速較較大，有利于排粉（較大的）。尤其是大口徑鉆進(jìn)和空氣鉆進(jìn)；2）能實(shí)現(xiàn)水力連續(xù)取芯，提高巖芯采取率和鉆速；3）由于反循環(huán)沖洗液流動(dòng)方向與巖芯進(jìn)入巖芯管方向一致，并使其處于懸浮狀態(tài)，沖洗液不能直接沖刷巖芯，故有利于提高巖芯采取率，防止堵芯缺點(diǎn)：1）沖洗液流速過(guò)大時(shí)可能使巖芯次序顛倒；2）孔壁漏失時(shí)，不適合用之，但可采用雙層或三層鉆桿隔離實(shí)現(xiàn)全孔反循環(huán)鉆進(jìn)，可同時(shí)解決漏失與孔壁坍塌問(wèn)題。3. 孔底局部反循環(huán)：如圖1.1 c 所示，它是在正循環(huán)的基礎(chǔ)上在井底加上一個(gè)噴反接頭，沖洗液自鉆桿內(nèi)輸入，由噴反接頭處流出，在下面的巖芯管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓抽吸力，從而形成井底部分

11、是反循環(huán)，井上部分是正循環(huán)結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單效果較好，目前在巖芯鉆探中也廣泛使用，尤其是鉆進(jìn)破碎地層。優(yōu)點(diǎn)：1）避免沖洗液直接沖刷巖芯，可提高采取率，防止堵芯；2）由于只限于井底局部反循環(huán)，故克服了全孔反循環(huán)受鉆孔漏失的限制，可用于破碎難采芯地層鉆進(jìn)。缺點(diǎn)：同反循環(huán)一樣，巖芯次序易顛倒。小結(jié)：本章主要介紹了鉆孔沖洗液的功用及分類(lèi)。主要有10大功用，分成六大類(lèi)。在此基礎(chǔ)上介紹了沖洗液的三種循環(huán)方式及其特點(diǎn)。簡(jiǎn)介了沖洗液的發(fā)展。要求了解掌握各類(lèi)沖洗液的特點(diǎn)、功用及適用范圍。能合理選擇合適的鉆井沖洗液洗井及合適的鉆孔循環(huán)方式鉆進(jìn)。 第二章 泥漿 第一節(jié) 概述一、泥漿的組成及類(lèi)型：它是以粘土為分散相

12、，水為分散介質(zhì)組成的固液分散體系，其中粘土大多大于0.2m(10-6m)屬懸浮體，少量小于0.2m屬膠體粒子。為使粘土粒子更好地分散穩(wěn)定，以滿(mǎn)足鉆進(jìn)工藝的要求，常加入各種泥漿化學(xué)處理劑對(duì)泥漿進(jìn)行處理。所以說(shuō)：泥漿是由粘土、化學(xué)處理劑及水組成的一種多相分散體系。此外油基泥漿以油為分散介質(zhì)。隨著泥漿工藝的發(fā)展，泥漿類(lèi)型不斷增加，泥漿的發(fā)展趨勢(shì)是：細(xì)分散淡水泥漿粗分散泥漿不分散泥漿；高固相泥漿低固相泥漿無(wú)粘土（無(wú)固相）泥漿；水基泥漿混油泥漿油基泥漿；淺井泥漿深井泥漿；液固體系氣固液體系。目前泥漿主要分成兩大類(lèi)：（一）水基泥漿1. 細(xì)分散淡水泥漿（Fresh Water Muds） （加堿予水化）含鹽

13、1%，含鈣9的叫高PH泥漿。特點(diǎn)：配制簡(jiǎn)單，成本較低，一般地層鉆進(jìn)常用。2. 粗分散抑制泥漿1）鹽水泥漿：含鹽量1%，包括鹽水泥漿，飽和鹽水泥漿及海水泥漿。2）鈣處理泥漿：含鈣120ppm，包括石灰、石膏、CaCl2處理泥漿3）鉀基泥漿：含KCl1%粗分散抑制泥漿 特點(diǎn)：粗分散泥漿抑制水敏性泥巖、頁(yè)巖水化膨脹能力強(qiáng)，適用性廣，主要用于水敏、水溶性巖石鉆進(jìn)護(hù)壁如頁(yè)巖、石膏、鹽層等。3. 不分散低固相泥漿（Non-dispersed low solid muds）粘土（重量計(jì)）10%(體積計(jì)7%)的泥漿叫低固相泥漿。粘土含量Na+K+Rb+Cs+；Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+2）吸附陽(yáng)離子電價(jià)

14、的影響離子半徑相近時(shí)，電價(jià)越高水化能力越強(qiáng)。如Ca2+Na+。但粘土顆粒按等當(dāng)量計(jì)算吸附，如吸附一個(gè)Ca2+就可吸附兩個(gè)Na+。Na+ 的水化數(shù)為8.4個(gè)，Ca2+為10.0個(gè)。所以吸附Ca2+時(shí)的吸附水分子數(shù)為10個(gè)，而吸附等當(dāng)量的Na+時(shí)的吸附水分子數(shù)為28.4=16.8個(gè)，所以Na膨潤(rùn)土的水化膨脹能力比Ca膨潤(rùn)土強(qiáng)得多。一般常用加Na+（Na2CO3）取代Ca2+來(lái)將自然界中的的Ca土改型成Na土以提高其水化分散能力，這就是我們泥漿用Na2CO3進(jìn)行堿處理的目的。（泥漿堿處理原因）3. 鈣膨潤(rùn)土為什么要進(jìn)行堿處理？3）可溶鹽的影響可溶鹽類(lèi)使粘土吸附水分子的能力降低。4）溫度及時(shí)間的影響溫

15、度越高水化越快 時(shí)間越長(zhǎng)水化越完全4. 粘土水化過(guò)程粘土吸水產(chǎn)生水化膨脹分散1）吸水膨脹：短距離作用2）分散：遠(yuǎn)距離作用，可達(dá)120。四、粘土的吸附性能泥漿中廣泛存在著粘土水這一固液界面吸附，粘土的水化、泥漿處理劑對(duì)泥漿性能的作用、可溶鹽對(duì)泥漿性能的影響等都是通過(guò)吸附作用改變粘土顆粒表面性質(zhì)來(lái)進(jìn)行的。1. 吸附的分類(lèi)根據(jù)吸附理論，可將其分成以下三類(lèi)：1）物理吸附由分子間相互作用力（即范德華力）所產(chǎn)生的吸附。特點(diǎn)：a. 吸附力弱并易解吸 b. 吸附速度快 c. 無(wú)選擇性 d. 分散度高，比表面大則吸附量大泥漿中PAM、CMC等有機(jī)處理劑分子與粘土間廣泛存在物理吸附2）化學(xué)吸附吸附物質(zhì)之間靠化學(xué)鍵

