CN102807846B - 煤层气水平井防垮塌钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
煤层气水平井防垮塌钻井液，应用于煤层气水平井钻井过程中抑制井壁垮塌。特征：各组分重量百分比为：聚丙烯酸钾：0.1～0.3％；木质素磺酸钠：0.1～0.5％；GHA-5型水煤浆添加剂：0.1～0.3％；氯化钾：0.5～3％；腐植酸钾：0.4～0.6％；磺化褐煤：0.3～0.5％；石墨粉：1～3％；其余为水，各组分重量百分比之和为百分之百。效果是：有效防止煤基质膨胀，抑制由于清水对煤层的浸泡所造成的井壁垮塌；能够较好的溶解煤层中吸附的大分子，在保持煤基质常规物理性质不变的情况下降低其表面张力，利于钻井液返排，减少煤层污染。不会吸附在煤体表面而堵塞产气通道。通过调整添加成分的配比，保证钻井施工。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气水平井钻井技术领域，特别涉及一种用于煤层气水平井钻井过程中抑制井壁垮塌的钻井液。
背景技术
煤层气水平井钻井过程中为了防止井壁垮塌，一般采用向钻井液中添加支撑剂，强化井壁稳定性的方法，常用支撑剂包括各种高分子聚合物及其他专利产品。该方法可以有效增强井壁稳定性，避免钻井过程中的卡钻、埋钻等事故，保证钻井施工的顺利进行。实际应用过程中发现，支撑剂虽然可以稳定井壁，但是由于煤层特有的吸附性和低渗性，钻井液吸附在煤层中，造成钻井液返排困难，支撑剂滞留在煤层中，充填煤层割理系统，对煤层造成污染，阻塞产气产水通道且难以降解，严重影响产气效果。郑平1-1井在钻进过程中为抑制煤层井壁垮塌，向清水钻井液中添加了0.1％的XC（主要成分黄原胶）、2％的KF-1(催化剂)、1％的CMJ-2（隔离膜处理剂）和0.05-0.1％的增效剂。成分中的XC主要作用是渗入煤层裂缝系统支撑裂缝、提高煤体坚固系数，CMJ-2在钻井过程中能够在井眼形成不透水的隔离膜，有效提高井眼破裂压力。该钻井液虽然稳定井壁效果较好，但XC粘度较高难以返排，CMJ-2在井眼周围形成隔离膜加剧了钻井液返排难度。在后期排采过程中发现该井产气、产水效果极差，从井筒内可打捞出的粘稠、糊状煤泥，可判断钻井液在煤层中难以返排且不易降解。
针对此情况，部分地区已禁止使用支撑剂，采用全煤层段清水钻进以减少对煤层的污染，但清水钻井液在保证井壁稳定性，防止井壁垮塌方面存在缺陷，钻井过程中卡钻、埋钻事故频发，增加了钻井施工的难度和风险。郑1平-2H井在钻进中因出现井下复杂导致发生事故而被迫提前完钻，完钻井深2959米，煤层进尺2617米，未达到煤层进尺4000米的设计要求。
中国专利公开号200810222390.1的专利申请，该发明提供了一种用于水平井的特低渗透油层保护钻井液，其特征在于：按重量比由如下成分组成：清水100份、钠基膨润土2份、羧甲基淀粉醚2～3份、甲酸钾2～5份、双三甲基乙基氯化铵0.5～1份、羧甲基纤维素0.3～0.8份、玻璃微球0.5～1份、甲醛0.05份和氧化镁0.1份，该配方应用于常规油井，能够有效保护油层，避免钻井液对低渗透油层的伤害。该专利中的配方成分进入煤层后，充填其割理系统并难以降解，容易阻塞煤层产水产气通道，不适用于煤层气水平井钻井。
发明内容
本发明的目的是：提供一种煤层气水平井防垮塌钻井液，防止钻井过程中，尤其是煤层钻进过程中的井壁垮塌，减少卡钻、埋钻事故发生率，保证钻井施工的顺利进行。并且该钻井液对煤层无污染，其性质接近于天然煤层水，侵入煤层后不改变其常规物理性质、方便返排、不阻塞气水通道，不对后期排采造成负面影响。
本发明采用的技术方案是：煤层气水平井防垮塌钻井液，主要原料包括：
1、聚丙烯酸钾，(黄洪周主编化工产品手册：工业表面活性剂一书第三版，化学工业出版社第200页)；性质：白色或淡黄色流动粉末。用途：作防塌处理剂，能稳定井壁，抑制地层造浆。生产单位：新乡第一化工厂、广州市精细化工公司。分子量≥300万，挥发物＜10％,粒度（通过40目筛）100％，固含量＞90％，残留单体＜0.7％。
2、木质素磺酸钠，(黄洪周主编化工产品手册：工业表面活性剂一书第三版，化学工业出版社第175页)；性质：是一种线状高分子化合物。黄褐色或棕色固体。具有良好的扩散性能。可溶于任何硬度的水中。水溶液中化学稳定性好。用途：用作印染扩散剂及橡胶耐磨剂。生产单位：吉林图们市化工厂、吉林开山屯化学纤维浆厂、吉林辽源市第四化工厂等。
3、GHA-5型水煤浆添加剂，(黄洪周主编化工产品手册：工业表面活性剂一书第四版，化学工业出版社第618页)；性质：即加入添加剂后，水煤浆具有低粘度、高浓度、良好的流动性和稳定性。该添加剂具有分散剂性能好、稳定性能突出，价格低等优点。用途：水煤浆添加剂是水煤浆加压气化的重要配套技术和主要原料。生产单位：江苏新沂经纬化工有限公司。
