活化一些土耳其膨润土去改善钻井液性能精品.docx

大小 628.2KB 页数 11 页 格式 DOCX

活化一些土耳其膨润土去改善钻井液性能

1 引言 膨润土是全球范围内使用的钻井液添加物。他们的主要作用是增加泥 浆粘度,降低其滤失量( Bol , 1986 )。一种优质的膨润土应主要包含蒙脱石。 在实践中,膨润土通常包含其他的粘土矿物,如伊利石、高岭石、绿泥石和非粘 土成分,例如少量的石英和长石。由于蒙脱石粘土具有很强的膨胀能力(它主要 是为增大粘度和形成低渗滤饼),而其它物质的存在对膨润土的质量则有不利影 响。不同的可交换离子对蒙脱石的溶胀能力有很大的影响。到目前为止,以钠作 为可交换离子的钠基蒙脱石的性能最佳。含有这些矿物组成的膨润土其增粘效果 不佳,可通过添加各种添加剂。该添加剂可以是盐类或聚合物,通过轻微凝聚来 增强膨润土悬浮液的粘度( Van Olphen , 1977 )。

Rollins ( 1968 )已经表明,需要有足够的钠才能得到良好分散性的膨润土悬 浮液。 Wayland ( 1971 )发现 Na/ Ca 比会影响膨润土的物理性质, Bleyfuss ( 1973 )表明,通过加入少量的氢氧化钙可提高膨润土溶胀率。在实践中,氧化 镁常被用于提高凝胶强度。 Williams 等人( 1953 )更是强调了 Na/ Ca 比的重要 性,发现粘度和凝胶强度最大时钠 / 钙比以 60/40 为最优。而 Alther ( 1986 )建 议,膨润土中钠 / 钙 / 镁以 60/20/20 为最优。

对高岭土和膨润土的分散体流动原理作了广泛调查( Lagaly , 1989 ),发现 高岭土和膨润土分散体的流动性在酸性介质界面和碱性介质表面很容易区分。不 同的网状结构形成依赖于 pH 值和钙 / 钠比。钙离子促进界面接触并形成稳定的带 状结构( Brandenburg 和 Lagaly , 1988 年)。混晶或非晶材料影响粘土分散体与粘 土矿物作用时的流动性,比如氧化铁的影响。有机化合物,特别是聚合物,是比 无机盐更为有效的添加剂( Bol , 1986 )。在土耳其开采膨润土主要依赖于它们 的泥浆质量。钠含量低,主要是钙、镁等阳离子交换需要激活,以满足钻井泥浆 和土木工程的规格( Lebedenko 和 plee , 1988 )。

本研究旨在探讨一些重要的土耳其膨润土(那些来自 Samas , Canbensan and Ceylan )将他们潜在的活化作用用于钻井液。研究发现膨润土热液蚀变形成的 火山凝灰岩,及其相关的岩石类型为安山质凝灰岩,其地质时代为中新世。

2 实验方案

对土耳其的三种商业膨润土(图 1 )进行了研究,其产地与生产厂家如表 1 所示。根据土耳其 TS977 采样标准进行取样研究( TSE , 1971 )。膨润土的矿物 组合物是通过 X- 射线衍射( XRD )、差热分析( DTA )和热重分析实验( TG ) 来确定的。用 Ni 过滤 Cu-K α辐射 Jeol JDX-80 衍射仪测得样品粉末的 XRD 谱图。用 Netzch STA429 TG-DTA 联立仪以 10 ℃ / 分钟升温程序在空气气氛中测得膨润土的 DTA 谱图。

图 1 :所研究膨润土的地理位置分布

表 1 :膨润土产地与生产厂家信息

样品名 生产商家 厂址
Samas Samas Resadiye,Tokat
Ceylan Ceylan Cankiri
Canbensan Canbensan Kursunlu,Cankiri

样品的化学组合物通过 X- 射线荧光光谱仪( XRF )测定,由采用四硼酸锂 为光源的 Philips PV1480 光谱仪显示。流变测试试验根据 API (美国石油协会)规 格在 Ankara 的 TSE 实验室进行( API , 1983 年)。使用范式 35 SA 型粘度计测定其 粘度。 22.5g 膨润土和 350mL 水制备的浆液在 600 转下混合 20min 后备用。重复混 合多次并通过高搅的悬浮液陈化 16h ,陈化后搅拌混合约 5 分钟后测定粘度。 API 滤失量测试是将放置 24h 后的泥浆倒入底部开孔的不锈钢室内完成的,滤纸放在 底部。淤浆在 80 psi 的压力下滤失 30 分钟,读出滤失水的量。一种好的膨润土 (用于钻井目的),范式表观粘度至少为 15cp (即范式刻度盘在 600 转速下的读

