CN108005610A - 深孔钻探护壁堵漏工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深孔钻探护壁堵漏工艺包括以下至少一种工况处理方案：工况处理方案一，在小口径深孔岩心钻探初始钻孔时，加注钻孔冲洗液，该钻孔冲洗液配方包括15Kg的皂化油、0.75Kg的吐温‑80、0.05Kg的聚丙烯酰胺、以及0.01Kg的粘土粉；该钻孔冲洗液配方的性能参数为：pH=8，含砂量<0.4%，失水量为6ml，泥皮厚为0.05mm，密度为1.009克/cm3，漏斗粘度为16秒；工况处理方案二，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到松散水敏地层时，预先复配出并使用初始泥浆体系的一种。
Description
技术领域
本发明涉及深孔钻探护壁堵漏工艺。
背景技术
目前，随着深部找矿的进程不断加快，钻孔越来越深，技术要求和难度越来越大，迫切需要钻探技术的快速发展，以适应深部找矿工作的需要。在钻探生产中冲洗液如同人体的血液，发挥着极其重要的作用。这就要求我国钻探工作者对深部钻探冲洗液的性能研究给予更多的关注，根据不同地层类型和钻孔实际情况，因地制宜，如何进行有针对性地进行实践探索和研究，产生新的突破，从而推动深部找矿钻探专业技术水平的提高，大大加强钻探生产力急需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种深孔钻探护壁堵漏工艺及泥浆体系的配制方法；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明的深孔钻探护壁堵漏工艺包括以下至少一种工况处理方案，
工况处理方案一，在小口径深孔岩心钻探初始钻孔时，加注钻孔冲洗液，该钻孔冲洗液配方包括15Kg的皂化油、0.75Kg的吐温-80、0.05Kg的聚丙烯酰胺、以及0.01Kg的粘土粉；
该钻孔冲洗液配方的性能参数为：pH=8，含砂量<0.4%，失水量为6ml，泥皮厚为0.05mm，密度为1.009克/cm3，漏斗粘度为16秒；
工况处理方案一，适用于所有地层小口径施工，主要作用提高泥浆循环减阻能力，提高小口径的钻进效率及钻进深度。
工况处理方案二，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到松散水敏地层时，预先复配出并使用以下初始泥浆体系的一种：
泥浆体系a、Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆体系，在其组分中包括钙土、碱、以及CMC，其重量份比为5.5~6：0.02：0.5~0.6；
该泥浆体系其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度50ηa，失水量（API/30min）＜10ml，pH值为8。
泥浆体系b、DFD泥浆体系，在其组分中包括钙土、碱、以及DFD，其重量份比为6.5~7：0.02：0.8；
该泥浆体系其钻孔冲洗液性能参数：六速旋转粘度计600r/min，读数13.5，失水量（API/30min）15ml以下，PH值为9；
泥浆体系c、高聚物泥浆体系，在其组分中包括：钙土、碱、以及复合聚合物，其重量份比为5：0.02：0.6；
该泥浆体其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度约65ηa，失水量（API/30min）＜15ml以下；
泥浆体系d、PAM-KCl泥浆体系，在其组分中包括:1m3的水，30～50kg的预水化粘土，分子量300×104以上、水解度30%的PAM加量为1.5kg~3.5kg，KCl为30~150kg，1kg的（NH4）2SO4；
泥浆体系e、LG植物胶泥浆体系；
工况处理方案二适用于水敏性地层和松散性地层，这种地层往往会造成垮渣尺寸大于环空尺寸无法排除；泥浆粘切力不够，较大尺寸颗粒悬浮不上来；孔壁垮塌、卡钻、埋钻；泥浆失水量过大引起缩径抱钻；钻头和钻杆泥包；绳钻杆内壁结垢；孔壁软化加剧孔斜等等问题。而采用合理的泥浆处理技术将有效的解决以上复杂问题，使小口径深孔钻进顺利进行。
