特种高温热响应膨润土制备及其在高温钻井环境中的应用播

膨润土作为钻井泥浆的主要原料广泛应用于油气开采中，主要起到造浆、悬岩、保护井壁等作用。但随着全球常规储层的开发殆尽，钻井逐渐钻向地层深部，钻遇温度愈来愈高。常规膨润土不适应于高温地层条件，导致高温下钻井泥浆性能劣化，泥浆漏失严重，侵蚀地层。严重者还将引发卡钻、井眼坍塌、储层垮塌等严重的工程事故，增加钻井的成本与风险，影响周边人民的生活。因而，有必要系统开发膨润土结构并研发适用于高温地层环境条件的膨润土，从本质上改善泥浆性能，保障页岩油气钻采的安全性。 针对上述挑战，本次报告对无机膨润土晶体结构特征进行分子靶向修饰，构建适用于高温地层的膨润土杂化结构，以实现高温下泥浆性能的自修复；利用亚金属离子诱发膨润土活性表面与热响应分子自由基产生可控聚合，构建高温不可逆的强疏水性分子刷，实现高温地层环境下稳定成膜护壁；结合川南区块的地质情况，进行产品应用试验与评估，根据试验反馈结果，进一步完成产品优化与升级。研究成果将进一步促进膨润土矿物加工的深度与应用范围，利于提高钻井泥浆的抗温性，保障深层高温地层能源的安全开采，具有重要的工程和市场价值。

神通广大的膨润土

膨润土是什么 膨润土又名膨土岩、班脱岩，它 早被发现于美国怀俄明州的古地层中，呈黄绿色黏土状，加水后能膨胀成糊状，后来人们把凡是有这种特质的黏土统称为膨润土。膨润土一般为白色、淡黄色，因含铁量不同又呈现出浅灰、淡绿、粉红、褐红、黑杂等颜色。具蜡状、土状或油脂光泽。膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。它的主要化学组分是二氧化硅(SiO 2、三氧化二铝(AI2O3)和水。氧化铁和氧化镁的含量有时也较高。此外，钙、钠、钾等元素常以不同含量存在于膨润土中。膨润土的氧化钠(Na2O)和氧化钙(CaO)含量对其理化性能和工艺技术性能影响颇大。 在自然界中，膨润土常以黏土岩的形式存在，蒙脱石为其主要矿物成分。根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量，可将膨润土划分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱土性土)和天然漂白土(酸性土)三种。由于蒙脱石具有特殊的结晶结构，使得膨润土具有吸水性、膨胀性、胶结性、阳离子交换性和分散性及润滑性等性能，从而广泛用于冶金球团、铸造型砂、钻井泥浆以及造纸、橡胶等工业生产中。其中，铸造型砂、铁矿球团、钻井泥浆领域的消费量约占世界产量的75％。 膨润土矿分布甚广，全球总储量约为25亿吨，其中，美国、苏联和中国的储量占世界总储量的3/4，其次是意大利、希腊、澳大利亚和德国。在总储量中，钙基膨润土约占70％～80％，钠基膨润土不足5亿吨。因此，世界上的膨润土资源虽然十分丰富，但用量 大的优质钠基膨润土仍十分短缺。我国的膨润土90％为钙基膨润土。膨润土矿产遍布全国23个省，大型矿床20多个。其中，广西宁明县是膨润土储量 多的地方，目前探明的储量为6.07亿吨，占全广西总量的94.7％，占全国总量的25％，占全球总量的16.2％。