CN1220752C - 一种水平定向钻进粘土层所用的泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水平定向钻进粘土层所用的泥浆。主要解决现有的水平定向钻进泥浆钻进粘土层时易出现孔洞塌方及卡钻的问题。其特征在于：膨润土45Kg/m3～55Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3～2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3～3.1Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3、余量为水；所述的润滑剂可选自极压润滑剂、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥尔油沥青中的任意一种。该水平定向钻进粘土层的泥浆保证了水平定向钻进过程中不会出现被钻的孔洞塌方、卡钻现象。
Description
技术领域：
本发明涉及地质勘探领域水平定向钻进时所用的一种泥浆，属于一种水平定向钻进粘土层所用的泥浆。
背景技术：
在水平定向钻进过程中所用的泥浆，具有携带和悬浮钻屑、稳定井壁及冷却和冲洗钻头的作用。目前，在水平定向钻进过程中所应用的泥浆是由膨润土和水组成的，单组份泥浆的粘度、切力过高，在钻进过程中，钻头在穿越粘土时，或者穿越松散的、易水解分散或造浆的泥、页岩层时，钻碎岩屑会很快的分散成细小的颗粒悬浮在泥浆中，这时泥浆的密度增加，粘度切力急剧上升，使泥浆变得越来越稠甚至完全失去流动性，被钻穿、钻碎的岩屑不能及时、有效的得到清除运送到孔洞外，这样在钻进、回扩及回拖过程中易出现孔洞塌方及卡钻现象。
发明内容：
为了克服现有的水平定向钻进泥浆钻进粘土层时易出现孔洞塌方及卡钻的不足，本发明提供一种水平定向钻进粘土层所用的泥浆，该水平定向钻进粘土层的泥浆保证了水平定向钻进过程中不会出现被钻的孔洞塌方、卡钻现象。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该水平定向钻进粘土层所用的泥浆包括膨润土，各组分及含量如下：膨润土45Kg/m3～55Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3～2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3～3.1Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3、余量为水；所述的润滑剂可选自极压润滑剂、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚及CP-233磺化妥尔油沥青中的任意一种。
上述的各组分的含量优选如下：膨润土50Kg/m3、纯碱1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.8Kg/m3、润滑剂3.0Kg/m3、余量为水；水解聚丙烯腈分子量为12万～20万；聚氧乙烯辛基苯酚醚的聚合度为30；极压润滑剂选用白油润滑剂HML，白油润滑剂HML的组成及质量百分含量为10％的聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚、1％的非离子型乳化剂、2％活化不饱和脂肪酸铝、余量为10号白油，其中聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚的分子量为1200～10000，非离子型乳化剂的HLB(亲水亲油平衡值)为6～8。
本发明的有益效果是：由于采取上述方案，在水平定向钻进粘土层的过程中所用的泥浆，能将钻碎的砂土、种植土、回填土、黄色泥岩及褐色泥岩等顺利带出井眼，且能保持井壁稳定、钻速高、悬浮力强，比重轻、固相含量少，能保证钻进的顺利进行。
该泥浆中的膨润土以蒙脱石为主，蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体和夹在它们中间的一层铝氧八面体组成，四面体层中的部分Si4+可被Al3+取代，八面体层中Al3+可被Fe2+、Mg2+、Zn3+等阳离子取代，由于存在晶格取代，晶体带负电，能吸附较多的阳离子，有较强的离子交换能力，同时晶胞间靠微弱的分子间力连接晶胞连接不紧密，水分子容易进入两个晶胞之间发生膨胀，其分散、吸附性能好；该泥浆中的纯碱在水中容易电离和水解，能通过离子交换和沉淀作用使钙质粘土变为钠质粘土，从而有效地改善粘土的水化分散性能，使该泥浆的失水下降，粘度及切力增大；该泥浆中的水解聚丙烯腈主要通过分子链上的腈基和酰胺基吸附在粘土颗粒上，由于羧基钠的水化性好，在减少自由水的同时，使粘土颗粒表面形成较厚的水化膜，增大粘土表面的负电性，从而保持了粘土颗粒合适的大小分布，形成薄而致密的泥饼，由于降低了失水，又因其加入泥浆后，使泥浆滤液粘度显著增大，增加了透过泥饼的阻力，所以同时可增加土粉的分散程度和减少水解分散时间；该泥浆中的润滑剂可提高泥浆的润滑性，由于润滑剂分子的亲水基吸附在金属或粘土的表面上，形成一层坚固的化学膜，使接触面之间的摩擦发生在亲油基之间，从而降低了摩擦力，提高了润滑性，减少钻具与泥浆的摩擦，可防止粘附性卡钻。
根据粘土层的特点：水可自由进入地层中，易使泥岩吸水膨胀造成缩孔；另外，黄色泥岩和褐色泥岩在钻进的过程中易在钻具的接口处和机具的连接处形成泥环，造成推力、拉力和扭拒增大，甚至产生钻机不能旋转、推拉及卡钻的情况，所以要求泥浆粘度、切力及失水不易过大。
按照ZB/T E13 004-90《钻井液测试程序》标准对三种不同配方的泥浆进行性能评价，结果如下表：
表1
| 密度(g/cm3) | 粘度(s) | 切力(Pa) | PH值 | 失水(ml) | 泥饼(mm) | |
| 技术指标 | 1.05-1.07 | 35-40 | 0-2/2-6 | 8.5-9 | 4-7 | 1.0 |
| 5％基浆 | 1.05 | 37 | 6/9.5 | 8 | 14 | 2.0 |
| 泥浆1 | 1.05 | 39 | 2/3 | 8.5 | 6 | 1.0 |
| 泥浆2 | 1.05 | 38 | 1.5/2.5 | 8.5 | 6.5 | 1.0 |
| 泥浆3 | 1.05 | 38.5 | 1.5/3 | 8.5 | 6.5 | 1.0 |
从上表可以看出：该泥浆的性能能够满足指标要求，密度小、粘度、切力及失水不大，泥浆携带岩屑的能力强，及时清除岩屑，能保证大口径长输管道穿越顺利进行。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明：该水平定向钻进粘土层的泥浆包括膨润土，各组分及含量如下：膨润土45Kg/m3～55Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3～2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3～3.1Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3，余量为水。将前述各组份按其含量混合后搅拌均匀即得该泥浆。
上述的各组分含量优选如下：膨润土50Kg/m3、纯碱1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.8Kg/m3、润滑剂3.0Kg/m3，余量为水。
上述的润滑剂可选自极压润滑剂、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚、CP-233磺化妥尔油沥青中的任意一种；水解聚丙烯腈分子量为12万～20万；极压润滑剂选用白油润滑剂HML，白油润滑剂HML的组成及质量百分含量为10％的聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚、1％的非离子型乳化剂、2％活化不饱和脂肪酸铝、余量为10号白油；其中聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚的分子量为1200～10000，非离子型乳化剂的HLB(亲水亲油平衡值)为6～8。
