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盐矿钻探用海水泥浆研究

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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：

[1]纪卫军，等，抗盐共聚物在柴达木盆地西部千米科学深钻施工中的应用，地质装备，2009.3。

[2]罗岗、等，海水水泥浆体系的室内研究钻井液与完井液， 2008.9.

[3]罗云凤、等，新型海水高性能钻井液室内研究钻井液与完井液，2010.1月。

[4]纪春茂、等，新型海水钻井液技术钻井液与完井液，20001.。第17卷第1期，