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第六章 水基钻井液 第一节 分散钻井液 由淡水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂(简称为分散剂)配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液相区别，有时又称为细分散钻井液或淡水钻井液。它是油气钻井中最早使用并且使用时间相当长的一类水基钻井液。随着钻井液工艺技术的不断发展，虽然分散钻井液的使用范围已不如过去广泛，但由于它配制方法简便、处理剂用量较少，成本较低，适于配制密度较大的钻井液，某些体系还具有抗温性较强等优点，因此仍在许多地区的一些井段上使用。特别是在钻开表层时，至今仍然普遍使用。 一、分散钻井液的组成 1.膨润土及原浆的配制 通常将以蒙脱石为主要成分的配浆土称为膨润土(Bentonite)。膨润土是分散钻井液中不可缺少的配浆材料，其主要作用在于提高体系的塑性粘度、静切力和动切力，以增强钻井液对钻屑的悬浮和携带能力；同时降低滤失量，形成致密泥饼，增强造壁性。 膨润土逐渐分散在淡水中致使泥浆的粘度、切力不断增加的过程称为造浆，在添加主要处理剂之前的预水化膨润土浆常称做原浆或基浆。几乎在所有室内实验中，首先都要进行原浆的配制。由于蒙脱石含量和阳离子交换容量各不相同，来自不同产地的膨润土，其造浆效果往往有很大差别。几种典型粘土造浆的曲线如图6-1所示。由图可见，所有各类粘土的造浆曲线都有一个共同点，即表观粘度较低时，其值随粘土含量的增加增长缓慢；当达到15mPa·s左右时，其值才随粘土含量的增加而明显上升。因此，常将每吨粘土能配出表观粘度为15mPa·s的钻井液体积称做粘土的造浆率(Yield of Clay)。通常配浆土的质量是以造浆率来衡量的。从该图还可看出，配制1m315mPa·s的钻井液只需57kg怀俄明优质膨润土，如使用低造浆率粘土，则需570kg，两者的用量为1:10。经换算，用1 t优质膨润土可配制出表观粘度为15mPa·s的泥浆约16m3，而1t低造浆率粘土只能造浆约1.6 m3，相差亦近10倍。使用优质膨润土配浆，泥浆密度仅为1.03～1.04g／cm3时，表观粘度即可达到10～15 mPa·s；而使用低造浆率粘土配浆，泥浆密度必须增至1. 图6-1 典型粘土的造浆率曲线 配制原浆时，还需加入适量纯碱，以提高粘土的造浆率。纯碱的加入量依粘土中钙离子的含量而异，可通过小型试验确定。一般约为配浆土质量的5％。加入纯碱的目的是除去粘土中的部分钙离子，将钙质土转变为钠质土，从而使粘土颗粒的水化作用进一步增强，分散度进一步提高。因此，在原浆中加入纯适量碱后，一般会使表观粘度增大，滤失量减小。如果随着纯碱加入滤失量反而增大，则表明纯碱加过量了。配制一定密度原浆所需的膨润土及水量可由下式求得： 式中 mc——所需膨润土的质量，t ； ρc—膨润土密度，g／cm3； Vm—所配制原浆的体积，m3； ρm—原浆密度，g／c m3； Vw—所需水量，m3。 2. 分散剂及钻井液的典型组成 目前，国内外用于该类钻井液的分散剂种类很多。主要起降粘作用的分散剂有多聚磷酸盐、丹宁碱液、铁铬木质素磺酸盐、褐煤及改性褐煤等；主要起降滤失作用的分散剂有CMC和聚阴离子纤维素等。此外，用于调节pH值的NaOH也具有较强的分散作用。以上分散剂的性能特征已在第五章中介绍，这里不再重述。这类钻井液体系中常用组分的名称、作用及加量见表6-1和表6-2。 表6-1 密度为1.06~1.44g／cm3 组 分 作 用 加量/kg?m-3 常用商品名称 膨润土 提粘及滤失量控制 42.8~71.3 Aquagel，Magcogel等 铁铬木质素磺酸盐 降低动切力和静切力，以及滤失量控制 2.8～11.4 FCLS, Q-Broxin, VC-10, Spensene等 褐煤(或配制成褐煤碱液) 滤失量控制，以及降低动切力和静切力 2.8～11.4 NaC, Carbonix, Ligeo, Tannathin等 烧 碱 调节pH值 0.7~5.7 / 多聚磷酸盐 降低动切力和静切力 0.3～1.4 SAPP，Magcophos，Barafos等 CMC 滤失量控制，提粘 0.7～5.7 CMC，Cellex等 聚阴离子纤维素 滤失量控制，提粘 0.7～5.7 Drispac，Monpac，Poly-pac等 重晶石 增加密度 0～499 Baroid，Magcobar, Milbar 表6-2 密度大于1.44g／cm3 组 分 作 用 加量/kg?m-3 常用商品名称 膨润土 提粘及滤失量控制 42.8~71.3 Aquagel，Magcogel等 铁铬木质素磺酸盐 降低动切力和静切力，以及滤失量控制