泥漿工藝原理分析說課講解.ppt

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1、泥漿工藝原理分析鉆井液不應(yīng)具有：既不能傷害鉆井人員，又不能損害或污染環(huán)境對所設(shè)計(jì)的地層評估有不利的性能對產(chǎn)層產(chǎn)生傷害對鉆井設(shè)備和管材造成任何腐蝕鉆井液的分類液　體氣體氣－液混合物混水基泥漿泡沫充氣泥漿空氣天然氣油基泥漿鉆井液的組成水基泥漿：固相顆粒懸浮在水中或鹽水中，油可以乳化到水中，此時(shí)，水是連續(xù)相。(粘土+水+化學(xué)處理劑)油基泥漿：固相顆粒懸浮在油中，水或鹽水乳化在油中，即油是連續(xù)相。(柴油+瀝青/有機(jī)搬土+處理劑)氣體：用高速氣體或天然氣清除鉆屑粘土膠體化學(xué)典型粘土結(jié)構(gòu)簡介高嶺土、蒙脫石、伊利石、海泡石粘土

2、顆粒（片體）的雙電層粘土的水化作用分散體系分散體系：一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中的混合體系。分散相：在分散體系中被分散的物質(zhì)。分散介質(zhì)：分散相顆粒所在的連續(xù)介質(zhì)按分散相顆粒的分散程度不同，分散體系可分為三類：分散體系的分類高嶺石結(jié)構(gòu)高嶺石的晶體構(gòu)造由一個(gè)硅氧四面體和一個(gè)鋁氧8面體組成，硅氧四面體和鋁氧八面體由共用的氧原子聯(lián)結(jié)在一起。高嶺石的片狀結(jié)構(gòu)中，一面為OH層，另一面為氧層，而OH鍵具有強(qiáng)的極性，片與片之間容易形成氫鍵，因而晶胞之間連接緊密，晶格底面距僅為7.2Ａ（1A=10-8cm），故高嶺石的分散度較低

3、。這種粘土礦物是比較穩(wěn)定的，晶格中的離子取代現(xiàn)象幾乎是不存在的。水分不易進(jìn)入晶層中間，為非膨脹類型的粘土礦物，水化性能差，造漿性能不好，不是配制泥漿的好材料。蒙脫石晶格結(jié)構(gòu)蒙脫石的每一構(gòu)造單位由兩層硅氧四面體和夾在它們中間的一層鋁氧八面體組成。每個(gè)四面體頂端的氧都指向構(gòu)造層的中央，而與八面體所共有。四面體層中的部分Si+4可被Al+3取代，八面體層中的Al+3可被Fe+2、Mg+2、Zn+2等陽離子取代。由于Al+3?Si+4和Mg+2?Al+3的取代，晶體帶負(fù)電，能吸附較多的陽離子，有較強(qiáng)的離子交換能力。同時(shí)晶胞

4、間靠微弱的分子間力連接，晶胞連接不緊密，水分子容易進(jìn)入兩個(gè)晶胞之間發(fā)生膨脹（全脫水時(shí)晶格間距為9.6A，吸水后可達(dá)21.4A），水化分散性能較好（造漿能力強(qiáng)），是制配泥漿的優(yōu)質(zhì)材料。伊利石伊利石的晶體構(gòu)造和蒙脫石相類似，不同之點(diǎn)在于伊利石中硅氧四面體中有較多的硅被鋁取代，因取代所缺的正電荷由處在相鄰兩個(gè)硅氧層之間的K+補(bǔ)償，因K+存在于晶層之間并進(jìn)入相鄰氧送層的孔穴中，使各晶胞間拉得較緊，水分不易進(jìn)入層間，因此它是不易膨脹的粘土礦物。海泡石是鋁和鎂的水硅酸鹽，其晶體構(gòu)造常為纖維狀。顆粒形狀不是片狀而是棒狀，含有較多

5、的吸附水，內(nèi)有較高的熱穩(wěn)定性，它在淡水和飽和鹽水中的水化膨脹情況幾乎一樣（良好的抗鹽性）。因此，它是配制深井泥漿的好材料。粘土-水界面的擴(kuò)散雙電層理論雙電層中的反離子，一方面受到固面電荷的吸引，不能遠(yuǎn)離固面，另一方面，由于反離子的熱運(yùn)動，又有擴(kuò)散到液相內(nèi)部去的能力。這兩種相反作用的結(jié)果，使得反離子擴(kuò)散地分布在界面周圍，構(gòu)成擴(kuò)散雙電層。粘土顆粒（片體）表面的雙電層蒙脫石晶格取代：在蒙脫石的晶格里，四面體層中的部分Si+4被A1+3取代，八面體層中的A1+3與Mg+2取代，使粘土表面吸附Na+、Ca+2、Li+等），當(dāng)

6、蒙脫石放在水中，吸附的陽離子向水中擴(kuò)散，使蒙脫石表面帶負(fù)電。吸附OH-、含陰離子基團(tuán)的有機(jī)處理劑高嶺石晶格表面有裸露的Al-OH，在堿性介質(zhì)里H+部分電離使粘土表面帶負(fù)電。吸附ＯＨ,含陽離子基團(tuán)的有機(jī)處理劑。高嶺石無晶格取代。粘土顆粒（片體）端部表面的雙電層晶格中鋁氧八面體和硅氧四面體原來的鍵斷開，在酸性介質(zhì)里鋁氧八面體端部表面是以鋁離子作為定勢離子，帶正電。在堿性環(huán)境里，以氫氧離子作為定勢離子，帶負(fù)電。陽離子交換容量在PH值為7的條件下，粘土所能吸附的陽離子總量。通過測定粘土的陽離子交換容量，可以了解粘土表面所帶

7、的負(fù)電荷粘土的水化作用粘土的水化作用：粘土表面吸附水分子，使粘土表面形成水化膜，粘土晶格層面間的距離擴(kuò)大，產(chǎn)生膨脹以至分散的作用。它是影響水基泥漿性能和井壁穩(wěn)定的重要因素。粘土水化作用產(chǎn)生的原因及其方式粘土表面直接吸引水分子而水化體系表面能的降低粘土表面帶負(fù)電而吸附水分子晶格里的氧和氫氧層，均可以與水分子形成氫鍵而吸引水分子。粘土表面的吸附溶劑化層里，緊密地連接若干陽離子，這些陽離子的水化給粘土顆粒帶來水化膜。影響水化作用的因素不同的交換性陽離子對粘土水化的影響Ca2+max17A,Na+max40A粘土礦物本性

8、對水化的影響蒙脫石、伊利石、高嶺石泥漿中可容性鹽類及泥漿處理劑的影響可容性鹽類，減低??電位有機(jī)處理劑的親水基團(tuán)，被粘土吸附后形成較大的水化膜。粘土－水膠質(zhì)懸浮體的聚結(jié)作用（凝膠）聚結(jié)（Aggregation）面－面：顆粒變大，分散度降低，不利于網(wǎng)架的形成，粘度下降。凝膠（Flocculation）邊－邊／邊－面：形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，引起粘度切