泥浆工艺原理 曹丽文 中国矿业大学（徐州）第6章至第7章

6.1细分散淡水泥浆6.2粗分散泥浆6.3不分散低固相聚合物泥浆6.4其他类型泥浆

第六章泥浆体系各论6.1细分散淡水泥浆

第六章泥浆体系•细分散淡水泥浆:是指靠粘土在水中高度分散而获得泥浆所需要的流变特性和失水特性的泥浆.•含盐量<1%，含钙量<120ppm，不含抑制性高聚物.•主要成份：粘土，碳酸钠，水，降失水剂，稀释剂。一、钙质膨润土配浆（一）纯碱处理原理

第六章泥浆体系（二）最优加碱量的确定1、化学当量法6、分散颗粒最佳级配法3、最低失水量法4、最佳分散法5、最大电动电位法2、最大造浆法7、滤液分析法碳酸钠加量一般为粘土重量的5—6%左右。

第六章泥浆体系（三）纯碱处理工艺1、悬液碱处理法2、湿挤压钠化法

第六章泥浆体系二、细分散淡水泥浆的组成和配方举例1、铁铬盐泥浆铁铬盐起到稀释作用，还有降失水和护壁效应；同时，加入Na-CMC作为降失水剂。2、木素磺酸盐泥浆3、腐植酸泥浆

第六章泥浆体系三、细分散淡水泥浆的侵污及其处理1、钙侵泥浆中钙离子增多钙离子取代粘土表面的钠离子水化膜变薄，泥浆中形成结构粘度、切力、失水量增加出现水土分层而聚沉（1）现象

第六章泥浆体系三、细分散淡水泥浆的侵污及其处理1、钙侵石膏侵时，应提高PH值应降低PH值药剂：纯碱、烧碱、碳酸氢钠、磷酸二氢钠加入稀释剂铁铬盐降粘和降失水，加Na-CMC降失水（2）处理方法水泥侵时，

第六章泥浆体系2、盐侵或盐水侵粘度、切力、失水量增加NaCl含量增大PH值降低（2）处理方案：•CMC降失水，FClS降粘降切力（1）现象钠离子置换氢粘度、切力下降，失水量更大•野生植物胶维护粘土颗粒的稳定和分散•必要时，转为盐水泥浆施工。

第六章泥浆体系3、粘土侵粘度增加泥包钻头（2）处理方案：•加水稀释的同时，加强机械除砂；（1）现象失去流动性•必要时，加降失水剂•必要时，转为盐水泥浆施工。

第六章泥浆体系四、淡水泥浆性能的调节（1）CMC提高塑性粘度（2）石灰、氯化钙、氯化钠提高结构粘度（3）加粘土及纯碱或烧碱，同时提高塑性粘度和结构粘度。1、提高粘度2、降低粘度（1）含钙量低时，加丹宁或栲胶；（2）含钙、含盐量高时，加铁铬盐；（3）粘土侵时，加水，同时加降失水剂

第六章泥浆体系四、淡水泥浆性能的调节FCLs+Na-CMC3、降失水4、降低比重措施：（1）优质土配浆；（2）混油并加表面活性剂，配制乳化泥浆；（3）加强机械除砂，化学絮凝剂，清除无用固相；（4）转为泡沫泥浆

第六章泥浆体系五、细分散淡水泥浆的缺点（1）性能不稳定，易受外界离子的影响；（2）粘度大，特别是塑性粘度较大，流变性能差，地表沉砂困难，固相含量高，钻效低；（3）对岩屑和孔壁无抑制作用，因此，粘度和切力高。孔壁不易维护，对于水敏性地层，易造成缩径、塌孔等事故；

第六章泥浆体系6.2粗分散泥浆•是在分散的粘土悬浮液中，加入无机聚结剂，使泥浆中高度分散的粘土颗粒变粗，同时加入有机保护胶处理剂，形成适度聚结的粗分散体系。•常用的粗分散泥浆：钙处理泥浆、盐水泥浆•适用情况：૎厚的覆盖层和大段泥页岩地层，控制地层造浆，防止孔壁坍塌；૎石膏地层、岩盐地层，降低粘度、切力，改善泥浆的流动性等。

第六章泥浆体系一、钙处理泥浆•是在粘土悬浮液中，加入钙盐（石灰、石膏、氯化钙），使粘土颗粒适度聚结，并用有机保护胶处理剂（降失水剂和稀释剂）维持此适度聚结状态的稳定的粗分散体系。•常用的钙处理泥浆：石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆。（一）配制原理