16、力（離子鍵、共價(jià)鍵、配價(jià)鍵）所產(chǎn)生的吸附。該吸附可看作是兩相界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。特點(diǎn)：a. 吸附力強(qiáng)，不易解吸 b. 吸附速度慢 c. 有選擇性吸附 d. 可逆泥漿中廣泛存在化學(xué)吸附，粘土與處理劑間大量存在化學(xué)吸附。如丹寧酸鈉與粘土的吸附，焦磷酸鈉與粘土的吸附。3）離子交換吸附 （泥漿進(jìn)行化學(xué)處理和性能調(diào)節(jié)的依據(jù)）粘土顆粒表面吸附的陽(yáng)離子同泥漿中的另一種陽(yáng)離子進(jìn)行等當(dāng)量交換的過(guò)程叫離子交換吸附。它是一種物物理化學(xué)吸附，整個(gè)過(guò)程中既有物理吸附又有化學(xué)吸附。特點(diǎn)：a. 可逆 b. 等當(dāng)量交換離子交換吸附是泥漿進(jìn)行化學(xué)處理和性能調(diào)整的依據(jù)。如 2Na+Ca土Na土+Ca2+ 就是用Na+將Ca2+交

17、換出來(lái)。2. 粘土產(chǎn)生陽(yáng)離子交換的原因1）礦物晶格內(nèi)部的離子交換作用，產(chǎn)生負(fù)電荷最多，一般交換量蒙脫石伊利石高嶺石。2）在堿性條件下，礦物晶格表面OH層中的H+的電離，使粘土帶負(fù)電，但不大。高嶺石以此為主。相反在酸性條件下則產(chǎn)生OH-的電離，使粘土帶正電，變?yōu)槲酵饨绲年庪x子。3）斷鍵作用，能產(chǎn)生少量的負(fù)電荷或正電荷，吸附外界陽(yáng)離子或陰離子。交換量隨粘土分散度增大而增加，是高嶺石、伊利石、海泡石產(chǎn)生離子交換的主要原因。3. 陽(yáng)離子交換吸附的特點(diǎn)1）同號(hào)離子等電量交換，正與正交換，負(fù)與負(fù)交換。如一個(gè)Ca2+與兩個(gè)Na+交換。2）交換是有順序的、可逆的、并受濃度效應(yīng)的影響。 陽(yáng)離子交換順序是：H+

18、Fe3+Al3+Ba2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+濃度越高，交換反應(yīng)能力越強(qiáng) ，所以反應(yīng)是可逆的。陽(yáng)離子交換順序的原則是：離子電價(jià)高，離子半徑大，水化能力弱的的離子容易被吸附，按影響從大到小排列。其中H+是個(gè)例外，因其體積小，水化差，容易被吸附，但只能在酸性條件下存在。3）幾何效應(yīng)對(duì)交換有影響。離子直徑與前述SiO四面體六角環(huán)空穴大小相當(dāng)（如K+、NH4+）時(shí)，離子進(jìn)入后不易出來(lái)，成為不可交換的離子。故常用KCl泥漿防止井壁粘土質(zhì)巖石水化膨脹，維持井壁穩(wěn)定。4）溫度及時(shí)間效應(yīng)的作用。溫度越高則交換容量越低，交換反應(yīng)速度越快；溫度越高則交換量越大，尤其是層面反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)（一天），而

19、側(cè)面快些。4. 陽(yáng)離子交換容量在中性條件下（PH=7），粘土所能吸附離子的總量叫陽(yáng)離子交換容量或吸收容量。以mg當(dāng)量/100g土表示。一般交換性陽(yáng)離子為H+及鹽基Na+、K+、Ca2+、Mg2+影響因素：1）粘土礦物本身成分的影響蒙脫石 80150 伊利石 1040 海泡石 2030 高嶺石 315用下列指標(biāo)區(qū)分鈉膨潤(rùn)土和鈣膨潤(rùn)土：Na+/ Ca2+1 或 Na+K+Ca2+Mg2+ 時(shí)，為鈉土Na+/ Ca2+1 或 Na+K+Ca2+Mg2+ 時(shí)，為鈣土Na+K+Ca2+Mg2+ / Na+K+Ca2+Mg2+H+1 PH7時(shí)，交換容量越大。5. 陽(yáng)離子交換速率原則：晶體側(cè)面交換速率快，而

20、晶體層間交換速度慢。所以高嶺石交換速度快，加堿處理瞬間即見(jiàn)效，而蒙脫石等交換速度慢，加堿處理需要一天時(shí)間攪拌方可加快反應(yīng)速度。6. 陽(yáng)離子交換的其它作用粘土可吸附有機(jī)陽(yáng)離子，由此可進(jìn)行染色反應(yīng)，粘土可吸附陽(yáng)離子表面活性劑，使親水粘土變?yōu)橛H油粘土。某些粘土在PH7時(shí)帶負(fù)電，在PHNa+ Ba2+Ca2+Mg2+3）陽(yáng)離子水化程度的影響離子水化弱易吸附在吸附層電位降低。由雙電層理論可知：a. 適量加入Na+可使粘土改型，促使其水化分散，使泥漿穩(wěn)定；b. 加入高價(jià)離子（Ca2+ Mg2+ 等），使電位降低，泥漿失穩(wěn)；c. 加入過(guò)量低價(jià)離子也會(huì)壓縮雙電層，降低電位，使泥漿失穩(wěn)。六. 泥漿的穩(wěn)定與聚結(jié)泥

21、漿的穩(wěn)定與聚結(jié)作用對(duì)泥漿性能影響很大，所以是十分重要的。它主要受粘土本身及電介質(zhì)的影響。泥漿中粘土顆粒的分散與穩(wěn)定是相對(duì)的，而凝聚與聚結(jié)是絕對(duì)的。泥漿中主要存在沉降穩(wěn)定性和聚結(jié)穩(wěn)定性?xún)煞矫娴膯?wèn)題。1. 泥漿的沉降穩(wěn)定性泥漿中的粘土顆粒抵抗由于自重產(chǎn)生的沉降，而分散穩(wěn)定于泥漿中的能力。如現(xiàn)場(chǎng)粗粒土攪拌分散，停攪沉淀，水土分層現(xiàn)象。影響粘土沉降的因素：1）分散相（粘土）粒子的大小，形狀。 大沉降快 層狀沉降慢 球狀沉降快2）分散相與分散介質(zhì)（水）的密度（比重）差，差越大沉降越快；3）分散介質(zhì)的粘度，越大沉降越慢，如東西在水中比在油中沉的快；4）溫度t，t越高越小沉降速度越快。為了減少泥漿中顆粒的沉

