CN115895612A

CN115895612A - 抗钙侵膨润土钻井泥浆及其制法

Info

Publication number: CN115895612A
Application number: CN202211618950.1A
Authority: CN
Inventors: 王云; 徐�明; 张豫
Original assignee: Cetco Technologies Suzhou Co ltd
Current assignee: Cetco Technologies Suzhou Co ltd
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明揭示了一种抗钙侵膨润土钻井泥浆及其制法，该泥浆产品由膨润土粉末、抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增粘型聚合物和降漏失聚合物添加剂混合制成，按质量配比计，每100份膨润土粉末对应所有聚合物的总量为1~5份，对各聚合物的取材和参数性能进行优化，融合到制法中，采用钠基膨润土作为主要的配浆材料，控制其含水量和含沙配比，并通过合理选择特定种类、性能表现、颗粒度的聚合物与膨润土粉末进行复合，得到满足所需性能的泥浆产品。应用本发明该泥浆于施工作业，能够有效悬浮和携带钻井液中的钻屑和砂石，并控制动塑比程度以确保泥浆的流动性，且能降低渗透性以有效防止塌孔。

Description

抗钙侵膨润土钻井泥浆及其制法

技术领域

本发明涉及一种膨润土钻井泥浆，尤其涉及一种用于在受到钙侵蚀的地层中进行管道穿越、水平定向钻、石油钻探、盾构、非开挖和市政建设等施工作业的抗钙侵膨润土钻井泥浆及其制法。

背景技术

随着城市扩建和土地的开采，城市中心的用地越来越少，向海域扩张以及内陆盐碱地的利用增加已经越发紧迫。因此，如何确保该类区域内的非开挖施工中的坍塌预防以及成孔技术显得尤为重要。

钠基膨润土的主要成分是蒙脱石，其分子结构为铝氧四面体结构，层间分布高浓度Na离子。在淡水中，蒙脱石层间阳离子与水进行离子交换，膨润土小板之间采取面-端搭接和端-端搭接方式，从而将层间距离拉大，表现出膨胀性能。研究表明无局限力的情况下钠基膨润土吸水后体积可自由膨胀至自身体积的15倍以上。当给钠基膨润土施加一个连续的局限压力的时候膨胀受到限制，在局限力作用下形成一层稳定连续的胶体防水膜，能阻碍水分穿过。然而海水和盐碱地地下水中含有大量的氯离子和Ca²⁺、Mg²⁺等电解质，影响了蒙脱石层间阳离子进行离子交换的比率系数，使得膨润土小板之间的搭接方式以面-面搭接为主，难以形成连续一致的致密胶体膜，从而造成项目相关作业防水、防漏的失败，存在重大安全隐患。因此，开发一种抗钙侵膨润土泥浆成为技术人员的当务之急。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种抗钙侵膨润土钻井泥浆及其制法，以满足钙侵地层中成孔对泥浆产品悬浮、造浆、护壁、动塑比等的性能要求。

本发明实现上述一个目的的技术解决方案是，抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：由膨润土粉末、抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增粘型聚合物和降漏失聚合物添加剂混合制成，按质量配比计，每100份膨润土粉末对应所有聚合物的总量为1~5份，而各种聚合物的占比中：以所述抗腐蚀聚合物1份为参照，所述抗微生物聚合物介于1~4份，增稠剂介于0.1~0.5份，降滤失剂介于1~2份。

进一步地，所述膨润土粉末为钠基膨润土粉末，且粉末的颗粒度满足对应100目标准筛能100%通过，对应200目标准筛能85%～95%以上通过。

进一步地，所述抗微生物聚合物为工业级多糖类聚合物，至少包括黄原胶、瓜尔胶中的一种或多种组合，且所述抗微生物聚合物的颗粒度满足100%通过100目标准筛。

进一步地，所述抗腐蚀聚合物为食品级防腐剂，至少包括山梨酸钾或苯甲酸钠，且所述抗腐蚀聚合物的颗粒度满足100%通过40目标准筛。

进一步地，所述增稠剂为聚丙烯酰胺类聚合物，至少包括聚丙烯酸钠或瓜尔胶，且所述增稠剂的分子量介于1400万~2600万，离子度介于20%~40%，水溶性表观粘度在10cp以上，而颗粒度满足100%通过40目标准筛。