工况处理方案三、当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到粘土层或页岩层时，在泥浆中加入添加剂，该添加剂组分包括钠土、CMC、以及表面活性剂（例如皂化油等），其中各组分重量份比为6%：4‰：2‰；
工况处理方案三，适用于粘土层或页岩层等较软地层, 反结垢抗泥包泥浆体系一般在普通泥浆加入特殊的添加剂以增加泥浆的润滑系数，减小粘土在钻头切削刃表面的粘附系数，从而达到预防钻头泥包。
工况处理方案四，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到弱胶结地层或破碎带、裂隙发育地层，发生钻孔冲洗液漏失时，
首先，在泥浆搅拌设备中配制符合钻探标准规定的原浆，并在原浆中加入起泡剂和稳泡剂并搅拌均匀；
泥浆搅拌设备为泥浆搅拌机或循环喷射搅拌的高压水枪；
其次，待泥浆充气膨胀后，测量充气泥浆的比重、粘度和失水特性，将泥浆通过泥浆泵送入井内循环使用。
工况处理方案五，根据加重材料在钻孔冲洗液中的悬浮分散性能，以及承压流塑层与涌水地层的护壁堵漏机理，
当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到高压地层地层时，预先复配出并使用以下初始泥浆体系的一种：
第一种泥浆体系包括1m3的水,30kg的预水化膨润土，3kg的XC，400~500kg的800目的重晶石粉，以及15kgDFD/CMC/LG；
该种泥浆体系性能为：表观粘度为32mPa.s,失水量为9ml/30min,pH值为9，密度为1.34kg/ m3。
第二种泥浆体系包括：1 m3的水，200kg的800目的重晶石粉，500kg的膨润土，5kg的CMC，3kg的纯碱，6kg的腐殖酸钾
该种泥浆性能：比重为1.40~1.65g/cm3；粘度为35~45s；失水量为5~10ml/30min；含砂量<0.75%。
深孔钻进中，遇到高压地层时，需要增加泥浆比重来平衡地层压力，在高压地层等一些需要明显增大泥浆比重的场合，仅靠增加泥浆中粘土粉含量已经不能解决问题。因为过量的粘土势必使泥浆粘度、切力增大，导致泥浆在流动性方面不符合要求；同时，粘土的重度并不很高，用它增加泥浆的比重，效果不显著。因此，应该用专门的加重剂增加泥浆比重。
本发明较全面地针对深部钻探冲洗液的应用问题，解决了在实践中孔壁不稳、回转阻力大、钻杆内壁结垢与环空压力大、冲洗液漏失及粘附卡钻等问题。探索出各种适用特殊地层特性的不同的冲洗液配制方法，充分利用现阶段国内外对冲洗液研究中的新材料、新方法。
本技术具有针对深部小口径钻孔冲洗液的润滑减阻效果、地层松散水敏程度、反结垢抗泥包性能、抗高温性能、护壁堵漏效果等多种特殊的评价体系和实验方法，全方位评价深部小口径钻孔冲洗液的特殊性能特点，为小口径钻探泥浆配方的开发研究提供了方法；针对深部小口径钻探的技术特点，研发出一系列的泥浆配方体系，获得了数套性能稳定的减阻润滑、耐超高温（200℃）、护壁堵漏、大比重、充气泥浆等泥浆配方体系。
本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。
具体实施方式
本发明的深孔钻探护壁堵漏工艺包括以下至少一种工况处理方案，
工况处理方案一，在小口径深孔岩心钻探初始钻孔时，加注钻孔冲洗液，该钻孔冲洗液配方包括15Kg的皂化油、0.75Kg的吐温-80、0.05Kg的聚丙烯酰胺、以及0.01Kg的粘土粉；
该钻孔冲洗液配方的性能参数为：pH=8，含砂量<0.4%，失水量为6ml，泥皮厚为0.05mm，密度为1.009克/cm3，漏斗粘度为16秒；
工况处理方案一，适用于所有地层小口径施工，主要作用提高泥浆循环减阻能力，提高小口径的钻进效率及钻进深度。
工况处理方案二，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到松散水敏地层时，预先复配出并使用以下初始泥浆体系的一种：
泥浆体系a、Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆体系，在其组分中包括钙土、碱、以及CMC，其重量份比为5.5~6：0.02：0.5~0.6；
该泥浆体系其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度50ηa，失水量（API/30min）＜10ml，pH值为8。