22、降速度，可提高泥漿的粘度，增加其沉降穩(wěn)定性。2. 泥漿的聚結(jié)穩(wěn)定性泥漿中的粘土顆粒間不產(chǎn)生相互凝聚或聚結(jié)在一起的特性。失穩(wěn)過(guò)程：小顆粒聚結(jié)大顆粒成團(tuán)沉降失穩(wěn)影響因素：1) 分子間力（范德華力）產(chǎn)生的吸力作用；2) 電介質(zhì)的聚結(jié)作用；電介質(zhì)電價(jià)高，濃度大壓縮雙電層電位降低水化膜變薄聚結(jié)。3) 粘土顆粒間同性電荷（負(fù)電荷）的斥力作用；負(fù)電多電位高斥力（2）大聚結(jié)。4) 吸附層水化膜的穩(wěn)定作用；吸附層水化膜越厚聚結(jié)。泥漿的粘土顆粒發(fā)生聚結(jié)作用，形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。若結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，則屬于凝膠體系；若結(jié)構(gòu)是一團(tuán)一團(tuán)不連續(xù)的，結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)有大量水，呈絮狀物，這就發(fā)生絮凝物體系，會(huì)失去沉降穩(wěn)定性。泥漿中加入

23、少量電介質(zhì)時(shí)電位降低斥力降低網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多泥漿黏度變大。加入稀釋劑吸力減低網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)少泥漿黏度變小。七. 粘土的尋找與鑒定（略講）粘土是配漿的主要材料，其質(zhì)量好壞影響很大，國(guó)外有專(zhuān)門(mén)的泥漿公司生產(chǎn)商品化粘土及處理劑，國(guó)內(nèi)也向此方向發(fā)展。1. 粘土的尋找（略講）主要以找膨潤(rùn)土為主。膨潤(rùn)土主要由中酸性火山凝灰?guī)r蒙脫石化而成，故應(yīng)在火山巖地區(qū)尋找。一般規(guī)定蒙脫石含量達(dá)7080%以上才算膨潤(rùn)土礦。自然界中大都為Ca土（如浙江余抗土），少數(shù)為Na土（如新疆夏子街）凹凸棒石應(yīng)在富含Mg的蛇紋巖、白云巖等堿性介質(zhì)中尋找；海泡石應(yīng)在含Mg的強(qiáng)堿性介質(zhì)中尋找，如湖南瀏陽(yáng)、石門(mén)；高嶺石是由長(zhǎng)石分化而成，多存在于酸性介質(zhì)

24、中，如江西景德鎮(zhèn)。2. 粘土的鑒定（略講）1) 有復(fù)雜的較精確的鑒定方法：a. 電子顯微鏡法：將粘土晶體放大一萬(wàn)部以上觀察晶形的區(qū)別；b. X-光衍射分析法：利用各粘土礦物的X射線(xiàn)衍射圖譜的差異來(lái)區(qū)別；c. 差熱分析法：各種粘土礦物加熱時(shí)產(chǎn)生不同的吸熱及放熱效應(yīng)來(lái)區(qū)別；d. 熱失重法：利用各種粘土礦物在加熱過(guò)程中，不同的失水溫度來(lái)區(qū)別。2) 有一般的較簡(jiǎn)易的鑒定方法：a. 如化學(xué)分析法：分析粘土的化學(xué)組成；b. 離子交換試驗(yàn)：利用各種粘土陽(yáng)離子交換量不同，測(cè)定其離子交換量來(lái)區(qū)別，如亞甲基藍(lán)吸收法；c. 粘土的染色試驗(yàn)：這是一種簡(jiǎn)易而又有效的方法，簡(jiǎn)易中常用。它是利用粘土顆粒帶負(fù)電荷，能吸附可染

25、色的有機(jī)陽(yáng)離子的原理使不同的粘土染上不同的顏色來(lái)區(qū)別；d. 粘土的膨脹試驗(yàn)及浸泡試驗(yàn)：利用各種粘土水化膨脹性能不同，通過(guò)測(cè)定其膨脹性或膨潤(rùn)度來(lái)區(qū)別。一般Ca土吸水12倍，Na土吸水512倍。e. 粘土評(píng)價(jià)方法：造漿試驗(yàn)：就泥漿而言，造漿率粘土質(zhì)量造漿率：API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不加任何處理劑時(shí)，每噸粘土能配制ya為150CP的泥漿量。單位 m3/T土。利用不同粘土造漿率的差異來(lái)區(qū)別：高嶺土15 m3/T土，膨潤(rùn)土可達(dá)830 m3/T土。總之，粘土鑒定方法很多，必須靠多種方法綜合鑒定才行。八、鉆探用水（略講）鉆井沖洗液多用水配制，所以水質(zhì)對(duì)沖洗液影響很大，故應(yīng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分析。主要是分析水的硬度和總礦化度

26、。水的總礦化度是指水中離子，分子及各種化合物的總含量。常以每L水在105110下烘干時(shí)所得的干涸殘?jiān)亓縼?lái)表示。單位 g/L水。按其總礦化度大小，可將水分成三類(lèi)：淡水 干涸殘?jiān)?50g/L水水的硬度是指水中Ca、Mg鹽的含量。其中分暫時(shí)硬度和永久硬度，以mg當(dāng)量/L水表示或德國(guó)度（1=1/2.8mg當(dāng)量/L水）。暫時(shí)硬度是指水中Ca、Mg的重碳酸鹽和碳酸鹽。這類(lèi)鹽經(jīng)煮沸后生成沉淀物可除去Ca、 Mg：M（HCO3）2 MCO3+CO2+H2O M=Ca. Mg永久硬度是指水中Ca、Mg的硫酸鹽，氧化物等。煮沸后這部分不能除去，只能外加碳酸鹽等沉淀Ca、Mg而軟化水：MSO4+Na2CO3MCO

27、3+Na2SO4 M=Ca. Mg此外，水中的Na、K鹽叫負(fù)硬度。水的總硬度=暫時(shí)硬度+永久硬度按總硬度可將水分為：極軟水 Mg. Ca 1.5mg當(dāng)量/L水（或 21.0mg當(dāng)量/L水硬水軟化：用純堿處理小結(jié)本部分為泥漿的基礎(chǔ)理論知識(shí)，是學(xué)習(xí)泥漿知識(shí)的基礎(chǔ)，應(yīng)了解掌握。概述部分主要分析介紹了泥漿的組成、分類(lèi)及特點(diǎn)：組成：由粘土、水及泥漿處理劑組成的多相分散體系。類(lèi)型：分水基和油基兩大類(lèi)，具體分成8個(gè)小類(lèi)，并分別介紹了其特點(diǎn)和適用方法。第二節(jié)主要分析介紹了粘土的組成、類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、性能及尋找鑒定方法，同時(shí)介紹了鉆探用水。組成：化學(xué)成分主要為SiO2、 Al2O3，礦物成分為粘土礦物及少量雜質(zhì)（構(gòu)

