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        淺析鹽水鉆井液配制方法對(duì)其性能的影響

        2021-06-28 07:08:22楊永春
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:膨潤(rùn)土粘土鹽水

        楊永春

        (甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院,甘肅 白銀 730900)

        1 概述

        在地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中或者油井鉆探工作當(dāng)中,會(huì)遇到一些會(huì)遇到一些鹽層、鹽水層以及鹽膏層等含鹽底層,或者配漿用水具有較高礦化度時(shí),這就需要對(duì)鹽水鉆井液進(jìn)行配置,而在對(duì)鹽水鉆井液配置過程當(dāng)中,首先應(yīng)當(dāng)應(yīng)用凹凸棒石、海泡石等抗鹽粘土當(dāng)做配漿土,在鹽水條件下,這種粘土能夠起到良好的分散作用,并獲得較大粘度與切力,配置鹽水鉆井液方法也相對(duì)較為簡(jiǎn)單。然而由于這種粘土具有較高的價(jià)格,在具體施工過程當(dāng)中,施工方為了減少成本投入,在配漿過程當(dāng)中時(shí)常運(yùn)用膨潤(rùn)土。而鹽水鉆井液運(yùn)用膨潤(rùn)土進(jìn)行配置,鉆井液的性能和配置方式有著非常大的關(guān)聯(lián)性,直接影響鉆井液的性能。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解到,在配置鹽水鉆井液過程當(dāng)中主要采用的方式有下面兩種:第一,在鹽水中直接加入膨潤(rùn)土與處理劑,如在咸水湖周圍施工或者海邊施工時(shí),便可就地取材運(yùn)用鹽水進(jìn)行配漿;第二,在淡水中直接加入膨潤(rùn)土與處理劑均勻的進(jìn)行攪拌,經(jīng)過一段時(shí)間預(yù)水化之后,加入適當(dāng)?shù)柠}達(dá)到相應(yīng)濃度要求,轉(zhuǎn)化成鹽水鉆井液。如施工區(qū)域分布在淡水資源充足區(qū),鉆探施工過程當(dāng)中遭遇含鹽地層也或是為了對(duì)強(qiáng)水敏性地層水化進(jìn)行抑制,而配置鹽水鉆井液。下文當(dāng)中主要結(jié)合實(shí)踐,從理論層面以及室內(nèi)試驗(yàn)兩個(gè)方面,探討分析兩種配漿方式給鹽水鉆井液性能帶來的影響,并對(duì)鹽水鉆井液性能在遇水化時(shí)間改變下產(chǎn)生的變化趨勢(shì)進(jìn)行研究,以供有關(guān)人士借鑒和參考[1]。

        2 鹽水鉆井液預(yù)水化與未預(yù)水化的膠體化學(xué)分析

        2.1 粘土的水化作用

        粘土的水化作用對(duì)于膨潤(rùn)土造漿率有著至關(guān)重要的影響,對(duì)于粘土水化作用而言,主要是指水分子被粘土顆粒表面吸附之后產(chǎn)生的水化膜,增大間隔層面間的距離,進(jìn)而出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。粘土水化作用對(duì)于鉆井液性能及其孔壁穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響,對(duì)于粘土水化作用而言,主要有表面水化以及滲透水化兩種形式,前者是因水分子被粘土晶體表面吸附,和交換性陽離子水化共同組成。對(duì)于滲透水化而言,主要是指由于水出現(xiàn)濃差擴(kuò)散,進(jìn)入到層間,使得晶層間距不斷增大,由此產(chǎn)生過上的雙電層(圖1)。

        圖1 粘土層面的雙電層示意圖

        2.2 兩種配制方法的鉆井液預(yù)水化分析

        (1)利用鹽水對(duì)鉆井液進(jìn)行配置。鉆井液直接通過鹽水進(jìn)行配置,由于鹽水濃度較高,膨潤(rùn)土在這樣的條件下,水化不充分,陽離子在晶層之間濃度和溶液內(nèi)部濃度相比較小,無法有擴(kuò)散雙電層出現(xiàn),外表面與滲透水化,電解質(zhì)存在較高的濃度時(shí),更會(huì)形成明顯的阻礙作用。膨潤(rùn)土此時(shí)就如同一類惰性固體,這時(shí)也難以發(fā)揮造漿與降濾失效果,所以沒有穩(wěn)定的泥漿性能,存在較大濾失,你皮也十分松散,無法達(dá)到鉆井相關(guān)要求[2]。