进一步地，所述降滤失剂为纤维素类聚合物，至少包括羧甲基纤维素钠，且所述降滤失剂为白色粉末状，粘度在1900以上，取代度在0.9以上。

本发明实现上述另一个目的的技术解决方案是，抗钙侵膨润土钻井泥浆的制法，其特征在于包括：S1、预制膨润土粉末，将钠基膨润土原矿进行钠化处理，并通过干化处理控制含水量在14%以内，再对干化后的钠基膨润土进行研磨，按颗粒度要求筛料；S2、风选提纯，利用吹风器将沙料在膨润土粉末中均匀混合，且控制含沙的质量配比在4%以内；S3、混合制备，按质量配比称取抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增稠剂和降滤失剂并均匀混合，再通过匀速喂料机将混合的物料送入雷蒙磨粉机中，与粉末状的钠基膨润土进行风选复合，S4、抽样检测及包装。

应用本发明的钻井泥浆及其制法，在受到钙侵蚀的地层中成孔，较之于常规泥浆产品，其具备的优点：通过钠基膨润土制粉并与多种聚合物均匀复合进行改性，在施工作业中能够有效悬浮和携带钻井液中的钻屑和砂石，并控制动塑比程度以确保泥浆的流动性，且能降低渗透性以有效防止塌孔。

具体实施方式

以下便结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

本发明设计者针对在钙侵地层非开挖施工中的坍塌预防以及保障成孔质量的要求，创新提出了一种抗钙侵膨润土钻井泥浆及其制法，以满足泥浆产品悬浮、造浆、护壁、动塑比等的性能提升。

从研发目的来看，本发明致力于获得一种能够在钙侵地层中成孔率高、护壁性能好且高效携带钻削的泥浆产品。其采用膨润土作为主要的配浆材料，通过采用高分子有机聚合物的有机处理，达到高悬浮、高造浆、高护壁和高动塑比的性能。通常，膨润土材料具有极强的吸湿性，吸水后能大幅膨胀，膨胀数可达自身体积的30倍以上；而它在水中能分散呈胶体悬浮液，这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性和润滑性。在此基础上，将它与高分子聚丙烯酰胺类有机物结合可以增强其粘滞性，提升其携带钻屑的能力；将它与抗微生物聚合物和抗腐蚀聚合物有机物相结合可以提升其胶体流动性和抗生物性能，抵抗离子交换，在受污染水体中能够形成致密防渗泥皮，起到护壁护孔的能力。针对以上的性能改善预期，研制得到本发明抗钙侵膨润土泥浆，适于将之应用于盐碱地开发和受到海水侵蚀等场所的地下开挖非开挖项目。

首先，从该抗钙侵膨润土钻井泥浆产品的成分组和特征来看：由膨润土粉末、抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增粘型聚合物和降漏失聚合物添加剂混合制成，按质量配比计，每100份膨润土粉末对应所有聚合物的总量为1~5份，而各种聚合物的占比中：以抗腐蚀聚合物1份为基础，则另外的抗微生物聚合物介于1~4份，增稠剂介于0.1~0.5份，降滤失剂介于1~2份。

从该泥浆产品的主要原料成分和改性添加料分别来看，其中膨润土粉末优选为钠基膨润土粉末，且粉末的颗粒度满足对应100目标准筛能100%通过，对应200目标准筛能85%～95%以上通过。其中抗微生物聚合物为工业级多糖类聚合物，可选包括黄原胶、瓜尔胶中的一种或多种组合；且其颗粒度满足100%通过100目标准筛。其中抗腐蚀聚合物为食品级防腐剂，可选包括山梨酸钾或苯甲酸钠，且其颗粒度满足100%通过40目标准筛。其中增稠剂为聚丙烯酰胺类聚合物，可选包括聚丙烯酸钠或瓜尔胶，且所述增稠剂的分子量介于1400万~2600万，离子度介于20%~40%，水溶性表观粘度在10cp以上，而颗粒度满足100%通过40目标准筛。其中降滤失剂为纤维素类聚合物，至少包括羧甲基纤维素钠，且所述降滤失剂为白色粉末状，粘度在1900以上，取代度在0.9以上。

再者，从该抗钙侵膨润土钻井泥浆的制法来看，包括：S1、预制膨润土粉末，将钠基膨润土原矿进行钠化处理，并通过干化处理控制含水量在14%以内，再对干化后的钠基膨润土进行研磨，按颗粒度要求筛料；S2、风选提纯，利用吹风器将沙料在膨润土粉末中均匀混合，且控制含沙的质量配比在4%以内；S3、混合制备，按质量配比称取抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增稠剂和降滤失剂并均匀混合，再通过匀速喂料机将混合的物料送入雷蒙磨粉机中，与粉末状的钠基膨润土进行风选复合，S4、抽样检测及包装。

更具体地：实施例一、上述钻井泥浆的制法工艺中，复合聚合物的比例按照重量比，膨润土：复合聚合物为100：1.5。其中，聚合物的比重为：黄原胶0.6，山梨酸钾0.3，聚丙烯酰胺0.15，纤维素钠0.45。称取制备好的膨润土泥浆样品，按照6.5%的加量，加入到1000ppm的氯化钙溶液中，范式粘度计600转速的读数可以控制在35以上，滤失量在15ml以内，动塑比控制在3以内。