28、成含砂量部分）。類(lèi)型：依其各種粘土礦物含量不同分成四類(lèi)，泥漿以膨潤(rùn)土類(lèi)為主。結(jié)構(gòu)：四類(lèi)粘土礦物均是由Si-O四面體和Al-O八面體構(gòu)成的層片狀或棒狀結(jié)構(gòu)。粘土的性能主要包括：1. 水化膨脹作用：粘土顆粒表面吸附水分子而產(chǎn)生膨脹一致分散的作用，吸水方式有直接吸附水分子水化和吸附水化陽(yáng)離子而水化膨脹兩種方式。水化規(guī)律是：離子半徑小，電價(jià)高水化強(qiáng)，反之亦然。例：一價(jià)Na+吸水8.4個(gè)，二價(jià)的Ca2+吸水10個(gè)。2. 吸附作用：分物理吸附和化學(xué)吸附及離子交換吸附三種方式，各有特點(diǎn)。三種方式在泥漿配制及處理中均廣泛存在，以后者為主。離子交換吸附特點(diǎn)：同號(hào)離子等當(dāng)量交換2Na+Ca2+; 有順序；且離子濃

29、度越高交換吸附越強(qiáng)。陽(yáng)離子交換的原則：離子電價(jià)低，半徑大，水化弱易被吸附。陽(yáng)離子交換容量：蒙脫石 伊利石 海泡石 高嶺石。且分散度高、PH高交換容量大。3. 雙電層理論：粘土表面吸附的水化膜分成吸附層和擴(kuò)散層。吸附層越厚擴(kuò)散層越薄電位越小水化膜越薄分散性越差吸附層越薄擴(kuò)散層越厚電位越大水化膜越厚分散性越好吸附陽(yáng)離子電價(jià)高、濃度大電位小分散差聚結(jié)沉淀例Ca2+侵、鹽侵，使泥漿B直至水土分離破壞.4. 尋找與鑒定：以找膨潤(rùn)土為主。有精確及簡(jiǎn)便鑒定方法。鉆探常用染色法鑒定。5. 鉆探用水：主要分析水的總礦化度及硬度，減少水中有害物質(zhì)（如Ca2+,Mg2+,Cl-,SO42-）對(duì)泥漿的侵蝕。第三節(jié) 泥

30、漿性能及其測(cè)量方法一、泥漿的流變性泥漿流變學(xué)是研究在外力的作用下，泥漿流動(dòng)與變形的科學(xué)。具體是研究泥漿的黏度、切力及觸變性等問(wèn)題。泥漿流變性直接影響鉆速、泵壓、排量、攜帶與懸浮巖粉固井等工藝。本部分主要從液流的基本概念流型分析泥漿流變性測(cè)量計(jì)算流變性討論泥漿流變性與鉆井的關(guān)系。在外力作用下，液體在管內(nèi)流動(dòng)是不均勻的，如圖2.7所示流速分布從管中心到管壁由最大逐漸減小到零。用流速梯度來(lái)表示流速梯度=dv/dx （秒-1）鉆井中，由于各循環(huán)部位V不同，也不同：鉆頭水眼達(dá)1000070000 s-1 ，鉆桿內(nèi) 1001000 s-1 ，環(huán)空內(nèi) 50250 s-1，沉砂池 1020 s-1流體流動(dòng)時(shí)，

31、由于各層間V不同，在流體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使液體具有粘滯性（剪切變形）。內(nèi)摩擦力F與液層間接觸面積S和剪切速率（dv/dx）成正比關(guān)系：即: F Sdv/dx F=Sdv/dx令=F/S 單位面積上的剪切力，叫剪切應(yīng)力=dv/dx 或 =/ 粘度. 是度量液體的粘滯性大小的常數(shù)，泊或厘泊 1P=100cP=/ 叫液體的內(nèi)摩擦定律。它只適用于牛頓流體。的單位為達(dá)因/厘米21. 流型分析一般流體分為牛頓流體（如清水）和非牛頓流體（如泥漿）。不同的流體用不同的流變方程來(lái)表示。一般將流體歸納成四種流型，并用流變曲線(xiàn)（關(guān)系曲線(xiàn)）來(lái)表示。（1) 牛頓流型 2) 塑性流型3) 假塑性流型 4) 膨脹流型1)

32、牛頓流型特點(diǎn)：a. 流變曲線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)，且為直線(xiàn)； b. 屬于單相均勻流體； c. 遵循內(nèi)摩擦定律； d. 是常量不變，與、無(wú)關(guān)，是流變參數(shù)。=/ = 常數(shù)符合牛頓流型的流體叫牛頓流體，如水、油、低分子化合物溶液等。20時(shí)，水的=1 cP。2) 塑性流型特點(diǎn)：a. 流變曲線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)； b. 曲線(xiàn)向上凹； c. 屬于多相不均勻流體； d. 隨變化 e. 不服從牛頓定律而服從賓漢公式=+p f. 整個(gè)流動(dòng)過(guò)程經(jīng)歷了5個(gè)狀態(tài)：靜止 - 塞流 - 塞流向?qū)恿鬟^(guò)渡 - 層流 - 紊流解釋?zhuān)?靜切力或凝膠強(qiáng)度，表示泥漿靜止時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 動(dòng)切力或屈服值，表示泥漿層流狀態(tài)時(shí)塑性流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。達(dá)因/cm2

33、 或 磅/1000R2 1磅/1000R2=4.8dyn/cm2 p 塑性粘度，P 或 cP A 表觀粘度，P 或 cP服從塑性流型的流體叫塑性流體，如泥漿、瀝青、油漆等。3) 假塑性流型特點(diǎn)：a. 流變曲線(xiàn)通過(guò)原點(diǎn)； b. 曲線(xiàn)向上凹； c. 屬于多相不均勻流體； d. 隨增加而下降，=0 e. 服從冪函數(shù)關(guān)系 =KnK 稠度系數(shù)，與粘度對(duì)應(yīng) 越大K越大 單位 達(dá)因秒n/cm2n 流性指數(shù)，無(wú)因次。n 1 ，屬于膨脹流體K、n 是假塑流體的兩個(gè)流變參數(shù)服從冪函數(shù)方程的流體叫假塑性流體。如高分子化合物溶液，低固相泥漿、乳狀液等。4) 膨脹流型特點(diǎn)：a. 流變曲線(xiàn)過(guò)原點(diǎn) b. 曲線(xiàn)向下凹 n 1