泥浆体系b、DFD泥浆体系，在其组分中包括钙土、碱、以及DFD，其重量份比为6.5~7：0.02：0.8；
该泥浆体系其钻孔冲洗液性能参数：六速旋转粘度计600r/min，读数13.5，失水量（API/30min）15ml以下，PH值为9；
泥浆体系c、高聚物泥浆体系，在其组分中包括：钙土、碱、以及复合聚合物，其重量份比为5：0.02：0.6；
该泥浆体其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度约65ηa，失水量（API/30min）＜15ml以下；
泥浆体系d、PAM-KCl泥浆体系，在其组分中包括:1m3的水，30～50kg的预水化粘土，分子量300×104以上、水解度30%的PAM加量为1.5kg~3.5kg，KCl为30~150kg，1kg的（NH4）2SO4；
泥浆体系e、LG植物胶泥浆体系；
工况处理方案二适用于水敏性地层和松散性地层，这种地层往往会造成垮渣尺寸大于环空尺寸无法排除；泥浆粘切力不够，较大尺寸颗粒悬浮不上来；孔壁垮塌、卡钻、埋钻；泥浆失水量过大引起缩径抱钻；钻头和钻杆泥包；绳钻杆内壁结垢；孔壁软化加剧孔斜等等问题。而采用合理的泥浆处理技术将有效的解决以上复杂问题，使小口径深孔钻进顺利进行。
工况处理方案三、当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到粘土层或页岩层时，在泥浆中加入添加剂，该添加剂组分包括钠土、CMC、以及表面活性剂（例如皂化油等），其中各组分重量份比为6%：4‰：2‰；
工况处理方案三，适用于粘土层或页岩层等较软地层, 反结垢抗泥包泥浆体系一般在普通泥浆加入特殊的添加剂以增加泥浆的润滑系数，减小粘土在钻头切削刃表面的粘附系数，从而达到预防钻头泥包。
工况处理方案四，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到弱胶结地层或破碎带、裂隙发育地层，发生钻孔冲洗液漏失时，
首先，在泥浆搅拌设备中配制符合钻探标准规定的原浆，并在原浆中加入起泡剂和稳泡剂并搅拌均匀；
泥浆搅拌设备为泥浆搅拌机或循环喷射搅拌的高压水枪；
其次，待泥浆充气膨胀后，测量充气泥浆的比重、粘度和失水特性，将泥浆通过泥浆泵送入井内循环使用。
工况处理方案五，根据加重材料在钻孔冲洗液中的悬浮分散性能，以及承压流塑层与涌水地层的护壁堵漏机理，
当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到高压地层地层时，预先复配出并使用以下初始泥浆体系的一种：
第一种泥浆体系包括1m3的水,30kg的预水化膨润土，3kg的XC，400~500kg的800目的重晶石粉，以及15kgDFD/CMC/LG；
该种泥浆体系性能为：表观粘度为32mPa.s,失水量为9ml/30min,pH值为9，密度为1.34kg/ m3。
第二种泥浆体系包括：1 m3的水，200kg的800目的重晶石粉，500kg的膨润土，5kg的CMC，3kg的纯碱，6kg的腐殖酸钾
该种泥浆性能：比重为1.40~1.65g/cm3；粘度为35~45s；失水量为5~10ml/30min；含砂量<0.75%。
深孔钻进中，遇到高压地层时，需要增加泥浆比重来平衡地层压力，在高压地层等一些需要明显增大泥浆比重的场合，仅靠增加泥浆中粘土粉含量已经不能解决问题。因为过量的粘土势必使泥浆粘度、切力增大，导致泥浆在流动性方面不符合要求；同时，粘土的重度并不很高，用它增加泥浆的比重，效果不显著。因此，应该用专门的加重剂增加泥浆比重。
本发明较全面地针对深部钻探冲洗液的应用问题，解决了在实践中孔壁不稳、回转阻力大、钻杆内壁结垢与环空压力大、冲洗液漏失及粘附卡钻等问题。探索出各种适用特殊地层特性的不同的冲洗液配制方法，充分利用现阶段国内外对冲洗液研究中的新材料、新方法。
本技术具有针对深部小口径钻孔冲洗液的润滑减阻效果、地层松散水敏程度、反结垢抗泥包性能、抗高温性能、护壁堵漏效果等多种特殊的评价体系和实验方法，全方位评价深部小口径钻孔冲洗液的特殊性能特点，为小口径钻探泥浆配方的开发研究提供了方法；针对深部小口径钻探的技术特点，研发出一系列的泥浆配方体系，获得了数套性能稳定的减阻润滑、耐超高温（200℃）、护壁堵漏、大比重、充气泥浆等泥浆配方体系。