实施例二、上述工艺中，复合聚合物的比例按照重量比，膨润土：复合聚合物为100：2.5。其中，聚合物的比重为：黄原胶1，山梨酸钾0.5，聚丙烯酰胺0.25，纤维素钠0.75。在2000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下泥浆的范氏粘度计测试的600转速的读数控制在24以上，滤失量可以控制在20ml以内，动塑比控制在1.5以内。

实施例三、上述工艺中，复合聚合物的比例按照重量比，膨润土：复合聚合物为100：4。其中，聚合物的比重为：黄原胶1.6，山梨酸钾0.8，聚丙烯酰胺0.3，纤维素钠0.9。称取制备好的膨润土泥浆样品，按照6.5%的加量，加入到5000ppm的氯化钙溶液中，范式粘度计600转速的读数可以控制在30以上，滤失量在20ml以内，动塑比控制在3以内。

综上关于本发明的钻井泥浆及其制法的方案介绍及实施例详述可见，其应用于受到钙侵蚀的地层中成孔作业，较之于常规泥浆产品具备突出实质性特点和进步性：

①、优异的悬浮性，经实验，本产品在1000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下泥浆的范氏粘度计测试的600转速的读数控制在35以上；2000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下泥浆的范氏粘度计测试的600转速的读数控制在24以上，能够有效悬浮和携带钻井液中的钻屑和砂石。

②、优异的降滤失性，经实验，本产品在1000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下的滤失量可以控制在15以内；在2000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下的滤失量可以控制在20ml以内，有效防止塌孔。

③、优异的流动性和触变性，经实验，本产品在1000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下膨润土钻井泥浆的动塑比控制在3以内；在2000ppm的氯化钙溶液中，6.5%加量下膨润土钻井泥浆的动塑比控制在1.5以内，确保泥浆的流动性。

一言以蔽之，通过钠基膨润土制粉并与多种聚合物均匀复合进行改性，在施工作业中能够有效悬浮和携带钻井液中的钻屑和砂石，并控制动塑比程度以确保泥浆的流动性，且能降低渗透性以有效防止塌孔。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：由膨润土粉末、抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增粘型聚合物和降漏失聚合物添加剂混合制成，按质量配比计，每100份膨润土粉末对应所有聚合物的总量为1~5份，而各种聚合物的占比中：以所述抗腐蚀聚合物1份为参照，所述抗微生物聚合物介于1~4份，增稠剂介于0.1~0.5份，降滤失剂介于1~2份。

2.根据权利要求1所述抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：所述膨润土粉末为钠基膨润土粉末，且粉末的颗粒度满足对应100目标准筛能100%通过，对应200目标准筛能85%～95%以上通过。

3.根据权利要求1所述抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：所述抗微生物聚合物为工业级多糖类聚合物，至少包括黄原胶、瓜尔胶中的一种或多种组合，且所述抗微生物聚合物的颗粒度满足100%通过100目标准筛。

4.根据权利要求1所述抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：所述抗腐蚀聚合物为食品级防腐剂，至少包括山梨酸钾或苯甲酸钠，且所述抗腐蚀聚合物的颗粒度满足100%通过40目标准筛。

5.根据权利要求1所述抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：所述增稠剂为聚丙烯酰胺类聚合物，至少包括聚丙烯酸钠或瓜尔胶，且所述增稠剂的分子量介于1400万~2600万，离子度介于20%~40%，水溶性表观粘度在10cp以上，而颗粒度满足100%通过40目标准筛。

6.根据权利要求1所述抗钙侵膨润土钻井泥浆，其特征在于：所述降滤失剂为纤维素类聚合物，至少包括羧甲基纤维素钠，且所述降滤失剂为白色粉末状，粘度在1900以上，取代度在0.9以上。

7.抗钙侵膨润土钻井泥浆的制法，其特征在于包括：

S1、预制膨润土粉末，将钠基膨润土原矿进行钠化处理，并通过干化处理控制含水量在14%以内，再对干化后的钠基膨润土进行研磨，按颗粒度要求筛料；

S2、风选提纯，利用吹风器将沙料在膨润土粉末中均匀混合，且控制含沙的质量配比在4%以内；

S3、混合制备，按质量配比称取抗微生物聚合物、抗腐蚀聚合物、增稠剂和降滤失剂并均匀混合，再通过匀速喂料机将混合的物料送入雷蒙磨粉机中，与粉末状的钠基膨润土进行风选复合，

S4、抽样检测及包装。