34、 c. =0 隨增大而增大，體積增大 d. 服從冪函數(shù) =Kn符合膨脹流型的流體叫膨脹流體，如淀粉糊等。2. 粘度（滿(mǎn)足地層護(hù)壁與攜帶巖粉的情況下，泥漿的粘度越小越好）粘度表示泥漿流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部各相介質(zhì)之間內(nèi)摩擦力的總和：分p、A （將泥漿看成塑性流體時(shí)）塑性粘度 p=/表觀粘度 A=p+/特點(diǎn)：p不隨變化，但A隨的增大而降低。這種A隨的增大而降低的性質(zhì)叫泥漿的剪切稀釋作用。意義：泥漿經(jīng)過(guò)鉆頭水眼時(shí) 增大A減小沖洗液破巖能力增強(qiáng) 泥漿經(jīng)過(guò)環(huán)空時(shí)，減小A增大懸浮攜帶巖粉能力增強(qiáng) 由 A=p+/討論：p降低、增大，即/增大，后部分對(duì)A的影響大，則A隨變化愈大，故用動(dòng)塑比表示泥漿的剪切稀釋作用。一般

35、要求泥漿的/p=1，且1.5m/s時(shí)，泥餅被沖毀，動(dòng)失水量快速上升。一般情況下，動(dòng)失水靜失水，當(dāng)較大時(shí)，動(dòng)失水占7090%，而靜失水只占1030% 。2. 失水評(píng)介方法1) 泥漿失水的影響因素根據(jù)達(dá)西定律，可推導(dǎo)出如下計(jì)算累計(jì)失水量B的公式： （1）其中： K 常數(shù) R=B/V 固相含量因素 V 泥餅中固體體積 P 壓差（atm） t 失水時(shí)間（秒） u 濾液粘度(cP)由（1）式可得出如下三式：B B B以上（1）式是泥漿靜失水的基本方程，由此方程討論泥漿失水量B的影響因素：a. t對(duì)B的影響 B t Bb. P對(duì)B的影響 B P B 但P 泥餅致密度 B故應(yīng)結(jié)合考慮兩方面因素。c. 溫度對(duì)

36、B的影響T u，且粘土水化差 B Bd. 泥漿性能對(duì)B的影響泥漿中粘土水化強(qiáng)分散好，細(xì)顆粒多，外加合適處理劑（降失水劑）形成薄而致密的泥餅滲透率K Be. 固相含量對(duì)B的影響固相含量 泥餅增厚V R B，但泥餅厚而松易被沖毀，B動(dòng)2) 常規(guī)方法測(cè)失水量B采用氣壓式或柱塞式普通失水儀測(cè)泥漿的靜失水，國(guó)內(nèi)目前有1009型柱塞式ZNS-3型氣壓式（采用液態(tài)CO2或N2作氣源）直接測(cè)泥漿的濾失量（具體實(shí)驗(yàn)中講）。由泥漿靜失水基本方程知：B即 B1=K B2=K 即 時(shí)間內(nèi)的B 時(shí)間內(nèi)的B這樣可測(cè)定任一時(shí)間（如=1、2、3分鐘）的，而計(jì)算出=30分鐘的。一般巖芯鉆探要求B15ml，而石油鉆井要求B10m

37、l以上的理論計(jì)算公式，考慮到瞬時(shí)失水（測(cè)定時(shí)，最初一下子的連續(xù)初失水）的誤差，實(shí)際計(jì)算公式為： （ml）因若=7.5分，=30分，=2 . 故常測(cè)量7.5分鐘失水來(lái)計(jì)算30分的B即： B=2+ （ml） 例: =5ml =3ml , 求30分時(shí)的B值B=2+ =25+3=13m3) 作失水曲線(xiàn)評(píng)價(jià)B：作失水B-t曲線(xiàn)，然后用斜率k和截距b作指標(biāo)評(píng)定泥漿的BkB增長(zhǎng)泥餅質(zhì)量好，失水性能好，反之亦然。通?？捎糜?jì)算機(jī)處理并作圖分析（先編程序輸入作圖模式，然后輸入不同的及即可自動(dòng)作出圖）這種方法考慮了泥漿的整個(gè)失水過(guò)程，比較全面。4) 高溫高壓失水：考慮到深井高溫高壓的需要，采用高溫高壓失水儀測(cè)B，T

38、可達(dá)260。P達(dá)49.72atm。如美國(guó)的40、42、70、71型多種。5) 二次失水為了簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)泥餅質(zhì)量測(cè)定其滲透性大小，采用測(cè)泥漿二次失水的方法。一般是用術(shù)塞式失水儀先測(cè)泥漿的30分鐘失水量后，將泥漿倒掉，不換濾紙（上有一層泥餅），再加入清水，再測(cè)其失水量大小作為泥漿二次失水值。由的大小可以定性評(píng)價(jià)泥餅質(zhì)量的好壞。當(dāng)小泥餅滲透性小泥餅質(zhì)量好反之亦然。一般聚丙烯酰胺泥漿的=35ml6) 動(dòng)失水目前尚無(wú)測(cè)量動(dòng)失水的精確測(cè)量?jī)x器，國(guó)內(nèi)外均提出了幾種測(cè)試方法，如模擬進(jìn)口量?jī)?nèi)循環(huán)沖刷裝置等。目前國(guó)外常用“滾子爐”測(cè)試指標(biāo)來(lái)表示動(dòng)失水性能。7) 濾液性能濾液性能對(duì)井壁穩(wěn)定影響很大，清水或分散性泥漿的濾

39、液使井壁巖石產(chǎn)生水化膨脹，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)；濾液PH愈高，巖石越易水化膨脹，濾液礦化度（含Ca、Mg、鹽）越高，抑制巖石水化膨脹能力越強(qiáng)。如前述K+抑制性最強(qiáng)，故常用含K+沖洗液鉆進(jìn)水敏性地層。濾液中高聚物含量越高，粘度u越大，則膠結(jié)巖石的能力越強(qiáng)，越有利于護(hù)壁。此外，無(wú)粘土沖洗液的成膜作用等有利于降失水防塌，以后再講總之，泥漿的失水與造壁性能對(duì)鉆進(jìn)影響很大。失水大，泥餅厚，一方面會(huì)引起孔壁巖石水化膨脹而失穩(wěn)，別一方面過(guò)厚的泥皮會(huì)使泥漿不穩(wěn)定，損害地層，產(chǎn)生縮徑現(xiàn)象，增加鉆桿回轉(zhuǎn)阻力，產(chǎn)生抽吸作用和激動(dòng)壓力，造成壓差卡鉆，引起事故。此外，在失水理論研究方面仍存在許多問(wèn)題。動(dòng)失水的測(cè)定與評(píng)價(jià)，井底失

