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蒙脫石在水介質(zhì)中能分散成膠體狀態(tài)，呈單一晶胞方式存在，但大多呈現(xiàn)多層晶胞的聚合狀態(tài)(疊層片狀)，由于蒙脫石晶體層面和端面的電性相反，因此在分散體系中晶體薄片一般形成面端型“卡房式”空間結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的分散性、懸浮性及粘結(jié)性，在一定濃度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出優(yōu)良的觸變性。在有外加攪拌時，懸濁液表現(xiàn)為流動性很好的溶膠液，停止攪拌后會自行排列成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，而不發(fā)生沉降和水析離，這種特性特別適于配制鉆井液。
鉆井液是以膨潤土為主要原料，根據(jù)膨潤土原礦性質(zhì)對其進行改性加工并添加增效劑而制得的。鉆井泥漿被公認為油田鉆井的血液，在鉆探過程中可以起到清潔井底并攜帶巖屑、冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱、封閉和穩(wěn)定井壁、平衡地層壓力、懸浮巖屑和加重劑的作用，在鉆井作業(yè)中非常重要。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展對鉆井液用膨潤土需求量逐年增加，目前國內(nèi)高品位鉆井液用膨潤土產(chǎn)量遠遠供不應(yīng)求，膨潤土在石油鉆井方面應(yīng)用前景廣闊。
因此，膨潤土原礦的質(zhì)量及其加工技術(shù)的好壞直接決定了鉆井泥漿質(zhì)量的好壞，更影響鉆井進度及鉆井安全。國內(nèi)外對鉆井泥漿用膨潤土給予了極大地重視，美國石油學會(API)制定的API規(guī)范13A第18版和國家標準GB/T5005-2010中對膨潤土的要求給出了明確定義。
鉆井液用膨潤土分類
國際通用API標準對鉆井液用膨潤土的分類
目前國際上最為權(quán)威的鉆井材料規(guī)范是由美國石油協(xié)會制定的(API標準)。最新的API標準是在2010年發(fā)布的API規(guī)范13A第18版，該標準將鉆井液用膨潤土分為3類：Drilling-grade bentonite(鉆井級膨潤土)、Drilling-grade non-treated bentonite clay(鉆井級未處理膨潤土)、OCMA-grade bentonite(OCMA級膨潤土)。API標準中不同產(chǎn)品的質(zhì)量要求如表1所示。
國家標準對鉆井液用膨潤土的分類
早在1985年我國就發(fā)布了鉆井液用膨潤土行業(yè)標準，之后隨著國際上通用標準API標準和OCMA標準的變化我國的鉆井液材料規(guī)范幾經(jīng)修訂，目前國內(nèi)通用的鉆井液材料規(guī)范為國家標準G B / T 5 0 0 5 -2010。此標準中，將鉆井液用膨潤土分為3種，即：鉆井級膨潤土、OCMA級膨潤土、未處理膨潤土。國家標準中不同產(chǎn)品的質(zhì)量要求如表2所示。
不同標準的比較
對兩個標準進行對比可以看出：
(1) 國標在對鉆井泥漿用膨潤土的分類上與API標準完全一致，均分為鉆井級膨潤土、未處理膨潤土和O C M A 膨潤土。
(2) 不同產(chǎn)品的指標要求看似稍有差異，實則相同。主要體現(xiàn)在API標準中采用的一項評價指標為屈服值/塑性粘度，國標中對應(yīng)的指標為動塑比，前者為后者的2倍。這種差異是由計算方法的差異所引起的，在計算動塑比時采用的是動切力/塑性粘度，而動切力的值為屈服值的一半，因此產(chǎn)品的指標要求相同。
(3) 三種產(chǎn)品的定義不同，其要求之間差異較大。鉆井級膨潤土是一種含有粘土礦物蒙脫石的天然粘土礦物，也可含有石英、云母、長石和方解石等。鉆井級未處理膨潤土是一種經(jīng)干燥和粉碎、但未經(jīng)化學處理的產(chǎn)品，主要含有粘土礦物蒙脫石，以及石英、云母、長石和方解石等。OCMA級膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的粘土，天然產(chǎn)出者無法滿足鉆井級膨潤土的全部指標，需經(jīng)過純堿、聚合物或者其他化學劑處理，以改善其懸浮液性能。從定義中可知：鉆井級膨潤土既可以是改性的，又可以是原生的;OCMA級膨潤土完全是經(jīng)過改性的;而未處理膨潤土則是未經(jīng)過任何化學處理的。鉆井級膨潤土沒有排除使用包括有機高分子在內(nèi)的化學劑增效的可能性，而OCMA級膨潤土則明確表明允許使用化學劑進行增效。
鉆井液用膨潤土加工應(yīng)用技術(shù)
由于我國天然膨潤土資源以鈣基膨潤土為主，鈉基膨潤土資源有限。鈣基膨潤土和鈉基膨潤土由于其層間離子的不同，在性能表現(xiàn)上存在極大的差異，鈣基膨潤土在吸水性能、膨脹性能、造漿性能、觸變性等方面均遠遠差于鈉基膨潤土。因此，鈣基膨潤土原礦基本無法滿足鉆井液用膨潤土的要求，必須經(jīng)過改性加工。部分天然鈉基膨潤土原礦可以滿足鉆井液用膨潤土要求，但為達到更高級別產(chǎn)品有時也需要進行改性和再加工。鈉化改性和添加無機、有機增效劑是我國鉆井液用膨潤土常用的加工方法，而改性劑種類、改性劑用量、增效劑種類、增效劑用量以及改性設(shè)備及工藝直接決定了改性效果的好壞。
鉆井液用膨潤土鈉化改型方法主要有：干法改性、半干法改性、濕法改性。
我國膨潤土資源豐富，由于其出色的性能在鉆井泥漿領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但目前我國市場上供應(yīng)的水基鉆井液用膨潤土基本上以O(shè)CMA級膨潤土為主，未處理膨潤土幾乎沒有，能夠達到鉆井級膨潤土的產(chǎn)品不多，大量的鉆井級膨潤土還需要依賴進口，其生產(chǎn)加工技術(shù)遠遠落后于發(fā)達國家。
膨潤土生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強科研投入，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足我國不斷發(fā)展的鉆探行業(yè)對優(yōu)質(zhì)材料的需求;尋求優(yōu)質(zhì)資源，不斷增加對鉆井泥漿級和未處理膨潤土的研究和生產(chǎn)，替代進口產(chǎn)品，填補國內(nèi)產(chǎn)品空白。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我國豐富的膨潤土資源應(yīng)用領(lǐng)域和市場占有率將不斷提高，具有廣闊的發(fā)展前景。
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