盐矿钻探用海水泥浆研究
盐矿钻探用海水泥浆研究
李 艳 宁 陶 士 先 纪 卫 军 (北京探矿工程研究所，北京102405)
摘 要 ：本文介绍了以抗盐共聚物-3为主要材料配制的两种岩心钻探用泥浆配方，即无固相海水泥浆及低固相海 水泥浆。这两种泥浆流变性能好、滤失量低、抑制性强、润滑系数低。适用于污染地层或用海水(或湖水)等配浆的 情况。
关键词：抗盐共聚物海水泥浆流变性能滤失性润滑性
1 天然海水的主要成分及其对泥浆材料性能的影响
1.1天然海水的主要成分
天然海水含有80多种化学元素，其化合物种类 则更多了，天然海水是一种复杂的混合溶液，除含有 固体物质外，还溶有少量的氧、氮、二氧化碳、硫化氢 等多种气体，还混杂着相当数量的有机与无机悬浮物 质。天然海水的pH 值在7 . 9～8 . 3之间、比重在 1 .010~1 .030之间。表1、表2分别给出了盐度为 35%海水的主要成分及主要元素成分。
表 1 盐度35%海水的主要成分
成分
克/千克海水
成分
克/千克海水
氯化物
19.353
碳酸氧盐
0.142
钠
10.760
溴化物
0.067
硫酸盐
2.712
锶
0.008
锰
1.294
硼
0.004
钙
0.413
氟化物
0.001
钾
0.387
注：公海中海水的平均含盐量为35%,即1公升(1公斤)水中 有35克的盐分。
1.2天然海水对泥浆材料的影响
海水中含有的CI-、Na+ 、Mg²+ 、Ca²+及 K* 等，对 泥浆材料的性能影响很大。本文以岩心钻探常用材 料钠膨润土及水解聚丙烯酰胺为例，说明海水对泥浆 材料性能的影响，试验结果见表3及表4。
表2 天然海水主要元素成分
名称
化学 符号
含量
(毫克/升)
名称
化学 符号
含量
(微克/升)
氯
Cl
18880
碳
C
28
钠
Na
10770
氮
N
15
镁
Mg
1290
锶
Sr
7.9
硫
S
884
硼
B
4.5
钙
Ca
412.1
硅
Si
2
钾
K
399
氟
F
1.3
溴
Br
67.3
表3可以看出，与淡水相比钠膨润土在海水中的 粘度、切力明显降低，滤失量、泥皮厚度显著增大。泥 浆出现严重分层现象，钠膨润土几乎不造浆。分析原 因主要是因为海水中的电解质压缩了膨润土的双电 层、电位降低、水化膜变薄、粘土颗粒发生聚结所致。
作者简介：李艳宁(1978-),女，北京，北京探矿工程研究所，助理工程师，从事泥浆处理剂方面的研究。
电话：010-69301863
表3 钠膨润土在淡水及海水泥浆中的性能
编 号
表观粘度 mPa.s
动切力 Pa
滤失量 ml/30min
泥皮厚度 mm
pH
1#
2
0.5
60
1.5
7.5
2#
5
2
30
1.3
7.5
3#
1.5
0.3
101
3
7.0
4#
2
0.5
97
3
7.0
2 岩心钻探海水泥浆存在的主要问题
用海水配浆，以及在江、河、湖边等施工受到来自 地层中电解质的污染(类似于海水泥浆),施工单位 常常受到下列问题的困扰：
(1)膨润土不造浆，泥浆出现严重的分层现象， 岩屑携带困难；
(2)加入过量土及过量泥浆处理剂，泥浆增稠，
注：1#、2#为淡水泥浆，钠膨润土加量分别为3%和5%; 3#、4#为海水泥浆，钠膨润土加量分别为3%和5%。
表4 PHP 在淡水及海水中的性能
编 号
表观年度 mPa.s
动切力 Pa
滤失量 ml/30min
pH
PHP淡水溶液
11
0
2min全失
7.0
PHP海水溶液
3.5
0.5
4min全失
6.5
注：PHP加量均为0.9%。
表4显示，PHP 在海水中的粘度明显降低，而动 切力提高，滤失速度降低，表明PHP 在淡水中能够充 分溶解，而在海水中PHP 与 Mg²+ 、Ca²+等离子由于 吸附作用发生胶凝，因而其粘度降低，动切力升高，滤 失速度降低。
通过以上试验及对数据结果的分析可以看出，海 水中的电解质对泥浆及泥浆处理剂的性能影响很大。 而岩心钻探对泥浆的特殊要求性决定了不能照搬海 上石油钻井所使用的配方，因此我们在实验室对岩心 钻探用海水泥浆配方进行了研究。
泵压升高，绳钻钻杆内壁结垢严重；
(3)要配制符合绳索取心钻探要求的泥浆十分 困难。若保持低粘度，其动切力往往是负值，泥浆的 滤失量很大。对于较复杂地层，不利于孔壁的稳定。
3 岩心钻探用海水泥浆配方研究
3. 1配方材料
根据地层情况，研究两种泥浆配方， 一种是无固 相海水泥浆，用于钻进较稳定地层；另一种是低固相 海水泥浆，用于钻进破碎地层、水敏性地层等其它复 杂地层。
1)造浆材料：人工钠膨润土，造浆质量好，使用方便；
2)抗海水泥浆处理剂：选用我所研制的抗盐共 聚物-3型，该产品是一种多功能复合材料，目的是 方便现场使用。具有很强的抗污染能力，降滤失、提 粘、提切效果明显，抑制性能好。
3.2体系配方及性能
无固相海水泥浆：1m³ 海水+10Kg抗盐共聚物-3
低固相海水泥浆：1m³ 海水30 - 40Kg钠膨润土 +5Kg 抗盐共聚物- 3体系性能见表5。
表5岩心钻探用海水泥浆性能
体系名称
表观粘度 mPa.s
漏斗粘度 S
滤失量 ml/30min
泥皮 mm
相对膨胀 降低率，%
润滑系数
无固相海水泥浆
6.5
18
26
1
59
0.26
低固相海水泥浆
6.5
19
14
1
72
0.29
从表5可以看出，上述两种泥浆均具有良好流变性 能；滤失量低，特别是无固相海水泥浆与一般无固相 泥浆相比滤失量大幅度降低；抑制性能好。
4 结 论
1)两种泥浆具有良好的流变性能，均可用于金 刚石绳索取心钻探。
2)滤失量低，泥皮质量好，有利于破碎地层孔 壁的稳定。
3)具有良好的抑制性能，可用于水敏性地层钻进。
4)现场使用、维护方便。
参考文献：
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