第六章泥浆体系（二）适度聚结的控制1、钙离子对泥浆性能的影响2、粘土对钙离子的吸附

第六章泥浆体系（二）适度聚结的控制3、钠离子存在对粘土吸钙量的影响4、氢氧化钠对钙离子浓度的控制5、粘土含量的影响

第六章泥浆体系（四）钙处理泥浆举例1、石灰-丹宁（栲胶）泥浆2、石膏-铁铬盐泥浆3、氯化钙木质素泥浆4、氯化钙褐煤泥浆

第六章泥浆体系（三）钙处理泥浆的配制方法1、优质膨润土加量不超过6%（体积），普通粘土不超过8%---10%（体积）；2、粘土应预水化，钙质膨润土应用纯碱处理；3、钙离子浓度至少在80—150ppm以上，才有抑制性，依地层特点确定钙离子合适含量；4、为使结构稳定，需要加入有机保护胶（一般为降失水剂和稀释剂）；5、PH值应控制，并用NaOH调节；6、钻进中，因孔壁和岩屑吸附钙离子，泥浆钙离子不断下降，需要经常补充钙盐。对于石膏地层，需要加NaOH调节PH值，并加碳酸钠除钙。

第六章泥浆体系二、盐水泥浆•是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1%，或用盐水（海水）配制的泥浆，它是靠氯化钠的含量较大而促使粘土颗粒适度聚结并用有机保护胶维持此适度聚结的稳定的粗分散体系。•分类盐水泥浆：含盐量3—7%海水泥浆：总矿化度3.3---3.7%饱和盐水泥浆：氯化钠为33—36%

第六章泥浆体系(一)盐水泥浆配制原理1、由淡水泥浆转为盐水泥浆•若配制NaCl含量1—3%的盐水泥浆，则泥浆处理中应该着重于降粘度和切力；•含盐量大于3%的盐水泥浆，泥浆处理主要应降低失水。

第六章泥浆体系(一)盐水泥浆的配制原理2、用咸水或海水直接配制泥浆(二)盐水泥浆举例

第六章泥浆体系6.3不分散低固相聚合物泥浆•泥浆的应用和发展始终与护壁效应和钻进速度两方面密切联系.•低固相：固相含量按体积计不大于4%•不分散粘土颗粒因高聚物存在而变粗对岩屑起絮凝作用，不使其分散对孔壁不起分散作用而起抑制保护作用

第六章泥浆体系一、聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆的优点1、提高了钻井速度

第六章泥浆体系•提高钻井速度的原因1、提高了钻井速度①比重小

第六章泥浆体系•提高钻井速度的原因1、提高了钻井速度②固相含量低③固相含量的组成④固相的分散度

第六章泥浆体系部分水解的聚丙烯酰胺可吸附在金属管子和岩石表面起润滑作用2、泥浆的润滑性好3、护壁性能好，并有防漏和堵漏作用（1）多点吸附，形成薄的吸附膜；（2）比重低，静液柱压力小；（3）与三氯化铁或硫酸铝起交联反应形成大的聚凝块，或未水解的聚丙烯酰胺的完全絮凝作用，堵塞中小漏失。

第六章泥浆体系（1）流变性能好，即动塑比和K、n值较好，剪切稀释特性好，在环空中的流态易调节到改型层流.4、孔内清洁，减少了卡埋钻等孔内事故（2）PAM的选择性絮凝，除砂效果好5、降低了钻井成本（1）钻速高，周期短；（2）孔内事故少；（3）管材磨损少；（4）泥浆用量少。6、减轻了对农田和环境的污染（1）PH值低；（2）固相含量低；（3）PAM是一种土壤改良剂。

第六章泥浆体系（1）总的固相含量应保持在4%（体积含量）或者更小；二、不分散低固相聚合物泥浆的标准（2）总固相中，岩屑和膨润土的比例不得超过2:1，一般为1:1

~2:1之间较好；（3）塑性粘度与动切力（屈服值）的比值1（Pa•S）:488（Pa）（4）降低泥浆失水量应加入絮凝型降失水剂（如丙烯酸盐降失水剂）；（5）动切力应维持在1.5Pa;（6）禁止使用分散剂。

第六章泥浆体系（一）絮凝作用三、聚丙烯酰胺在泥浆体系中的作用吸附基：水化基：1、选择性絮凝（1）水解度为30%的PAM，吸附基占70%左右，它对所有的固体颗粒都有吸附作用；水化基占30%左右，带负电荷，由于电性排斥，使PAM分子链伸展，有利于吸附基发挥作用；（2）粘土颗粒表面带负电，与-COO-相斥；同时，水化膜较厚，不易被吸附；（3）岩屑基本不带电，且基本无水化膜，所以，容易被吸附。