40、水過(guò)程的模擬評(píng)定及計(jì)算機(jī)控制處理，動(dòng)失水與靜失水的關(guān)系（目前測(cè)定的動(dòng)、靜失水相關(guān)性甚差），如何正確評(píng)價(jià)失水與井壁穩(wěn)定的關(guān)系等等問(wèn)題都有待今后進(jìn)一步深入研究解決。泥漿的其它性能漏水降低泥漿比重（減少固相成分，充氣泡沫）涌水提升泥漿比重（加高重度礦粉，提高動(dòng)切力）1. 泥漿比重泥漿重量與同體積水重量之比值叫泥漿比重單位：英制 磅/加侖（Pound/gallon or PPg） 公制 g/cm3 1g/ cm3 = 8.33 PPg主要取決于泥漿中固相含量的多少及固相比重的大小。用比重秤測(cè)定，單位“g/ cm3” ，具體實(shí)驗(yàn)課講。是維持井內(nèi)壓力與地層壓力平衡的重要手段，對(duì)于漏失地層應(yīng)采用低固相、充氣

41、、泡沫或低比重材料等降低泥漿比重（可降到0.7 g/ cm3），減少或防止漏失。相反，地壓較高時(shí)，應(yīng)加入加重劑，如重晶石粉、氧化鐵粉等增加，以平衡地壓，防止井噴和涌水，維護(hù)井壁穩(wěn)定。泥漿比重（重度）對(duì)鉆速影響較大，V鉆，故正常情況下應(yīng)盡可能采用低固相低泥漿鉆進(jìn)，以提高鉆速。一般膨潤(rùn)土低固相泥漿=1.021.052. 泥漿含砂量Q（除有效成分外其他所有成分，主要指巖粉 粘土粉內(nèi)的石英）泥漿中大于74u（不過(guò)200目）的顆粒（包括粘土及非粘土礦物）占泥漿總體積的百分含量叫Q。Q 泵，鉆頭及鉆具磨損，一般Q14%合格現(xiàn)場(chǎng)常采用旋流除砂器及除泥器等機(jī)械方法，配合化學(xué)絮凝沉降法除砂。一般采用篩析法（如Z

42、NH型），沉降法（如含砂量杯）來(lái)測(cè)量泥漿的Q。具體實(shí)驗(yàn)課講。3. 固相含量W （所有非溶解質(zhì)含量總和）W系指泥漿中所有固相（包括粘土、巖粉、處理劑等）含量的總和。常采用泥漿蒸餾法來(lái)分離固相進(jìn)行分析（如ZNG型分析儀）。W可直接影響，泥漿流變性及鉆速V鉆。W大大、大、大V鉆低現(xiàn)代鉆井研究表明，泥漿中的W，尤其是小于2u的顆粒含量是影響V鉆的主要因素。V鉆隨W的增加而急降。如圖2.10所示所以應(yīng)設(shè)法清除泥漿中多余的固相，尤其是小于2u的細(xì)顆粒。4. PH值 （酸性環(huán)境下 會(huì)聚結(jié)）如前述，泥漿及濾液的PH值對(duì)其性能及井壁影響都很大，同時(shí)PH高低也是泥漿進(jìn)行化學(xué)處理的依據(jù)，泥漿一般在堿性情況下保持穩(wěn)定

43、，故：一般泥漿PH=810 鈣處理泥漿PH=1011PH測(cè)量：PH試紙簡(jiǎn)易測(cè)量，酸度計(jì)精確測(cè)量。5. 泥漿膠體率及穩(wěn)定性膠體率是泥漿靜置24小時(shí)后析水分層，其泥漿部分所占的百分比率。它粗略地表示泥漿中粘土顆粒的水化與分散程度。如靜置1天后上部折水3ml，則泥漿膠體率為97%，一般要求泥漿膠體率大于96%。但它并不能說(shuō)明泥漿中膠體顆粒的多少、B的大小及其性能指標(biāo)的好壞。泥漿穩(wěn)定性是指泥漿靜置一天后，上下兩層的比重差大小。它表示泥漿中粘土顆粒分散的均勻程度，反映了泥漿沉降穩(wěn)定性的好壞。一般要求比重差0.02，加重泥漿為0.5)剪切稀釋作用好冷卻鉆頭、沖洗井底、破碎巖石效果越好鉆效高。泥漿的觸變性越

44、好停泵懸浮巖粉能力越好、排粉效果更佳、堵漏效果更好。、大懸浮攜帶巖粉能力強(qiáng)、鉆效低、故應(yīng)適中。失水造壁：粘土分散性好、自由水含量減少、加入降失水劑形成的泥餅薄而致密泥皮滲透性減小B小護(hù)壁作用好。泥漿PH值低（78）、礦化度高，含K+高，含高聚物抑制粘土質(zhì)泥頁(yè)巖水化膨脹能力強(qiáng)護(hù)壁作用好。固相含量、含砂量，鉆頭、鉆具、泵磨損鉆效。所以應(yīng)采取絮凝除砂除泥措施維護(hù)低固相。思考題：2. 影響泥漿護(hù)壁作用的因素有哪些？（流變性，護(hù)壁性）5. 討論泥漿的p 、對(duì)鉆井的影響。第四節(jié) 泥漿處理劑(泥漿化學(xué)處理）為了適應(yīng)鉆進(jìn)過(guò)程中的各種需要，提高泥漿的各種性能，必須對(duì)泥漿進(jìn)行化學(xué)處理。而處理所用的藥劑就叫泥漿化學(xué)

45、處理劑。通常，泥漿的化學(xué)處理工作包括兩個(gè)方面：初步處理：對(duì)新配泥漿（即原漿）進(jìn)行化學(xué)處理，使其性能達(dá)到鉆進(jìn)要求的過(guò)程。一般是加入化學(xué)處理劑幫助粘土顆粒分散或適度絮凝，配成合乎鉆進(jìn)工藝要求的各類(lèi)泥漿（如加Na2CO3幫助分散，加CaCl2適度絮凝成粗分散體系）。初步處理一般較容易，花費(fèi)藥劑亦較少。補(bǔ)充處理：鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)泥漿性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其合乎鉆進(jìn)工藝要求的處理過(guò)程。如粘土或巖粉侵使泥漿、增大后，加水、稀釋劑及降失水劑調(diào)節(jié)泥漿性能，降低、及B以提高鉆速V鉆。通常補(bǔ)充處理較復(fù)雜，花費(fèi)藥劑量較大?；瘜W(xué)處理劑來(lái)源有天然產(chǎn)品（如瓜爾膠、鉆井粉等），改性產(chǎn)品（如各種改性腐植酸等）及人工合成產(chǎn)品（如CMC、

46、PAM等）。目前40多個(gè)國(guó)家有140多家泥漿公司2600多種泥漿處理劑商品。我國(guó)的泥漿處理劑近幾年來(lái)也得到了不斷發(fā)展。今后的工作是進(jìn)一步深入研究處理劑理論，不斷發(fā)展完善各種鉆進(jìn)工藝所要求的處理性能，研究多功能綜合處理劑，做到一劑多用。用處理劑調(diào)節(jié)泥漿性能主要是：（泥漿處理內(nèi)容）（1）降失水B；（2）稀釋、；（3）增粘、；（4）絮凝；（5）加重或減重或；（6）頁(yè)巖穩(wěn)定；（7）防漏堵漏；（8）發(fā)泡、消泡；（9）潤(rùn)滑減阻；（10）乳化泥漿；（11）調(diào)節(jié)PH值；（12）增表面活性；（13）防卡減卡；（14）防腐殺菌；（天然植物膠放置時(shí)間久會(huì)發(fā)酵，在堿性條件下才起作用）（15）去鈣等。常用處理劑分成三大

