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钻井膨润土在石油、天然气等资源的开采中起着关键作用,其性能优劣直接关乎钻井作业的安全与效率,以下从多个维度讲解它的重要指标。
粘度相关指标
- 马氏漏斗粘度:一般要求钻井膨润土配制的泥浆粘度在30 - 50s之间,它是衡量泥浆流动性的直观指标。该粘度范围确保泥浆能在钻井过程中良好地携带岩屑,让岩屑顺利从井底返回地面,防止岩屑在井内堆积造成堵塞,同时维持井眼清洁,保障钻井工作顺利进行。
- 塑性粘度:反映泥浆在层流状态下的内摩擦力,单位为mPa·s,通常控制在5 - 15mPa·s。塑性粘度过高,泥浆流动阻力增大,会增加泵压和能量消耗,影响钻井效率;粘度过低,泥浆对岩屑的携带能力不足,可能导致岩屑沉降,引发卡钻等事故。
- 表观粘度:用旋转粘度计在一定转速下测得,单位是mPa·s,一般在10 - 30mPa·s 。它综合体现泥浆流动性能,在起下钻和钻进时,合适的表观粘度可有效防止井壁坍塌和岩屑沉降,维持井壁稳定。
滤失量指标
滤失量要严格控制在较低水平,优质钻井膨润土泥浆滤失量通常应控制在5 - 15mL/30min以内。较低滤失量可减少泥浆对地层的侵入,防止地层因泥浆侵入而出现垮塌、缩径等问题,保护井壁稳定,也避免对油气层造成污染,影响后续开采。
切力指标
- 动切力:指泥浆开始流动时所需克服的最小切应力,单位为Pa,一般要求在1 - 5Pa。动切力反映泥浆在流动时的内部结构强度,能使泥浆在井内有效携带岩屑,且在停泵时迅速形成结构防止岩屑下沉,保证井内安全。
- 动塑比:即动切力与塑性粘度的比值,单位为Pa/(mPa·s),一般要求不低于0.3Pa/(mPa·s) 。较高动塑比表明泥浆在较低流速下也能有效携带岩屑,在大斜度井和水平井中,适当提高动塑比可显著提高岩屑携带效率,确保钻井作业顺利。
含砂量指标
含砂量应小于0.5%,低含砂量可减少对钻井设备如钻头、钻杆等的磨损,延长设备使用寿命,降低设备维护成本。同时,有利于保证泥浆性能稳定,避免因砂粒影响泥浆的流变性能和滤失性能。
密度指标
根据不同钻井地层和工艺要求,钻井膨润土泥浆密度一般在1.05 - 1.25g/cm³之间。通过调整密度,可平衡地层压力,防止井喷和井漏等事故。在高压地层,需提高泥浆密度以平衡地层压力;在低压地层,则适当降低泥浆密度,防止压漏地层。
胶体率指标
胶体率应不低于95%,高胶体率表明膨润土颗粒在泥浆中分散性和稳定性良好,能形成均匀胶体体系,保证泥浆性能稳定,维持泥浆的各项流变参数和滤失性能。
造浆率指标
造浆率指单位质量(每吨)膨润土所能配制出符合规定粘度和滤失量等性能要求的泥浆体积,单位为m³/t ,优质钻井膨润土造浆率通常不低于12m³/t,甚至可达16m³/t以上。造浆率越高,相同质量膨润土可配制更多泥浆,降低钻井成本,在大规模钻井作业中意义重大。
pH值指标
钻井膨润土泥浆的pH值一般控制在8 - 11之间。合适pH值保证膨润土水化性能,使其充分发挥作用;防止钻具腐蚀,延长钻具使用寿命;还有利于其他处理剂发挥作用,共同维持泥浆性能稳定。
膨胀容指标
膨胀容表示膨润土在水中膨胀后的体积,单位为mL/g ,钻井膨润土膨胀容一般不低于15mL/g。膨胀容越大,膨润土吸水膨胀能力越强,在井壁上形成的泥饼越致密,可有效保护井壁和降低滤失量。
湿筛分析指标
通过湿筛法测定膨润土中大于74μm(200目)颗粒的含量,一般要求不超过2%。这些粗颗粒会磨损钻头和钻具,影响泥浆性能和钻井设备正常运行,需严格控制。
离子交换容量指标
离子交换容量指膨润土中可交换的阳离子总量,单位为mmol/100g ,钻井膨润土的离子交换容量一般在70 - 130mmol/100g之间。它反映膨润土的活性和吸附能力,与泥浆性能稳定性和对处理剂的响应性密切相关。较高离子交换容量有利于提高泥浆对降滤失剂等处理剂的吸附效果,更好地控制泥浆性能。
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