该泥浆在西气东输长距离水平定向钻穿越过程中进行了实验，实验结果如下表：
表2
| 序号 | 工程名称 | 穿越长度(m) | 穿越管道直径(mm) | 土壤类别 | 质量 |
| 1 | “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 | 708.20 | φ1016 | 粉质粘土 | 优质 |
| 2 | “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 | 540.90 | φ1016 | 粘土 | 优质 |
| 3 | “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 | 540.60 | φ1016 | 粉质粘土 | 优质 |
| 4 | “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 | 867.50 | φ813 | 软岩瘀泥质粘土 | 优质 |
| 5 | “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 | 546.30 | φ813 | 砂层瘀泥粘土 | 优质 |
由上表可得知：该泥浆在西气东输长距离水平定向钻穿越过程中，保证了钻进过程没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例1、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土45Kg/m3、纯碱2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈3.1Kg/m3、白油润滑剂3.2Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例2、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土50Kg/m3、纯碱1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.8Kg/m3、白油润滑剂3.0Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例3、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土55Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3、白油润滑剂2.8Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例4、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土50Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3、水解聚丙烯腈3.1Kg/m3、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚2.8Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例5、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土45Kg/m3、纯碱1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚2.8Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例6、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土50Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3、水解聚丙烯腈2.8Kg/m3、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚2.8Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例7、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土55Kg/m3、纯碱2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3、CP-233磺化妥尔油沥青3.0Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例8、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土45Kg/m3、纯碱1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.8Kg/m3、CP-233磺化妥尔油沥青2.8Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例9、该水平定向钻进粘土层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土55Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3、CP-233磺化妥尔油沥青3.2Kg/m3，余量为水。该方案实验于“西气东输”管道穿越工程过程中，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
Claims (5)
1、一种水平定向钻进粘土层所用的泥浆，包括膨润土，其特征在于：各组分及含量如下：膨润土45Kg/m3～55Kg/m3、纯碱1.6Kg/m3～2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈2.6Kg/m3～3.1Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3，余量为水；所述的润滑剂选自极压润滑剂、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥尔油沥青中的任意一种。
2、根据权利要求1所述的水平定向钻进粘土层所用的泥浆，其特征在于：各组分及含量如下：膨润土50Kg/m3、纯碱1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.8Kg/m3、润滑剂3.0Kg/m3、余量为水。
3、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进粘土层所用的泥浆，其特征在于：水解聚丙烯腈分子量为12万～20万。
4、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进粘土层所用的泥浆，其特征在于：聚氧乙烯辛基苯酚醚的聚合度为30。
5、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进粘土层所用的泥浆，其特征在于：极压润滑剂选用白油润滑剂HML，白油润滑剂HML的组成及质量百分含量为10％的聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚、1％的非离子型乳化剂、2％活化不饱和脂肪酸铝、余量为10号白油；其中聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚的分子量为1200～10000，非离子型乳化剂的亲水亲油平衡值为6～8。
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