對伊拉克膨潤土生產(chǎn)鉆井泥漿土的研究

1、伊拉克膨潤土生產(chǎn)鉆井泥漿土的研究12一. 項(xiàng)目背景： 去年末今年初，本公司與中國機(jī)械對外經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作總公司聯(lián)手，通過國際招投標(biāo)，拿到了“伊拉克新建年產(chǎn)10萬噸鉆井膨潤土工廠交鑰匙工程”項(xiàng)目。該項(xiàng)目的業(yè)主是伊拉克工業(yè)礦產(chǎn)部；生產(chǎn)鉆井膨潤土的原礦指定為伊拉克本地的原礦；產(chǎn)品質(zhì)量要求全面達(dá)到美國API-13A的標(biāo)準(zhǔn)，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量六個月內(nèi)穩(wěn)定。所謂交鑰匙工程，就是從產(chǎn)品試制開始，直至工廠設(shè)計(jì)與建設(shè)、職工技術(shù)培訓(xùn)，最終將一個產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能達(dá)標(biāo)，技術(shù)上具有國際先進(jìn)水平的膨潤土工廠交付給甲方。 據(jù)我們了解，這個項(xiàng)目實(shí)施后，將是盛產(chǎn)石油的中東、北非首家比較象樣的膨潤土工廠，也是中國膨潤土技術(shù)與設(shè)備首次走出

2、國門，走向世界。此事關(guān)系到我們中國人的信用與聲譽(yù)。因此，只能成功，不能失敗。3二. 伊拉克膨潤土礦的特點(diǎn)： 眾所周知，膨潤土工業(yè)就是對天然膨潤土礦進(jìn)行不同程度的加工。而天然生成的膨潤土礦由于地質(zhì)成因不同，礦與礦之間，不同礦層之間，性能是千差萬別的。因此，要生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，首要工作就是對擬使用的原礦進(jìn)行深入分析與了解，為今后的工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 伊拉克方面先后二次空運(yùn)當(dāng)?shù)氐呐驖櫷猎V樣品給我方，合計(jì)200多公斤，供我方研究測試。我方組織了國內(nèi)數(shù)家機(jī)構(gòu)與專家，經(jīng)過反復(fù)測試，才認(rèn)識到伊拉克膨潤土礦與大多數(shù)中國膨潤土礦相比，具有十分顯著的特點(diǎn)： 1.伊拉克膨潤土礦物組成中不僅含有膨潤土的主要成分蒙脫石

3、，而且還含有凹凸棒石的主要成分坡縷石。是二種粘土礦物的混合體。這種類型的膨潤土礦，中國國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)，估計(jì)世界上也比較少見。 2.伊拉克原礦各礦塊（層）之間，有時以蒙脫石為主，有時以坡縷石為主，二種礦物的相對含量，波動與變化很大。但總粘土（蒙脫石坡縷石）含量都是大于70。4 3.伊拉克原礦中的蒙脫石，有時候以天然鈣基為主，有時候以天然鈉基為主。礦塊（層）之間也波動變化很大。 4.伊拉克膨潤土礦是明顯的沉積型礦床。外觀為大塊片（層）狀，礦質(zhì)細(xì)膩密實(shí)，類似南方人打制的糯米年糕。礦體堅(jiān)韌，保水能力強(qiáng)，不易破碎與自然風(fēng)化。 三. 伊拉克膨潤土礦生產(chǎn)鉆井泥漿土的關(guān)鍵技術(shù)： 一般來說，國內(nèi)鉆井膨潤土的生產(chǎn)，

4、并非高難技術(shù)。但由于伊拉克膨潤土礦的特殊性，反復(fù)小試后證明：如果簡單套用國內(nèi)常見的工藝與方法，那么，伊拉克膨潤土礦就無法生產(chǎn)出達(dá)到國際公認(rèn)的API標(biāo)準(zhǔn)的鉆井泥漿土。 為了說明這一問題，需要先從鉆井泥漿的作用與機(jī)理說起： 1.鉆井泥漿的作用：鉆井液的流變性是鉆井液的一項(xiàng)基本性能，它在解決下列鉆井問題是起著十分重要的作用： （1）攜帶巖屑，保證井底和井眼的清潔； （2）懸浮巖屑； （3）提高機(jī)械鉆速； （4）保持井眼的規(guī)則和保證井下安全。 2.鉆井泥漿膨潤土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：563 .我們對泥漿土三個重要指標(biāo)的認(rèn)識與理解： （1）粘度：粘度反映的是在水溶液中，膨潤土小顆粒之間的內(nèi)摩擦力。即顆粒分散與顆粒聚

