CN1563261A - 一种水平定向钻进流砂层所用的泥浆 - Google Patents

一种水平定向钻进流砂层所用的泥浆 Download PDF

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本发明涉及一种水平定向钻进流砂层所用的泥浆。主要解决现有的水平定向钻进泥浆钻进流砂层时易出现孔洞塌方及卡钻的问题。其特征在于：各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3～90Kg/m3、防塌剂2.4Kg/m3～3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3～2.1Kg/m3、降失水剂2.7Kg/m3～3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3～3.2Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3、余量为水。该水平定向钻进流砂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、卡钻的现象。

Description

一种水平定向钻进流砂层所用的泥浆
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流砂层所用的泥浆。
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，在钻进过程中，会遇到流砂层，流砂含砂、含水量大，成孔性极差，易塌、易漏失，钻头在穿越流砂层时，以及回扩及回拖时，要求泥浆携带岩屑能力强，护壁性能好，及时清除泥浆中的细砂，防止漏、塌现象，而单组份泥浆的粘度、切力过高，大量的岩屑和砂子因泥浆的悬浮能力差，岩屑的沉淀与清除困难而存留在泥浆中，粘度、切力升高，形成的泥饼厚且松散，易发生孔洞漏、塌方现象。
发明内容：
为了克服现有的水平定向钻进泥浆钻进流砂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流砂层所用的泥浆，该水平定向钻进流砂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、卡钻的现象。
本发明所采用的技术方案是：该水平定向钻进流砂层所用的泥浆包括膨润土，各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3～90Kg/m3、防塌剂2.4Kg/m3～3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3～2.1Kg/m3、降失水剂2.7Kg/m3～3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3～3.2Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3、余量为水；其中防塌剂可选自腐殖酸钾、沥青粉、磺化沥青粉及煤碱剂中的任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维素中的任意一种，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。
上述的各组分的含量优选如下：膨润土80Kg/m3、防塌剂2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、降失水剂2.8Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/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；聚丙烯酰胺分子量为300万～500万；煤碱剂中褐煤、纯碱及水的质量比为15∶3∶100；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值为6～8；聚氧乙烯辛基苯酚醚的聚合度为30；钠羧甲基纤维素的聚合度为200～600、取代度为0.8～0.9。
本发明的有益效果是：由于采用上述方案，在水平定向钻进流砂层、砾石、卵石混杂的地质时应用该泥浆，能将钻碎的岩屑等顺利带出井眼，所形成的泥饼致密且薄，能保持井壁稳定、悬浮力强，剪切稀释能力强，不卡钻不塌方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+、Zn2+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；该泥浆中的腐殖酸钾、沥青粉、磺化沥青粉及煤碱剂含有多种官能团的阴离子型大分子吸附在粘土颗粒表面形成吸附水化层，同时提高了粘土的ζ电位因而增大了粘土颗粒聚结的机械阻力和静电排斥力，提高了泥浆的聚结稳定性，使泥浆中易于保持和增加多级分散的粘土颗粒，以便形成致密的泥饼，粘土颗粒吸附水化膜的高粘度和强弹性具有较好的堵孔作用，有利于防塌；该泥浆中的聚丙烯酰胺分子中的酰胺基或羟基能与粘土表面的氧形成氢键而发生多点吸附，由于链长同时可以吸附在几个粘土颗粒上使它们桥连在一起，吸附了几个粘土颗粒的长链分子相互间还可以通过共同吸附粘土颗粒或相互缠绕而彼此桥联在一起，形成絮凝团块，具有絮凝、防塌及剪切的作用；该泥浆中的降失水剂可以是水解聚丙烯腈和钠羧甲基纤维素中的一种，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，而大分子的钠羧甲基纤维素能与粘土细颗粒粘结，参与网架结构的形成，避免了粘土颗粒相互间的聚结，从而起到了护胶作用，大大提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保持和提高细粘土颗粒含苞欲放量，提高泥饼质量从而降低失水；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。
根据流砂层的特点：流砂含砂、含水量大，成孔性极差，易塌、易漏失，易造成大区段的井壁坍塌包裹或掩埋钻具或机具，钻井速度慢，所以要求泥浆的粘度高、降失水小、携砂能力强，又因为颗粒之间不是胶结在一起，而是紧密的排列在一起，一但周围有破坏的地方就会坍塌下来，所以泥浆在平衡地层压力的情况下，比重应稍高一些。
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   1.05-1.10   60-70   2-6/6-10   8.5-9     4-5    1.5-2
 6％基浆     1.07    64    23/38     8     10    2.0
  泥浆1     1.07    70     3/8     9     4.5    1.5
  泥浆2     1.07    65     2/6     9     5    1.5
  泥浆3     1.07    68     2.5/7     9     5    1.5
从上表可以看出：该泥浆的性能能够满足指标要求，密度及粘度稍高、剪切稀释能力大及失水小，能保证大口径长输管道穿越砂层顺利进行。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：该水平定向钻进流砂层的泥浆包括膨润土，各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3～90Kg/m3、防塌剂2.4Kg/m3～3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3～2.1Kg/m3、降失水剂2.7Kg/m3～3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3～3.2Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3、余量为水。将前述的各组份按其含量混全后搅拌均匀即得该泥浆。
