细分散泥浆
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发布时间：2022-05-14 15:27
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时间：2023-10-22 12:12
这是泥浆发展初期被广泛采用的类型。它是建立在使用黏土细颗粒稳定地分散在水中的基础上的,一般应在泥浆中加入分散剂(稀释剂)和降失水剂。所用的处理剂品种少,加量也较少,成本较低,并能满足一般钻进的要求,因而在地质钻探中得到广泛的应用。
地质钻探中,最简单的细分散泥浆配方,就是用纯碱或烧碱处理的泥浆。泥浆中加入纯碱或烧碱,可使黏土改性及分散,使黏土颗粒稳定地分散在水中,成为细分散泥浆。如需要进一步调整泥浆性能,可加入其他处理剂。
在淡水泥浆中加纯碱的目的是使黏土改性,即把钙膨润土改为钠膨润土。
Ca黏土+Na2CO3→Na黏土+CaCO3↓ (2-1)
特别是用膨润土造浆时,因其大多数为钙质膨润土,用适量的纯碱处理,就会配制出分散性好且稳定、失水量较低的泥浆。
根据双电层理论,当黏土表面吸附的阳离子由Ca2+变为Na+后,可使扩散层变宽,黏土颗粒的水化膜变厚,有利于黏土在水中的分散和稳定。从而使泥浆的失水量降低,完全可以满足地质钻探一般地层钻进的要求。如钙质膨润土不加纯碱处理,则黏土颗粒不能分散,泥浆稳定性差,失水量大,因而不能使用。
有了黏土阳离子交换容许量的资料,通过上列反应式,可算出最合适的纯碱用量,达到处理泥浆的最佳状态。如黑膨润土(属钙质膨润土),当蒙脱石含量达80%,阳离子交换容量达80～100毫克当量/100克土时,纯碱用量相当于黏土质量的4%左右为合适,便可得到较高黏度和较低失水量的泥浆。如增加黏土用量也要相应增加纯碱的用量。如配浆用水的硬度较高时,则纯碱用量要做增加,增加的纯碱被用来软化水质。
对于用钙质黏土造浆,加烧碱处理时降失水效果并不好,这是由于置换时得到的是氢氧化钙,它仍然可以溶解进泥浆中,并不能完全沉淀去钙,钙离子照样被吸附在黏土颗粒表面,没有起到水化分散作用之效。
对于非膨润土泥浆,由于其离子交换容量较少,被交换离子的种类也是多样的,因此,有的黏土(伊利石、高岭石)加纯碱效果好,而有的黏土要加烧碱效果才好。这类黏土造的浆到底是加纯碱好还是烧碱好,应进行具体的实验分析确定。由于这类黏土离子交换量少,即使加碱处理后,也比它的造浆率较低,加入其中的碱量也低。
许多细分散泥浆,只加碱处理所得到的泥浆其性能是不能满足钻进需求的,还需进一步加入降失水剂,增黏剂或稀释剂等对泥浆进行处理。在无盐、无钙或黏土侵的情况下,往往只加入一种处理剂便可满足要求。如泥浆受到各类物质侵入污染时,则需要多种处理剂进行联合处理。
目前生产现场使用的单一处理剂(多数先用碱处理)处理的泥浆有:栲胶泥浆、纤维素泥浆、铁路盐泥浆、铬制剂泥浆等。
淡水细分散泥浆最易受盐、钙和黏土的侵污。当发生上述侵污时,泥浆质量将变坏,钻孔工作便不能顺利进行,必须及时对泥浆进行处理。
钻进黏土质造浆地层时,由于钻出的黏土颗粒源源不断地进入泥浆中,致使泥浆黏度上升,甚至达到流不动的程度。出现这种情况,将会造成泥包钻头,影响钻进效率,严重者将造成孔内糊钻、卡钻事故。
这时,如单纯采取用清水稀释降黏的方法解决黏土侵的问题,则会使泥浆失水量增加,稳定性变差,泥浆量也将越来越多,势必增加原用处理剂的消耗量。因此,钻进黏土质造浆地层时,最好采用钙处理泥浆,聚丙烯酰胺泥浆或盐水泥浆,同时采取除砂、除泥措施,便会取得预期的效果。
钻进石膏地层或钻水泥塞时,由于CaSO4或Ca(OH)2在泥浆中能电离出钙离子(Ca2+),使泥浆中的钙离子猛增,置换出黏土颗粒表面的钠离子并压缩双电层,使黏土颗粒表面的水化膜变薄,特别是黏土颗粒边角部分的水化膜变薄时,泥浆易形成网状结构,使泥浆的黏度、切力和失水量大大增加,以至进而引起黏土的析水聚沉。
这是典型的钙侵污问题。可以采用加纯碱除钙,用稀释剂铁铬盐降低其黏度和切力,用Na-CMC降失水的方法处理泥浆,或者同时加入烧碱,使其转化为钙处理泥浆,再进行钻进。
水泥侵和石膏侵虽均属钙侵,但二者之间又有不同之处。水泥侵时,由于泥浆中增多的除了钙离子外,同时还有氢氧根离子。因此,水泥侵时泥浆的pH值是增加的。如加入纯碱除钙,会使泥浆的pH值进一步增加。如采用pH值较小的磷酸二氢钠盐或硫酸氢钠(小苏打NaHCO3)除钙,则对泥浆的pH值影响较小。
石膏侵时,除增加泥浆中的钙离子外,同时也提供硫酸根离子,会使泥浆的pH值降低。如用纯碱处理,所形成的硫酸钠不能沉淀,仍然溶于泥浆中,仍然会使泥浆的黏度、切力和失水量处于较高的水平。此时,应加入烧碱除钙,提高泥浆的pH值,达到调整泥浆性能(控制泥浆中钙离子浓度)的目的。
钻进含盐地层,泥浆遭到盐侵时,泥浆中增加了大量钠离子(Na+)和氯离子(Cl-),黏土颗粒表面的水化膜变薄或被破坏,使泥浆的黏度、切力和失水量增加。此时,应把其转化为盐水泥浆钻进,只是加入泥浆的处理剂用量将大大增加。