5、結(jié)之間的相對運(yùn)動。該運(yùn)動的內(nèi)在動力是土顆粒端面之間的化學(xué)電位差。 泥漿土標(biāo)準(zhǔn)中粘度指的是表觀粘度（視粘度、有效粘度）。表觀粘度由塑性粘度與結(jié)構(gòu)粘度構(gòu)成，即：表觀粘度=塑性粘度+結(jié)構(gòu)粘度。 雖然粘度指標(biāo)標(biāo)示的數(shù)值符號是，但實(shí)際上并不是數(shù)值越高越好。簡而言之：如果粘度數(shù)值很高的原因不是因?yàn)樗苄哉扯雀?，而是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)粘度高的話，那么，說明該泥漿體系中的粘土顆粒之間的聚結(jié)能力大于分散能力，此時，鉆井泥漿失去了流變性，同時也就失去了在鉆井工程中的作用與意義。（2）屈服值/塑性粘度：該指標(biāo)反映的是使流體開始流動所需的最小切應(yīng)力，本質(zhì)上反映的就是泥漿的結(jié)構(gòu)粘度。這個指標(biāo)所用的數(shù)值符號是，表示越小越好。也就是說

6、，鉆井泥漿的結(jié)構(gòu)粘度其實(shí)是越小越好。與其對應(yīng)的塑性粘度才是越大越好。7 （3）濾失量：該指標(biāo)反映的是在一定的時間內(nèi)與壓力下，鉆井泥漿溢出水分的數(shù)量。泥漿失去的水分越多，井壁形成的泥餅就越厚越松散。厚而松散的泥餅對鉆井工程是極為不利的，會造成卡鉆，井徑不規(guī)則，甚至井壁垮塌等嚴(yán)重問題。因此，這個指標(biāo)所用的數(shù)值也是，表示越小越好。濾失量越小，鉆井時產(chǎn)生泥餅就越薄而致密，護(hù)壁效果越好。 4.用伊拉克膨潤土礦生產(chǎn)鉆井泥漿土的工藝與技術(shù)特點(diǎn)： 原礦的特點(diǎn)決定了生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)。簡單地說，用伊拉克膨潤土原礦生產(chǎn)達(dá)到API-13A標(biāo)準(zhǔn)的鉆井泥漿土，工藝上至少有二個特點(diǎn)。 （1）鈉化前的原礦破碎：一般鈣基膨潤土礦

7、在鈉化處理前并不必須經(jīng)過破碎。原礦進(jìn)廠后，經(jīng)過一段時間的堆放后，大多數(shù)能夠自然風(fēng)化。即便來不及自然風(fēng)化而存在大塊礦，一般經(jīng)過一次對輥機(jī)破碎，就能解決問題。但伊拉克原礦質(zhì)地堅(jiān)韌，保水能力強(qiáng)，不論堆放多少時間，都不會自然風(fēng)化。礦石體形又大又扁又粘，不適用于進(jìn)料入口較小，以擠壓、沖擊為工作原理的破碎機(jī)械。我們經(jīng)過試驗(yàn)，自行設(shè)計(jì)了一套先以高速剪切力為工作原理8的鏈條式粗破，后以對輥擠壓機(jī)進(jìn)行均勻性細(xì)破的組合破碎機(jī)組，才解決了這一難題。使用這套設(shè)備，可以不受原礦的大小、形狀、水分、粘性的限制，最終都能將原礦細(xì)破至3毫米以下的均勻小顆粒。 原礦破碎對伊拉克礦生產(chǎn)鉆井泥漿土具有特殊的意義。其一是可以用物理方