本发明针对深部钻探冲洗液的应用问题，以实验测试、信息归纳和理论分析为主要手段，展开研究工作，取得如下成果。一般地说，钻孔直径小于200mm以下的为小口径。
1、对小口径深孔岩心钻探钻孔冲洗液循环阻力分析，获得了性能稳定的减阻润滑的实用型钻孔冲洗液添加剂配方。
初始钻孔冲洗液配方：皂化油15Kg，吐温-80 0.75Kg，聚丙烯酰胺少量，粘土粉极少量。
该配方的性能要求：PH=8，含砂量<0.4%，失水量6ml，泥皮厚0.05mm，密度1.009克/cm3，漏斗粘度16秒。
通过该配方有效地解决了该深孔钻进中遇到的泵压过大的技术难题。提高了泥浆的润滑减阻性能，减小了小口径深孔的环空阻力，有效地降低了泵压，进一步提高了小口径深孔的钻进深度。
2、对易导致钻孔垮塌缩径的松散水敏地层，确定了有效的测试判断的仪器方法和指标，研发出测判孔壁失稳的力学/化学耦合分析模型；复配出针对该类复杂地层的优越性价比的泥浆体系。
（1）Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆
配方：（5.5~6）%钙土+0.02%碱+（0.5~0.6）%CMC；
其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度50左右，失水量（API/30min）10ml以下，PH值约8。
（2）DFD泥浆
配方：（6.5~7）%土+0.02%碱+ 0.8%DFD；
其钻孔冲洗液性能参数：六速旋转粘度计600r/min读数13.5，失水量（API/30min）15ml以下，PH值为9（未加DFD时，六速旋转粘度计600r/min读数为8，失水量25ml以上，PH值为9）。
（3）高聚物泥浆（提升粘度）
配方：5%钙土+0.02%碱+0.6%复合聚合物
其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度约65，失水量（API/30min）15ml以下。
（4）PAM-KCl泥浆
用无机盐KCl为离子交换型抑制剂，抑制粘土的膨胀，用絮凝型聚合物处理泥浆，聚合物吸附在井壁上，以包膜原理阻止水的渗入而维持井壁稳定，属非分散型钾基泥浆。配方：1m3水，30～50kg预水化粘土，分子量300×104以上、水解度30%的PAM加量为1.5kg~3.5kg，KCl为30~150kg（为除钙和提高抗温性能，可加入一定量的（NH4）2SO4）。这种泥浆对泥页岩的抑制作用，按稳定性指数仅次于油基泥浆。
（5）LG植物胶泥浆
LG植物胶具有良好的降滤失性和增粘性，用它配制的钻孔冲洗液体系抗盐效果显著，适合钻遇岩盐层、盐膏层等。随着加量增加，降滤失和增粘效果越好。由于含有精油成分，LG植物胶有好的润滑性能。
将膨润土制成岩心，取等质量的三份，自左至右分别放在LG植物胶、普通粘土钻孔冲洗液和水中，进行浸泡实验。1小时后，LG植物胶中试样无变化；在普通粘土钻孔冲洗液中的试样有明显的水化膨胀；水中试样则严重剥落、坍塌。
3、获得冲洗液反结垢抗泥包指标的评价方法；得到一种明显降低泥粘的添加剂配方。
配方：6%钠土+4‰CMC+2‰表面活性剂（皂化油等）
4、本发明分析了钻孔冲洗液护堵与水泥封固间的临界判断，建立了科学的随钻堵漏材料室内实验方法及其实验标准；通过对充气泥浆的特点、原理、性能的研究，对比分析了常见的充气泥浆发泡剂与稳泡剂的性能特点，建立了科学的充气泥浆评价方法及实验标准，形成了一套性能优越的充气泥浆配方体系。
在泥浆搅拌机中配制性能合乎要求的原浆。在原浆中加入起泡剂和稳泡剂，强力搅拌。待泥浆充分充气膨胀后测量充气泥浆的比重、粘度和失水特性，合乎要求即可用常规泥浆泵入井内循环使用。在钻进过程中依漏失和废液排除情况，补充新充气泥浆。
为了达到泥浆充分充气的效果，应采取强力搅拌措施。例如加大机械旋转搅拌机的搅拌水动力特性，以及采用高压水枪进行循环喷射搅拌等。
对于一些要求较高的场合，如油气井钻井，就需要一些较复杂的专用设备，包括混气器、携砂液混气器、计量仪表、控制管汇、除气器等五部分。
5、对比分析了常见钻孔冲洗液加重材料的性能特点，不同加重材料在钻孔冲洗液中的悬浮分散性能，建立了高比重泥浆体系的评价方法，系统分析了承压流塑层与涌水地层的护壁堵漏机理，形成了数套分别适用于不同地层特点的大比重泥浆体系。
配方1：1m3水+30kg预水化膨润土+3kgXC，400~500kg重晶石粉（800目），15kgDFD（或CMC或LG）