47、類(lèi)：無(wú)機(jī)、惰性材料及有機(jī)處理劑。以下分別介紹之。一、無(wú)機(jī)處理劑1. 作用原理 無(wú)機(jī)處理劑在泥漿中應(yīng)用廣泛，泥漿處理中最先使用的也是無(wú)機(jī)處理劑，其作用原理有如下幾方面：1) 分散作用如前所述粘土能進(jìn)行陽(yáng)離子交換，故常加入適量的能電離的可溶性電介質(zhì)提供可交換的陽(yáng)離子，幫助粘土顆粒水化分散。（鈣土堿處理）例：因大部分澎潤(rùn)土是Ca土，而Ca土的水化分散作用差，造漿率低，故常采用純堿Na2CO3或NaHCO3等處理泥漿，以Na+取代Ca2+而使Ca土改型成Na土，幫助粘土顆粒水化分散，提高造漿率，同時(shí)達(dá)到去Ca2+的目的：2Na+ +Ca土 Na土 +Ca2+此時(shí)除了陽(yáng)離子（Na+）作用外，陰離子影響也

48、較大。如用Na2CO3或NaHCO3處理泥漿：Na2CO3+Ca土 Na土 +CaCO32NaHCO3+Ca土 Na土 +Ca(OH)2而Ca(OH)2在水中能部分溶解，電離出Ca2+，所以上面反應(yīng)是一可逆反應(yīng)。當(dāng)達(dá)動(dòng)平衡時(shí)，泥漿中除了一部分Ca土 Na土外，尚存一部分Ca土即泥漿中粘土由Na土和Ca土兩部分組成。故其分散穩(wěn)定性不如全部改型成Na土?xí)r強(qiáng)（Na2CO3），泥漿性能也不如前者好。同樣若用NaCl處理，它提供的Na+也是不可取的：由反應(yīng) 2NaCl+Ca土 Na土 +CaCl2可知，體系中同時(shí)存在NaCl和 CaCl2而二者的溶解度分別為：溫度020306080100NaCl35.7

49、36.036.337.338.439.8CaCl259.574.5102.0136.8147.0159.0在20以上時(shí)，CaCl2的溶解度比NaCl大一倍以上，上述動(dòng)平衡體系中Ca2+濃度比Na+多的多，且Ca2+是二價(jià)離子比Na+（一價(jià)）高，所以粘土吸附Ca2+的機(jī)會(huì)大的多，即體系中大多數(shù)粘土仍以Ca土形式存在，因此用NaCl達(dá)不到改型粘土的目的。這也是粘土在鹽水溶液中不易分散的因素之一。所以目前鉆井中大多用Na2CO3作為泥漿分散劑來(lái)處理泥漿以達(dá)Ca土 Na土的目的。2) 絮凝作用這種作用也是因粘土的離子交換性，按雙電層理論進(jìn)行反應(yīng)。如前述，粘土顆粒表面帶負(fù)電荷（PH7）時(shí)，當(dāng)體系中加入一

50、定量的電介質(zhì)，以提供可交換性陽(yáng)離子時(shí)，粘土顆粒就會(huì)吸附陽(yáng)離子（尤其是高價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+），引起雙電層壓縮。使電位減小，水化膜變薄，從而引起粘土顆粒之間產(chǎn)生絮凝作用。所以鉆井中就利用這一理論，有意加入Ca鹽或食鹽，提供Ca2+或過(guò)量的Na+,壓縮雙電層，降低電位，使粘土顆粒進(jìn)行適度絮凝，形成粗分散體系泥漿或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，前者可用于抑制粘土質(zhì)巖石的水化膨脹和造漿防塌，保護(hù)井壁穩(wěn)定，后者可用于堵漏。如常用的CaCl2、石灰、石膏泥漿及鹽水泥漿等。3) 水解或溶解作用許多有機(jī)及高分子處理劑在水中的溶解度很小，不易被粘土顆粒吸附，而它們經(jīng)水解或中和反應(yīng)后即可成為水溶性泥漿處理劑。溶解中和反應(yīng)：如

51、丹寧酸、腐植酸等在水中溶解性很小，用堿溶解中和成鹽后就成為水溶性泥漿處理劑，易被粘土吸附而起稀釋和降B作用。即： 丹寧酸 + NaOH 丹寧酸鈉 + H2O腐植酸 + NaOH 腐植酸鈉 + H2O水解作用：高分子處理劑上有一些不溶于水但可水解的極性基，如酰胺基CONH2、腈基CN等，可先用堿進(jìn)行水解中和反應(yīng)，使其變成親水性基團(tuán)如COONa等成為水溶性泥漿處理劑。如，PAN（不溶，人造羊毛）+ NaOH HPAN（可溶）+ H2O 作降失水劑4) 其它作用加堿調(diào)泥漿的PH值，在堿性范圍內(nèi)以保持泥漿穩(wěn)定。加重、增粘、及無(wú)機(jī)交聯(lián)堵漏。2. 常用無(wú)機(jī)處理劑1) 燒堿NaOH (分子量40，乳白色 =

52、22.2) 易溶于水T增大溶解度增大，水深液呈強(qiáng)堿性，有強(qiáng)腐蝕性。易吸嘲，從空氣中吸CO2Na2CO3。工業(yè)燒堿濃度：固體98%、液體30%。在水中NaOH完全電離：NaOH Na+ + OH-作用：a. 調(diào)節(jié)泥漿PH值，幫助分散， 加入量0.511kg/m3 b. 溶解、水解有機(jī)高分子處理劑 c. 處理非膨潤(rùn)土泥漿 d. 控制Ca2+處理泥漿中Ca2+濃度 Ca2+ + 2OH- Ca(OH)2 2) 純堿Na2CO3 （分子量106 白色 =2.5左右 ）又名蘇打或面堿，易吸潮結(jié)塊，白色粉末。易溶于水，水溶液呈強(qiáng)堿性， T W。 超過(guò)36后 T W 。工業(yè)Na2CO3 含量一般在98%以上

53、。Na2CO3在水中易電離和水解：Na2CO3 2 Na+ + CO32- 為主CO32- + H2O HCO3- + OH-HCO3- + H2O H2CO3+OH-即Na2CO3可提供Na+、CO32-及OH-。作用：a. 粘土改型 Ca土 + Na2CO3 Na土 + CaCO3 并去Ca2+，幫助粘土水化分散（作分散劑），加入量0.611kg/m3； b. 調(diào)節(jié)泥漿PH值； c. 硬水軟化及除Ca2+、Mg2+(如石膏侵、水泥侵時(shí))；與其類(lèi)似的還有酸性碳酸鈉或小蘇打NaHCO3，特點(diǎn)是對(duì)PH值影響較小，但溶解較小故用的也較少。主要用于抗水源污染。加量114kg/m3。3) 石灰Ca(O