8、法降低凹凸棒石的結(jié)構(gòu)粘度，提高與改善凹凸棒石粘土的流變性能；其二是原礦破碎后，礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從不易干燥變成了容易干燥。降低了磨粉前的烘干成本。其三是增加了顆粒表面接觸面積，為下一步的鈉化處理創(chuàng)造了良好的條件。（2）化學(xué)添加劑的選用：按照API-13A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試方法，伊拉克膨潤土原礦粉的600轉(zhuǎn)粘度在5至20之間（標(biāo)準(zhǔn)30），濾失量高達(dá)40至50之間（標(biāo)準(zhǔn)15）。事實(shí)證明：伊拉克原礦不用化學(xué)添加劑改性，產(chǎn)品質(zhì)量肯定無法達(dá)標(biāo)。而用什么添加劑來改善產(chǎn)品的泥漿性能，讓產(chǎn)品質(zhì)量全面達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)，自然成了該項(xiàng)目最關(guān)鍵的技術(shù)。9我們知道，國內(nèi)絕大多數(shù)膨潤土廠生產(chǎn)鉆井泥漿土，都是要用添加劑的。原礦

9、質(zhì)量好，只用純堿一種鈉化劑。原礦質(zhì)量一般，除了用純堿這種鈉化劑外，還要用纖維素（CMC）,聚丙烯酰胺（PAM）等其他具有增粘降濾失作用的有機(jī)添加劑進(jìn)行補(bǔ)充。伊拉克膨潤土原礦中可交換鈣、鎂離子總含量超過鉀、鈉離子。因此，需要用水化分散性能更好的一價鈉離子來置換水化分散性能較差的二價鈣離子。即我們常說的“人工鈉化”。但問題與難點(diǎn)是：伊拉克礦對鈉化劑過于敏感，例如濕法加堿量只有1，600轉(zhuǎn)粘度就能超過140（標(biāo)準(zhǔn)30），動塑比就能超過30（標(biāo)準(zhǔn)是3），濾失量就能超過25（標(biāo)準(zhǔn)15）。以上數(shù)據(jù)說明：鈉化劑對伊拉克礦有增粘效果，也有降濾失效果，但增加的是結(jié)構(gòu)粘度，不是我們需要的塑性粘度。其數(shù)量關(guān)系是：粘

10、度可以一下子增加10倍，而濾失量只能降低1倍。 國內(nèi)鉆井土生產(chǎn)的邏輯是：粘度指標(biāo)最重要，粘度達(dá)到了，動塑比與濾失量也能達(dá)到。因此，使用的添加劑的方向是先用鈉化劑增粘，鈉化后粘度還不夠，再配以其他有機(jī)添加劑進(jìn)一步增粘，直至指標(biāo)達(dá)標(biāo)。10伊拉克礦的特殊性就在于：要先用鈉化劑增粘降濾失，再用降粘劑（也稱稀釋劑）降粘降濾失。要經(jīng)過這么一個來回折騰，才能把握住鉆井泥漿三個重要指標(biāo)之間的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，找到一個最佳平衡點(diǎn)（即添加劑配方），才能實(shí)現(xiàn)達(dá)到API-13A標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。 我們在長達(dá)數(shù)月的時間里，對20多種化學(xué)添加劑進(jìn)行了測試，經(jīng)過上百次的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，才優(yōu)化出一個比較理想的生產(chǎn)工藝流程與添加劑方案。用這

11、個方案做出的伊拉克鉆井泥漿土，600轉(zhuǎn)粘度35至40左右，動塑比2以下，濾失量12以下。各種添加劑（包括純堿）的總加入量在3以下。按照這個鈉化與添加劑配比方案，在中材北京地勘研究院測試中心的大力支持下，我們先后試制了50多公斤用伊拉克原礦制作的鉆井泥漿土試制樣品，送交伊拉克石油部門進(jìn)行認(rèn)證。通過審查與認(rèn)證，并經(jīng)過6個月保質(zhì)期的考驗(yàn)，最終才得到了業(yè)主方的確認(rèn)與肯定。11 四. 中國膨潤土技術(shù)與設(shè)備可以走向世界： 事實(shí)已經(jīng)初步證明，我們中國人的膨潤土生產(chǎn)技術(shù)是可靠的，也是具有國際競爭力的。目前，我們做的生產(chǎn)工藝方案與工廠設(shè)計(jì)，經(jīng)過雙方代表的充分交流與論證，已經(jīng)審核通過。下一步我們將按照標(biāo)書的約定，進(jìn)入施工圖設(shè)計(jì)，設(shè)備定購、運(yùn)輸、與安裝，技術(shù)培訓(xùn)等后續(xù)階段。不出意外的話，明年下半年，一座由我們中國人設(shè)計(jì)與建設(shè)的，