性能：表观粘度32mPa.s,失水量9ml/30min,PH值9，密度1.34kg/ m3。
配方2：1 m3水+200kg重晶石粉+500kg膨润土+5kgCMC+3Kg纯碱度 +6kg腐殖酸钾
泥浆性能：比重为1.40~1.65g/cm3；粘度为35~45s；失水量为5~10ml/30min；含砂量<0.75%。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、使用方便。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种深孔钻探护壁堵漏工艺，其特征在于，包括以下至少一种工况处理方案：
工况处理方案一，在小口径深孔岩心钻探初始钻孔时，加注钻孔冲洗液，该钻孔冲洗液配方包括15Kg的皂化油、0.75Kg的吐温-80、0.05Kg的聚丙烯酰胺、以及0.01Kg的粘土粉；
工况处理方案二，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到松散水敏地层时，预先复配出并使用以下初始泥浆体系的一种：
泥浆体系a、Na-CMC泥浆体系，在其组分中包括钙土、碱、以及CMC，其重量份比为5.5~6：0.02：0.5~0.6；
泥浆体系b、DFD泥浆体系，在其组分中包括钙土、碱、以及DFD，其重量份比为6.5~7：0.02：0.8；
泥浆体系c、高聚物泥浆体系，在其组分中包括：钙土、碱、以及复合聚合物，其重量份比为5：0.02：0.6；
泥浆体系d、PAM-KCl泥浆体系，在其组分中包括:1m3的水，30～50kg的预水化粘土，分子量300×104以上、水解度30%的PAM加量为1.5kg~3.5kg，KCl为30~150kg，1kg的（NH4）2SO4；
泥浆体系e、LG植物胶泥浆体系；
工况处理方案三、当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到粘土层或页岩层时，在泥浆中加入添加剂，该添加剂组分包括钠土、CMC、以及表面活性剂，其中各组分重量份比为6%：4‰：2‰；
工况处理方案四，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到弱胶结地层或破碎带、裂隙发育地层，发生钻孔冲洗液漏失时，
首先，在泥浆搅拌设备中配制符合钻探标准规定的原浆，并在原浆中加入起泡剂和稳泡剂并搅拌均匀；
其次，待泥浆充气膨胀后，测量充气泥浆的比重、粘度和失水特性，将泥浆通过泥浆泵送入井内循环使用；
工况处理方案五，当小口径深孔岩心钻探钻孔工进到高压地层地层时，预先复配出并使用以下初始泥浆体系的一种：
第一种泥浆体系包括1m3的水,30kg的预水化膨润土，3kg的XC，400~500kg的800目的重晶石粉，以及15kgDFD/CMC/LG；
该种泥浆体系性能为：表观粘度为32mPa.s,失水量为9ml/30min,pH值为9，密度为1.34kg/ m3；
第二种泥浆体系包括：1 m3的水，200kg的800目的重晶石粉，500kg的膨润土，5kg的CMC，3kg的纯碱，6kg的腐殖酸钾
该种泥浆性能：比重为1.40~1.65g/cm3；粘度为35~45s；失水量为5~10ml/30min；含砂量<0.75%。
2.根据权利要求1所述的深孔钻探护壁堵漏工艺，其特征在于，工况处理方案一的该钻孔冲洗液配方的性能参数为：pH=8，含砂量<0.4%，失水量为6ml，泥皮厚为0.05mm，密度为1.009克/cm3，漏斗粘度为16秒。
3.根据权利要求1所述的深孔钻探护壁堵漏工艺，其特征在于，在工况处理方案二中，
泥浆体系a其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度50ηa，失水量＜10ml，pH值为8；
泥浆体系b其钻孔冲洗液性能参数：六速旋转粘度计600r/min，读数13.5，失水量15ml以下，PH值为9；
泥浆体系c其钻孔冲洗液性能参数：表观粘度约65ηa，失水量＜15ml以下。
4.根据权利要求1所述的深孔钻探护壁堵漏工艺，其特征在于，在工况处理方案四中，泥浆搅拌设备为泥浆搅拌机或循环喷射搅拌的高压水枪。
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