数除以 2 )且滤失量应大于等于 15mL 。据石油公司材料协会

( OCMA1983 )、 API 和土耳其标准协会( TSE ), 15 cp 的表观粘度被认为是 可以接受的值,就相当于每吨土造浆 90 桶。其粘土浓度和塑变值符合下面的公式 ( Buckl 和 Fahn , 1970 ):

570 .5 barrel 2.3 C / 3 .5

其中 Y= 塑性值, C=350mL 水中粘土的浓度。膨胀实验是指喷洒 1.4g 的膨润 土于盛有蒸馏 8h 水的 100mL 量筒中放置 72h 后测量膨胀的膨润土体积。用膨胀后 的体积除以原来的总体积得膨胀率。原体积对应于 1.4g 膨润土放置在量筒中的体 积(自由体积)。三种土耳其膨润土的膨胀、滤失、表观粘度和造浆率等性质如 表 2 所示。

表 2 :土耳其膨润土的物化性质

项目 Samas Ceylan Canbensa
n
膨胀率 5 4 3.5
滤失量(mL) 9 18 1.5
造浆率 95 74 59
表观粘度(cp)(22.5g土/350mL水) 16 11 4.5

3 结果与讨论

矿物学分析表明,所有样品正如预期的一样是蒙脱石。风干的样品的 X 射线 衍射图在 13 × 10-10 处的峰值对应于蒙脱石中作为层间阳离子的主要成分为钠。饱 和乙二醇趋向 1718 × 10-10 处的峰值被认为对应于蒙脱石。这些膨润土的主要杂质 被认定为方解石、长石、石英、白石 -CT 、沸石和石膏。如图 3 所示,所有三个样 品中均含有长石,但 Canbensan 膨润土中不存在方解石。石英和石膏只存在于 Canbensan 样品中(图 3c )而沸石仅出现在 Samas 膨润土中(图 3a )。 X 射线荧 光分析中得到的值表明膨润土的主要成分蒙脱石中 A12O3 与 SiO2 的比为 1/31/4 (表 3 )。 XRF 数据表明, Samas 膨润土所含的 Na2O(2.44%) 比含有 Canbensan 粘土的 Ceylan 膨润土 ( 1.90%) 中 Na2O 的含量高 2.24% 。 Ceylan 膨润 土中 CaO 的含量明显高于其他,而 Canbensan 膨润土中氧化镁的含量最高

( 2.64% )。样品中氧化铁有显著地差异, Samas 膨润土中含 3.78% 的 Fe2O3 ,

Ceylan 膨润土中 Fe2O3 的含量高达 9.32% ,而 Canbensan 膨润土中含

  • 5.38%Fe2O3 。

DTA 和 TGA 曲线如图 2 所示,在约 700 ℃时出现一个小的吸热峰,在约 850950 ° C 处有一个来自于蒙脱石的小 S 形的吸热放热峰系统( Mackenzie , 1970

年)。 Samas 和 Ceylan 的膨润土在约 720 ℃出有吸热峰,表明其含有方解石(图 2a 和 2b )。 560 - 570 ℃处的峰值(图 2c )是蒙脱土的“低温”脱羟基峰,典型的富 铁蒙脱石。类似的还有 Ceylan 膨润土(图 2b ) DTA 曲线的 550-570 ℃区间。流变 试验的结果(表 2 )显示, Samas 膨润土有一个钻井泥浆的产率( Y )为每吨 95 桶 , 超过可接受值每吨 90 桶,但 Canbensan 和 Ceylan 膨润土需要经过活化处理。

图 2. 土耳其膨润土差热分析和热重分析曲线对比

(a) Samas (b) Ceylan (c) Canbensan M= 蒙脱石 C = 方解石 Q= 石

图 3 三种土耳其膨润土的 X 射线图谱

(a) Samas,(b) Ceylan,(c) Canbensan,

预览结束 · 共 11 页

下载完整版