54、H)2 (分子量74.1 =2.082.24 白色粉末)又名熟石灰，消石灰，由生石灰CaO加水反應(yīng)而得：CaO + 2H2O = Ca(OH)2易吸潮，在空氣中能吸收CO2 CaCO3，水溶性較小且 T W。水溶液呈強(qiáng)堿性有腐蝕性，水溶液PH=12.4Ca(OH)2在水中部分電離 Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH-作用：a. 提供Ca2+配制粗分散的Ca處理泥漿，加量157 kg/m3； b. 作絮凝劑用于配制適度絮凝的粗分散泥漿； c. 生石灰CaO作油包水乳化泥漿的乳化劑。 d. 配制高、的石灰泥漿堵漏。4) 石膏CaSO4(分子量136，=2.312.32)分生石膏CaSO42H2O

55、 白色塊狀 熟石膏CaSO4H2O水溶性較小且T W，超過(guò)40后T W在水中部分電離：CaSO4 Ca2+ + SO42-作用：a. 提供Ca2+，配制石膏鈣處理泥漿，加量623 kg/m3； b. 提供SO42-使泥漿PH； c. 石膏水溶性比石灰大，故提供Ca2+能力比石灰強(qiáng)；5) 氯化鈣CaCl2 (分子量111，=2.15)有無(wú)水CaCl2（111）及六水CaCl26H2O（219.1），前者常用。極易溶于水，且T W，易吸潮。作用：a. 提供Ca2+能力比石灰、石膏大的多，故用于配制高鈣泥漿； b. 提供Cl-使泥漿PH減小，加量28570 kg/m3； c. 作干燥劑。6) 食鹽N

56、aCl (分子量58.45 =2.165)易溶于水，且T W作用：a. 提供a+，配制鹽水泥漿或飽和鹽水泥漿。鉆進(jìn)鹽層； b. 壓縮雙電層，抑制井壁巖石的水化膨脹，加量 30360kg/m3； c. 提高泥漿、。7) 氯化鉀KCl（分子量74.55 =1.984）易溶于水，且T W作用：a. 提供K+，抑制井壁巖石的水化膨脹，加量 3050kg/m3；b. 提高泥漿的、。8) 磷酸鈉鹽包括正、偏、焦磷酸鈉鹽及復(fù)鹽，酸式鹽。作用：a. 偏、焦磷酸鈉鹽作稀釋分散劑，同時(shí)除Ca2+，提高泥漿的，常用的如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、四磷酸鈉等； b. 正磷酸鈉除Ca2+、Mg2+； c. 洗井除泥皮9)

57、水玻璃Na2SiO3 (PH=1112 =1.51.6)為粘稠狀半透明液體。實(shí)際結(jié)構(gòu)Si-O-Si鍵連結(jié)的低聚合度無(wú)機(jī)聚合物。所以其粘度較高。其性質(zhì)受模數(shù)m影響較大：m增大 SiO2增大 化學(xué)活性降低、可溶性降低、比重變小、變大。反之亦然。m 3時(shí)叫中性水玻璃，反之叫堿性水玻璃。工業(yè)上m可為1.54，常用m=2.62.8，鉆井常用低m的水玻璃。其濃度用波美度表示：波美度 = 145-作用：a. PH 9時(shí)，作泥漿的結(jié)構(gòu)形成劑，用于配制凍膠泥漿堵漏。因PH 9）; c. 可使部分固相顆粒吸附聚沉，降低泥漿比重及固相含量。10) 氯化鐵FeCl3 (分子量162.1 =2.9)易溶于水，且T W

58、，水溶液呈酸性。水中部分電離 FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HClFe(OH)3是親水性膠狀物，膠粒帶正電，易與粘土顆粒吸附。作用：a. 分散穩(wěn)定及減失水量B使泥餅致密光滑； b. 用于配制鐵膠泥漿，加量5-10%此外，可用作為泥漿處理劑的無(wú)機(jī)處理劑還有許多。如 KOH、Na2SO4、CrCl3、FeSO4、Na2Cr2O7、KCrO4等。二、惰性材料添加劑加入泥漿中后一般不起化學(xué)反應(yīng)的材料，有有機(jī)和無(wú)機(jī)的，主要作用有堵漏、加重、增粘、潤(rùn)滑等。1. 加重鉆進(jìn)高壓地層時(shí)，為防止井噴或涌水，需加重泥漿以提高泥漿的相對(duì)密度，提高液柱壓力，從而達(dá)到平衡地層壓力的目的。主要使用的有：1

59、) 重晶石粉BaSO4 (=4.24.6 硬度H=2.53.5)細(xì)度200目（74u）。性質(zhì)很穩(wěn)定，除濃H2SO4外不溶于其它溶劑。是目前用的最多的加重劑。加量視其比重要求而異。如要求加重到=2.8g/cm3 ，加=4.2的重晶石39.5%（體積比）。2) 除BaSO4外，還可用以下材料加重：方鋁礦粉 PbS =7.57.6 H=2.52.7磁鐵礦粉 Fe3O4 =4.95.9 H=5.56.5菱鐵礦粉 FeCO3 =4.95.3 H=5.56.5石灰?guī)r粉 CaCO3 =2.22.9 H=3碳酸鋇粉 BaCO3 =4.284.35 選用時(shí)，一方面本著就地取材，別一方面選用大H小的材料能減少泵、

60、鉆具等的磨損。加入加重劑后泥漿的、增大，以提高其懸浮能力，否則易產(chǎn)生沉淀引起卡鉆。2. 堵漏為了防漏和堵漏，常加入堵漏材料，其選擇應(yīng)根據(jù)漏失通道的大小及形狀來(lái)決定，其大小由幾十微米幾十毫米，形狀有纖維狀、片狀及粒狀。加入量幾到幾十kg/m3不等。目前國(guó)外堵漏材料已商品化。1) 纖維狀材料：石棉、玻璃纖維或玻璃棉、碎甘蔗、碎木屑、麻纖維、碎稻草、紙漿、橡膠、亞麻皮屑、豬毛、皮革屑等。2) 片狀材料：碎云母片、魚(yú)鱗片、塑料片、纖維片、木片、賽璐璐片等。3) 粒狀材料：谷殼、果殼、棉籽殼、膨脹珍珠巖、蛭石、硅藻土、蠔殼粉、各種碎果核、硬瀝青等。在使用中應(yīng)注意，以各種大小和形狀的堵漏材料混合使用堵漏效