        圖2 電解質(zhì)濃度對(duì)電位的影響

        (2)由淡水鉆井液轉(zhuǎn)為鹽水鉆井液。鹽水鉆井液在配置過程當(dāng)中,首先通過淡水對(duì)膨潤(rùn)土預(yù)水化,而且在將鹽加入其中時(shí),適時(shí)利用分散劑開展處理工作,可以大幅提高造漿效果,這是由于在鹽侵之前,有大量的水分進(jìn)入到粘土當(dāng)中,實(shí)現(xiàn)了水化充分分散,雙電層較為穩(wěn)定,而且具有穩(wěn)定的性能,能夠產(chǎn)生較好的造漿效果。補(bǔ)鹽過程當(dāng)中壓縮了雙電層,這時(shí)彭潤(rùn)土水化性能會(huì)大幅增加,此時(shí)能夠促進(jìn)粘度、切力與降濾失效果的發(fā)揮。之所以雙電層會(huì)出現(xiàn)壓縮,是由于補(bǔ)鹽過程當(dāng)中,由于加入了很多電解質(zhì),尤其是不斷升高的離子價(jià)數(shù),這時(shí)反離子會(huì)在吸附層更多的進(jìn)入,這樣一來導(dǎo)致擴(kuò)散層離子數(shù)量出現(xiàn)很大降低,也引發(fā)雙電層厚度出現(xiàn)明顯下降,電動(dòng)電位降低也十分明顯,雙電層被電解質(zhì)所壓縮,具體可參見圖2所示。預(yù)水化的粘土,雙電層受到電解質(zhì)的壓縮程度是比較有限的,而經(jīng)過補(bǔ)鹽,粘土依然可以將很多水化能力有效保留,所以年將有著較為優(yōu)良的性能。

        3 室內(nèi)試驗(yàn)

        3.1 對(duì)比分析遇水化與未遇水化鉆井液具有的性能

        鹽水鉆井液主要包括的類型有三種:1%含鹽量至飽和鹽水鉆井液以及鹽水鉆井液和海水鉆井液。此次試驗(yàn)過程當(dāng)中,將三組配方合理選?。号浞揭换鶟{選擇膨潤(rùn)土,配方二、三聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)際,選擇成熟應(yīng)用的鹽水鉆井液配方,對(duì)對(duì)以上三種鹽水鉆井液分別的開展測(cè)量工作,選擇不同的兩種配漿方式,對(duì)鉆井液常規(guī)性能進(jìn)行配置,實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)參見表1~3。

        配方一:6.4%膨潤(rùn)土(API標(biāo)準(zhǔn))。

        配方二:4%膨潤(rùn)土+1%抗鹽共聚物。配方三:4%膨潤(rùn)土+1.5%CMS。

        表l 配方一對(duì)比試驗(yàn)分析

        表2 配方二對(duì)比試驗(yàn)分析

        表3 配方三對(duì)比試驗(yàn)分析

        通過以上表1表3相關(guān)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn),泥漿經(jīng)過預(yù)水化之后,有效增加了泥漿表觀粘度,同時(shí)有大幅增加了塑性粘度,降低了失水量,和沒有經(jīng)過預(yù)水化的泥漿相比,各種指標(biāo)都非常優(yōu)越。泥餅在制作過程當(dāng)中選擇配方三飽和鹽水2種配漿方式,了解到泥漿通過預(yù)水化制作的泥餅,致密而且薄,泥漿沒有經(jīng)過預(yù)水化的較為稀松而且厚。

        3.2 鉆井液性能受預(yù)水化時(shí)間長(zhǎng)短的影響

        針對(duì)鉆井液在1、2、3、4、5、6、16h不同預(yù)水化時(shí)間進(jìn)行性能測(cè)定分析,同時(shí)把表面粘度以及塑形粘度和API 失水等幾個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)的改變情況,繪制成圖。

        (1)分析表面粘度出現(xiàn)的變化特點(diǎn)。通過對(duì)遇水化時(shí)間不同的鉆井液表面粘度增長(zhǎng)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn),在沒有預(yù)水化的條件下,鉆井液表觀粘度出現(xiàn)很大降低,而表觀粘度在預(yù)水化之后,突變性增大,由于預(yù)水化時(shí)間的不斷增長(zhǎng),表觀粘度也出現(xiàn)先增大之后逐漸轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的特點(diǎn),通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,經(jīng)過4h以上預(yù)水化的鹽水泥漿,表觀粘度才逐漸的呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢(shì)。

