文档介绍：钻井液基础知识讲座 (第一部分)
大港油田集团钻井泥浆公司
钻井液基础知识
钻井液的作用:
1、清洗井底,携带和悬浮岩屑;
2 、保护井壁;
3 、冷却和润滑钻头及钻柱;
4 、平衡地层压力;
5 、协助破碎岩石;
6 、保护油气层。
钻井液的基本类型:
水基泥浆:以水为分散介质,基本组分是粘土、水和化学处理剂
淡水泥浆
盐水泥浆
钙处理泥浆
低固相泥浆
混油泥浆
油基泥浆:
油包水乳化泥浆:以油做分散介质,水及有机搬土或其它亲油
粉末状物作分散相,加乳化剂配制。
油基泥浆:由柴油和沥青(或有机搬土)及有关处理剂配制。
主要内容
第一节粘土基本知识
第二节钻井液性能及调控
第三节常用钻井液简介
第一节粘土基本知识
粘土是钻井液的主要成分,水基钻井液就是粘土分散在水中形成的胶体悬浮体。粘土对钻井液的性质有很大影响,其类型不同,造浆率差别很大。
一、几种主要粘土矿物的晶体构造及特点
粘土主要是由很细( 2m以下)的粘土矿物组成,许多粘土中含有非晶体质的胶体矿物如蛋白石、氢氧化铁、氢氧化铝,还含有不定量的石英、长石等粘土矿物。但粘土的主要化学成分为铝硅酸盐。
因此虽然粘土矿物的种类很多,不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点,但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。
基本构造单位:硅氧集团和铝氧集团
硅氧四面体
每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连,硅在四面体的中心,四个氧原子(或氢氧)在四面体的顶点。在大多数粘土矿物中排列成六角形网络。
铝氧八面体
铝原子处于八面体的中心,与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。
八面体片状构造中,铝占2/3位置,空余位置以表示。
2. 高岭石的晶体结构
高岭石晶体由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成。四面体片的顶尖都朝着八面体片,二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。
由于它是一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成,所以称高岭石为1∶1型粘土矿物。
高岭石单元晶层,一面为OH层,另一面为O层,片与片之间易形成氢键,晶胞之间连结紧密,故高岭石的分散度低。
高岭石晶格中几乎没有晶格取代现象,它的电荷是平衡的,因此高岭石电性微弱。
这些特点决定了高岭石水化很差,造浆性能不好,不是配浆的好材料。
油气层中高岭石颗粒大而附着力弱,常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。
蒙脱石是由上下两个硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片组成,硅氧四面体的尖顶朝向铝氧八面体,铝氧八面体片和上下两层硅氧四面体片通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层,因此称为2∶1型。
在铝氧八面体中,有部分Al3+被Mg2+或Fe2+取代,四面体中的Si4+也有少量被Al3+取代,显负电性,这种现象称为晶格取代现象。因此,吸附较多阳离子,有较强的离子交换能力。
同时,蒙脱石晶层上下皆为氧原子层,各晶层间以分子间力联结,联结力弱。蒙脱石是极易水化、分散、膨胀的粘土矿物。
这些特点决定了蒙脱石是配浆的好材料,但地层中蒙脱石也会因水化膨胀而造成井塌和油层损害。
伊利石的晶体构造和蒙脱石相似,也是2∶1型晶体结构,即伊利石也由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。
区别:伊利石的硅氧四面体中有较多的Si4+被Al3+取代,晶格出现的负电荷由吸附在伊利石晶层表面氧分子层中的K+所中和。K+,,因此K+正好嵌入氧原子六角环中。由于嵌入氧层的吸附K+的作用,将伊利石的相邻二晶层拉得很紧,联结力很强,水分不易进入层间,所以它不易膨胀。
伊利石由于晶格取代显示的负电性已由K+中和,K+嵌入氧原子六角环中,接近于成为晶格的组成部分,不易解离,因此伊利石电性微弱。