對(duì)伊拉克膨潤(rùn)土生產(chǎn)鉆井泥漿土的研究

1、伊拉克膨潤(rùn)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(guó)機(jī)械對(duì)外經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作總公司聯(lián)手，通過國(guó)際招投標(biāo)，拿到了“伊拉克新建年產(chǎn)10萬噸鉆井膨潤(rùn)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(rùn)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(guó)API-13A的標(biāo)準(zhǔn)，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量六個(gè)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(gè)產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能達(dá)標(biāo)，技術(shù)上具有國(guó)際先進(jìn)水平的膨潤(rùn)土工廠交付給甲方。 據(jù)我們了解，這個(gè)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(rùn)土工廠，也是中國(guó)膨潤(rùn)土技術(shù)與設(shè)備首次走出

2、國(guó)門，走向世界。此事關(guān)系到我們中國(guó)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(rùn)土礦的特點(diǎn)： 眾所周知，膨潤(rùn)土工業(yè)就是對(duì)天然膨潤(rùn)土礦進(jìn)行不同程度的加工。而天然生成的膨潤(rùn)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(duì)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?rùn)土原礦樣品給我方，合計(jì)200多公斤，供我方研究測(cè)試。我方組織了國(guó)內(nèi)數(shù)家機(jī)構(gòu)與專家，經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，才認(rèn)識(shí)到伊拉克膨潤(rùn)土礦與大多數(shù)中國(guó)膨潤(rùn)土礦相比，具有十分顯著的特點(diǎn)： 1.伊拉克膨潤(rùn)土礦物組成中不僅含有膨潤(rùn)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(rùn)土礦，中國(guó)國(guó)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(shí)以蒙脫石為主，有時(shí)以坡縷石為主，二種礦物的相對(duì)含量，波動(dòng)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(shí)候以天然鈣基為主，有時(shí)候以天然鈉基為主。礦塊（層）之間也波動(dòng)變化很大。 4.伊拉克膨潤(rùn)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(rùn)土礦生產(chǎn)鉆井泥漿土的關(guān)鍵技術(shù)： 一般來說，國(guó)內(nèi)鉆井膨潤(rùn)土的生產(chǎn)，

4、并非高難技術(shù)。但由于伊拉克膨潤(rùn)土礦的特殊性，反復(fù)小試后證明：如果簡(jiǎn)單套用國(guó)內(nèi)常見的工藝與方法，那么，伊拉克膨潤(rùn)土礦就無法生產(chǎn)出達(dá)到國(guó)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(rùn)土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：563 .我們對(duì)泥漿土三個(gè)重要指標(biāo)的認(rèn)識(shí)與理解： （1）粘度：粘度反映的是在水溶液中，膨潤(rùn)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(duì)運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在動(dòng)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(hào)是，但實(shí)際上并不是數(shù)值越高越好。簡(jiǎn)而言之：如果粘度數(shù)值很高的原因不是因?yàn)樗苄哉扯雀撸且驗(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(shí)，鉆井泥漿失去了流變性，同時(shí)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(dòng)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(gè)指標(biāo)所用的數(shù)值符號(hào)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(duì)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(shí)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(duì)鉆井工程是極為不利的，會(huì)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(gè)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(shí)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(rùn)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(jiǎn)單地說，用伊拉克膨潤(rùn)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(gè)特點(diǎn)。 （1）鈉化前的原礦破碎：一般鈣基膨潤(rùn)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(shí)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(duì)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(shí)間，都不會(huì)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(duì)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(duì)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(cè)試方法，伊拉克膨潤(rùn)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(guó)內(nèi)絕大多數(shù)膨潤(rùn)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(rùn)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(jià)鈉離子來置換水化分散性能較差的二價(jià)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(duì)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(dòng)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(duì)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(guó)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(dòng)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(gè)來回折騰，才能把握住鉆井泥漿三個(gè)重要指標(biāo)之間的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，找到一個(gè)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?cè)陂L(zhǎng)達(dá)數(shù)月的時(shí)間里，對(duì)20多種化學(xué)添加劑進(jìn)行了測(cè)試，經(jīng)過上百次的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，才優(yōu)化出一個(gè)比較理想的生產(chǎn)工藝流程與添加劑方案。用這

11、個(gè)方案做出的伊拉克鉆井泥漿土，600轉(zhuǎn)粘度35至40左右，動(dòng)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(gè)鈉化與添加劑配比方案，在中材北京地勘研究院測(cè)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(gè)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(guó)膨潤(rùn)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(guó)人的膨潤(rùn)土生產(chǎn)技術(shù)是可靠的，也是具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(gòu)、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(guó)人設(shè)計(jì)與建設(shè)的，