第六章泥浆体系（一）絮凝作用2、完全选择性絮凝低水解度或未水解的PAM，官能团绝大多数是吸附基，-COO-很少，对劣质土、岩屑、膨润土都有吸附作用。

第六章泥浆体系（二）防塌作用防塌机理：（1）多点吸附（2）形成致密的吸附膜

第六章泥浆体系（三）剪切稀释和紊流减阻作用

第六章泥浆体系（四）降失水作用分子量较低（10~20）×104、水解度较高60~80%的水解PAM，可用于降失水剂。

第六章泥浆体系（五）润滑作用和堵漏效用1、润滑作用：2、堵漏效用：（1）吸附作用在岩层表面微裂隙中形成吸附薄层，同时束缚住微裂隙中的自由水，起堵水作用；（2）在小到中等漏失地段，利用PAM的完全絮凝作用，堵塞孔壁岩层中的裂隙；（3）添加高价阳离子或低分子有机物，与PAM交联，靠交联絮凝物堵塞裂隙。

第六章泥浆体系1、聚丙烯酰胺-聚丙烯腈泥浆（双聚泥浆）2、聚丙烯酰胺-腐植酸钾泥浆3、聚丙烯酰胺盐水泥浆4、聚丙烯酰胺氯化钾泥浆五、不分散低固相泥浆的配制与维护四、聚丙烯酰胺泥浆的种类和配方

第六章泥浆体系6.4其他类型泥浆一、强抑制性泥浆•类型：离子交换法——钾基泥浆包膜法——PAM-KCL泥浆中PAM的作用、有机阳离子聚合物泥浆封堵法——乳化沥青泥浆活度平衡法——油包水乳化泥浆

第六章泥浆体系6.4其他类型泥浆二、泡沫泥浆1、概念：是气泡和粘土颗粒同时分散在水中形成的多相分散体系。•它的稳定是靠存在于气-液界面上的表面活性剂和有机化合物。2、性质：（1）比重低，可降低至左右；（5）主要用于孔壁不稳定的漏失地层和石油钻进的低压油气层钻进。（2）机械效率高；（3）粘度和切力较高，携带岩屑能力强；（4）孔内清洁事故少。

第六章泥浆体系二、泡沫泥浆举例：

第六章泥浆体系6.4其他类型泥浆三、地热井泥浆（一）高温对泥浆性能的影响（1）促使粘土分散；（2）高温交联作用。（2）使粘土钝化。2、高温对泥浆处理剂的影响（1）高温降解作用；1、高温对粘土的影响：3、高温引起的可恢复的影响（1）高温解吸作用。（2）高温去水化作用。（3）高温降粘作用。

第六章泥浆体系6.4其他类型泥浆三、地热井泥浆（二）地热井泥浆举例2、100°C以上至200°C的中温地热井1、100°C以下的低温地热井3、200°C以上的高温地热井泥浆第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析7.1正交实验方法与实验安排7.2实验结果分析与泥浆体系性能评价

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析正交试验是一种在多因素情况下，利用数学原理合理安排试验点，以较少的试验次数，又准又快地找到最好的试验设计方法。它还能表明各因素间谁起主要作用，谁起次要作用，谁单独起作用，谁与谁搭配起综合作用产生最优效果。7.1正交实验方法与实验安排1正交实验方法

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析确定因素和水平因素：影响泥浆性能的处理剂或参数；水平：因素（处理剂）的加量。7.1正交实验方法与实验安排2.正交实验方案举例

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析选择正交表7.1正交实验方法与实验安排2.正交实验方案举例

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析7.2实验结果分析与泥浆体系性能评价

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析7.2实验结果分析与泥浆体系性能评价K1表示每列中凡是对应1的失水试验数据相加的平均值，如A列的1=(10．5+14+12．3)／3=12．26。K表示极差，是度量数据波动大小的指标。这里表示失水最大平均值和最小平均值之差。

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析7.2实验结果分析与泥浆体系性能评价对试验结果影响大的因素．其不同水平所对应的失水值之间的极差大，这就是主要因素。看出四个因素的主次关系：

第七章室内实验方法与泥浆体系性能分析7.2实验结果分析与泥浆体系性能评价对失水量来说，泥浆的最佳配方为A2B1C2D3，即Na2CO3取，CMC取.5g,Na5P3O10取g，泥浆比重取1.08。根据切力、粘度等参数试验数据，可以确定相应的最优泥浆配方。

第八章其他类型冲洗液