4、氯化钾
5、腐植酸钾
6、磺化褐煤（SMC）
7、石墨粉
煤层气水平井防垮塌钻井液，各组分重量百分比为：
1、聚丙烯酸钾：0.1～0.3％；
2、木质素磺酸钠：0.1～0.5％；
3、GHA-5型水煤浆添加剂：0.1～0.3％；
4、氯化钾：0.5～3％；
5、腐植酸钾：0.4～0.6％；
6、磺化褐煤：0.3～0.5％；
7、石墨粉：1～3％；
8、其余为水，各组分重量百分比之和为百分之百。
煤层气水平井防垮塌钻井液的制备方法
首先，向水中加入氯化钾，搅拌均匀，静置8～12小时形成基浆；其次，按比例依次向基浆中加入聚丙烯酸钾、木质素磺酸钠、GHA-5型水煤浆添加剂和腐植酸钾，搅拌均匀；最后，在不断搅拌下加入磺化褐煤和石墨粉，搅拌均匀后得到煤层气水平井防垮塌钻井液。
简述煤层气水平井防垮塌钻井液使用方法：在煤层钻进过程中，遇到井下垮塌情况时，使用煤层气水平井防垮塌钻井液替换常规钻井液。保证泥浆中氯化钾浓度，可以根据不同煤层物性、地层情况微调其他组分的配比，以保证钻井施工的顺利进行。
本发明的有益效果：本发明煤层气水平井防垮塌钻井液，有效防止煤基质膨胀，抑制由于清水对煤层的浸泡所造成的井壁垮塌；能够较好的溶解煤层中吸附的大分子，在保持煤基质常规物理性质不变的情况下降低其表面张力，利于钻井液返排，减少煤层污染。不会吸附在煤体表面而堵塞产气通道。通过调整添加成分的配比，可以适用于不同煤层的水平井钻井施工，在不影响煤层原始渗透性的前提下，抑制井壁垮塌，保证钻井施工。
具体实施方式
实施例1：煤层气水平井防垮塌钻井液，各组分重量百分比为：
1、聚丙烯酸钾：0.3％；
2、木质素磺酸钠：0.2％；
3、GHA-5型水煤浆添加剂：0.1％；
4、氯化钾：2％；
5、腐植酸钾：0.5％；
6、磺化褐煤：0.5％；
7、石墨粉：1％；
8、其余为水(95.4％)，各组分重量百分比之和为百分之百。
制备过程：首先，向清水中加入氯化钾，搅拌均匀，静置10小时形成基浆；其次，按比例依次向基浆中加入聚丙烯酸钾、木质素磺酸钠、GHA-5型水煤浆添加剂和腐植酸钾，搅拌均匀；最后，在不断搅拌下加入磺化褐煤和石墨粉，搅拌均匀后得到煤层气水平井防垮塌钻井液。
实施例1使用效果：郑4平-6H井为防止钻井液添加剂造成煤层污染，使用全程清水钻井，在煤层中钻进1830米时钻遇复杂，共发生卡钻两次，被迫停止钻井施工。事故处理后用4立方米搅拌罐配置浓度为30％的氯化钾胶液，按照循环周缓慢加入至钻井液中，使钻井液中氯化钾浓度达到2％后开始M3主分支钻进，该分支进尺2732米，整个钻井过程顺利无复杂发生，日进尺最高397米，顺利完成设计煤层进尺。钻井总进尺5299米，煤层进尺4562米。
实施例2：煤层气水平井防垮塌钻井液，各组分重量百分比为：
1、聚丙烯酸钾：0.2％；
2、木质素磺酸钠：0.2％；
3、GHA-5型水煤浆添加剂：0.3％；
4、氯化钾：3％；
5、腐植酸钾：0.5％；
6、磺化褐煤：0.5％；
7、石墨粉：1％；
8、其余为水(94.3％)，各组分重量百分比之和为百分之百。
制备方法与实施例1相同。
实施例2煤层气水平井防垮塌钻井液的使用效果：郑4平-8H井进入煤层连通后更换清水钻进M1主支，进尺630米时出现扭矩增大现象，活动钻具后为防止卡钻改用氯化钾浓度3％的钻井液钻进至完钻，全井总进尺5036米，煤层总进尺4206米，顺利完成设计煤层进尺，全井无复杂与事故发生。
实施例3：煤层气水平井防垮塌钻井液，各组分重量百分比为：
1、聚丙烯酸钾：0.2％；
2、木质素磺酸钠：0.4％；
3、GHA-5型水煤浆添加剂：0.2％；
4、氯化钾：1％；
5、腐植酸钾：0.6％；
6、磺化褐煤：0.4％；
7、石墨粉：2％；
8、其余为水，各组分重量百分比之和为百分之百。
制备方法与实施例1相同。
Claims (2)
1.一种煤层气水平井防垮塌钻井液，其特征是：各组分重量百分比为：
聚丙烯酸钾：0.1～0.3%；
木质素磺酸钠：0.1～0.5%；
GHA-5型水煤浆添加剂：0.1～0.3%；
氯化钾：1～3%；
腐植酸钾：0.4～0.6%；
磺化褐煤：0.3～0.5%；
石墨粉：1～3%；
其余为水，各组分重量百分比之和为百分之百。
2.根据权利要求1所述的煤层气水平井防垮塌钻井液，其特征是：制备方法：首先，向水中加入氯化钾，搅拌均匀，静置8～12小时形成基浆；其次，按比例依次向基浆中加入聚丙烯酸钾、木质素磺酸钠、GHA-5型水煤浆添加剂和腐植酸钾，搅拌均匀；最后，在不断搅拌下加入磺化褐煤和石墨粉，搅拌均匀后得到煤层气水平井防垮塌钻井液。
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