        (2)分析塑性粘度具有的變化特點(diǎn)。由于預(yù)水化時(shí)間的不斷增加,鉆井液的塑性也出現(xiàn)很大改變,通過調(diào)查了解其塑性改變的變化趨勢(shì)不難發(fā)現(xiàn),在沒有進(jìn)行預(yù)水化的條件下,鉆井液塑性粘度呈現(xiàn)較低的特點(diǎn),而經(jīng)過1h預(yù)水化處理之后,塑性粘度出現(xiàn)明顯的增加,經(jīng)過4-5h預(yù)水化處理之后,逐漸地變?yōu)榉€(wěn)定,所以在預(yù)水化鹽水鉆井液過程當(dāng)中,必須要保證4h以上,這時(shí)你將才表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能特點(diǎn),并且之后呈現(xiàn)出較為緩和的變化趨勢(shì)。

        (3)API濾失變化趨勢(shì)。通過分析了解預(yù)水化時(shí)間的不同,鉆井液在API失水方面的變化特點(diǎn)了解到,沒有經(jīng)過預(yù)水化的鉆井液,API濾失量主要表現(xiàn)為較高的特點(diǎn),如在濾失量方面,配方三海水泥漿約為104ml的濾失量,通過實(shí)施預(yù)水化處理之后,逐步下降至19ml,通過預(yù)水化處理,泥漿濾失量近60%ml的下降,泥漿濾失量通過預(yù)水化處理,發(fā)揮了十分重要的作用,同時(shí)經(jīng)過5h預(yù)水化的鹽水泥漿,在濾失量方面,呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢(shì),較為理想。

        4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        2017年10月在某千米巖礦鉆探施工過程當(dāng)中,利用飽和鹽水鉆井液進(jìn)行施工,選取當(dāng)?shù)剽浄使钧u水溝的配漿用水,其中的成分十分的復(fù)雜,達(dá)到1.27 kg/L密度水平,不僅鈉、鉀離子含量非常豐富,同時(shí)還含有很多鈣、鎂離子,都屬于高價(jià)陽離子,運(yùn)用膨潤(rùn)土+抗鹽共聚物泥漿體系,為了對(duì)預(yù)水化優(yōu)勢(shì)向現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行講解,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開展了預(yù)水化與沒有預(yù)水化處理的對(duì)比試驗(yàn),實(shí)際情況具體分析如下。采用5%土+1%抗鹽共聚物的鉆井液配方。鉆井液性能見表4。

        表4 鉆井液性能對(duì)比

        通過上表當(dāng)中的數(shù)據(jù)不能發(fā)現(xiàn),鉆井液通過預(yù)水化處理之后,鉆井液的性能逐漸變?yōu)榉€(wěn)定特點(diǎn),同時(shí)將預(yù)水化時(shí)間不斷加大,使預(yù)水化時(shí)間進(jìn)一步增加,對(duì)于比沒有經(jīng)過預(yù)水化的泥漿,明顯增強(qiáng)了性能基能,因此在未來你將配置過程當(dāng)中,保持不變的情況下,可以先將處理劑和土利用淡水50~100L進(jìn)行一段時(shí)間浸泡,之后再將鹵水加入其中,實(shí)施鹽攪拌,由于當(dāng)?shù)厝鄙俚Y源,如果利用淡水進(jìn)行泥漿配置,需要投入更高的成本,因此通過這樣的配置方法,使得泥漿總體性能得到大幅提升,還是泥漿材料得到很大程度上的節(jié)約。

        5 結(jié)論

        總之,在泥漿配置過程當(dāng)中,通過遇水化處理的膨潤(rùn)土,能夠使其得到良好的分散,并將鹽補(bǔ)充其中,減少聚結(jié),粘度方面表現(xiàn)更好,同時(shí)還具有非常好的濾失特點(diǎn),通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),泥漿通過4~5h預(yù)水化處理之后,性能變得更加穩(wěn)定,進(jìn)一步提高預(yù)水化時(shí)間,性能沒有出現(xiàn)大的變化,呈現(xiàn)出基本不變的特點(diǎn)。

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