對伊拉克膨潤土生產鉆井泥漿土的研究.ppt

1、一. 項目背景： 去年末今年初，本公司與中國機械對外經濟技術合作總公司聯(lián)手，通過國際招投標，拿到了“伊拉克新建年產10萬噸鉆井膨潤土工廠交鑰匙工程”項目。該項目的業(yè)主是伊拉克工業(yè)礦產部；生產鉆井膨潤土的原礦指定為伊拉克本地的原礦；產品質量要求全面達到美國API-13A的標準，并且保證產品質量六個月內穩(wěn)定。所謂交鑰匙工程，就是從產品試制開始，直至工廠設計與建設、職工技術培訓，最終將一個產品質量與產能達標，技術上具有國際先進水平的膨潤土工廠交付給甲方。 據(jù)我們了解，這個項目實施后，將是盛產石油的中東、北非首家比較象樣的膨潤土工廠，也是中國膨潤土技術與設備首次走出國門，走向世界。此事關系到我們中國人

2、的信用與聲譽。因此，只能成功，不能失敗。,二. 伊拉克膨潤土礦的特點： 眾所周知，膨潤土工業(yè)就是對天然膨潤土礦進行不同程度的加工。而天然生成的膨潤土礦由于地質成因不同，礦與礦之間，不同礦層之間，性能是千差萬別的。因此，要生產出合格產品，首要工作就是對擬使用的原礦進行深入分析與了解，為今后的工藝設計提供依據(jù)。 伊拉克方面先后二次空運當?shù)氐呐驖櫷猎V樣品給我方，合計200多公斤，供我方研究測試。我方組織了國內數(shù)家機構與專家，經過反復測試，才認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： 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，而且還含有凹凸棒石的主要成分坡縷石

3、。是二種粘土礦物的混合體。這種類型的膨潤土礦，中國國內尚未發(fā)現(xiàn)，估計世界上也比較少見。 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。,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，礦質細膩密實，類似南方人打制的糯米年糕。礦體堅韌，保水能力強，不易破碎與自然風化。 三. 伊拉克膨潤土礦生產鉆井泥漿土的關鍵技術： 一般來說，國內鉆井膨潤土的生產，并非高難技術。但由于伊拉克膨潤土礦的特

4、殊性，反復小試后證明：如果簡單套用國內常見的工藝與方法，那么，伊拉克膨潤土礦就無法生產出達到國際公認的API標準的鉆井泥漿土。 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.鉆井泥漿膨潤土質量標準：,3 .我們對泥漿土三個重要指標的認識與理解： （1）粘度：粘度反映的是在水溶液中，膨潤土小顆粒之間的內摩擦力。即顆粒分散與顆粒聚結之間的相對運動。該運動的內在動力是土顆

5、粒端面之間的化學電位差。 泥漿土標準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構粘度構成，即：表觀粘度=塑性粘度+結構粘度。 雖然粘度指標標示的數(shù)值符號是，但實際上并不是數(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為塑性粘度高，而是因為結構粘度高的話，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：該指標反映的是使流體開始流動所需的最小切應力，本質上反映的就是泥漿的結構粘度。這個指標所用的數(shù)值符號是，表示越小越好。也就是說，鉆井泥漿的結構粘度其實是越小越好。與

6、其對應的塑性粘度才是越大越好。,（3）濾失量：該指標反映的是在一定的時間內與壓力下，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，甚至井壁垮塌等嚴重問題。因此，這個指標所用的數(shù)值也是，表示越小越好。濾失量越小，鉆井時產生泥餅就越薄而致密，護壁效果越好。 4.用伊拉克膨潤土礦生產鉆井泥漿土的工藝與技術特點： 原礦的特點決定了生產的工藝特點。簡單地說，用伊拉克膨潤土原礦生產達到API-13A標準的鉆井泥漿土，工藝上至少有二個特點。 （1）鈉化前的原礦破碎：一般鈣基膨潤土礦在鈉化處理前并不必須經過破碎。原礦進廠后

7、，經過一段時間的堆放后，大多數(shù)能夠自然風化。即便來不及自然風化而存在大塊礦，一般經過一次對輥機破碎，就能解決問題。但伊拉克原礦質地堅韌，保水能力強，不論堆放多少時間，都不會自然風化。礦石體形又大又扁又粘，不適用于進料入口較小，以擠壓、沖擊為工作原理的破碎機械。我們經過試驗，自行設計了一套先以高速剪切力為工作原理,的鏈條式粗破，后以對輥擠壓機進行均勻性細破的組合破碎機組，才解決了這一難題。使用這套設備，可以不受原礦的大小、形狀、水分、粘性的限制，最終都能將原礦細破至3毫米以下的均勻小顆粒。 原礦破碎對伊拉克礦生產鉆井泥漿土具有特殊的意義。其一是可以用物理方法降低凹凸棒石的結構粘度，提高與改善凹凸

8、棒石粘土的流變性能；其二是原礦破碎后，礦物結構發(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）化學添加劑的選用：按照API-13A標準規(guī)定的測試方法，伊拉克膨潤土原礦粉的600轉粘度在5至20之間（標準30），濾失量高達40至50之間（標準15）。事實證明：伊拉克原礦不用化學添加劑改性，產品質量肯定無法達標。而用什么添加劑來改善產品的泥漿性能，讓產品質量全面達到API標準，自然成了該項目最關鍵的技術。,我們知道，國內絕大多數(shù)膨潤土廠生產鉆井泥漿土，都是要用添加劑的。原礦質量好，只用純堿一種鈉化劑。原礦質量一

9、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添加劑進行補充。 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轉粘度就能超過140（標準30），動塑比就能超過30（標準是3），濾失量就能超過25（標準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，但增加的是結構粘度，不是我們需要的塑性粘度。其數(shù)量關系是：粘度可以一下子增加10倍，而濾失量只能

10、降低1倍。 國內鉆井土生產的邏輯是：粘度指標最重要，粘度達到了，動塑比與濾失量也能達到。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，再配以其他有機添加劑進一步增粘，直至指標達標。,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。要經過這么一個來回折騰，才能把握住鉆井泥漿三個重要指標之間的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，找到一個最佳平衡點（即添加劑配方），才能實現(xiàn)達到API-13A標準的目標。 我們在長達數(shù)月的時間里，對20多種化學添加劑進行了測試，經過上百次的實驗室試驗，才優(yōu)化出一個比較理想的生產工藝流程與添加劑方案。用這個方案做出的伊拉克鉆井泥漿土，600轉

11、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行認證。通過審查與認證，并經過6個月保質期的考驗，最終才得到了業(yè)主方的確認與肯定。,四. 中國膨潤土技術與設備可以走向世界： 事實已經初步證明，我們中國人的膨潤土生產技術是可靠的，也是具有國際競爭力的。目前，我們做的生產工藝方案與工廠設計，經過雙方代表的充分交流與論證，已經審核通過。下一步我們將按照標書的約定，進入施工圖設計，設備定購、運輸、與安裝，技術培訓等后續(xù)階段。不出意外的話，明年下半年，一座由我們中國人設