上述的各组分的含量优选如下：膨润土80Kg/m3、防塌剂2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、降失水剂2.8Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/m3、润滑剂3.0Kg/m3，余量为水。
上述的防塌剂可选自腐殖酸钾、沥青粉、磺化沥青粉及煤碱剂中的任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维素中的任意一种，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。水解聚丙烯腈分子量为12万～20万；聚丙烯酰胺分子量为300万～500万；煤碱剂中褐煤、纯碱及水的质量比为15∶3∶100；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值为6～8；聚氧乙烯辛基苯酚醚的聚合度为30；钠羧甲基纤维素的聚合度为200～600、取代度为0.8～0.9。
根据流砂层的特点，流砂含砂、含水量大，成孔性极差，易塌、易漏失，易造成大区段的井壁坍塌包裹或掩埋钻具或机具，钻井速度慢，所以要求泥浆的粘度高，所以泥浆中膨润土加量控制在80Kg/m3～90Kg/m3。
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 615.20 φ813 流砂层 优质
2   “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 437.50 φ813 砾石层 优质
3   “西气东输”管道工程B24滁河穿越工程 567.23 φ1016 流砂层 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、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土85Kg/m3、腐殖酸钾2.4Kg/m3、聚丙烯酰胺2.1Kg/m3、水解聚丙烯腈2.7Kg/m3、磺化酚醛树脂3.2Kg/m3、白油润滑剂2.8Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例2、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3、腐殖酸钾2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、水解聚丙烯腈2.81Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/m3、白油润滑剂3.0Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例3、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土90Kg/m3、腐殖酸钾3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺2.0Kg/m3、水解聚丙烯腈3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3、白油润滑剂3.2Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例4、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土85Kg/m3、沥青粉2.4Kg/m3、聚丙烯酰胺2.1Kg/m3、钠羧甲基纤维素2.7Kg/m3、磺化酚醛树脂3.2Kg/m3、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚2.8Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例5、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3、沥青粉2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、钠羧甲基纤维素2.81Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/m3、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚3.0Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例6、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土90Kg/m3、沥青粉3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺2.0Kg/m3、钠羧甲基纤维素3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3、聚氧乙烯(30)辛基苯酚醚3.2Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例7、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土85Kg/m3、磺化沥青粉2.4Kg/m3、聚丙烯酰胺2.1Kg/m3、钠羧甲基纤维素2.7Kg/m3、磺化酚醛树脂3.2Kg/m3、磺化妥尔油沥青2.8Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例8、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3、磺化沥青粉2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、钠羧甲基纤维素2.81Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/m3、磺化妥尔油沥青3.0Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例9、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土90Kg/m3、磺化沥青粉3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺2.0Kg/m3、钠羧甲基纤维素3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3、磺化妥尔油沥青3.2Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例10、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土85Kg/m3、煤碱剂2.4Kg/m3、聚丙烯酰胺2.1Kg/m3、钠羧甲基纤维素2.7Kg/m3、磺化酚醛树脂3.2Kg/m3、磺化妥尔油沥青2.8Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例11、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3、煤碱剂2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、钠羧甲基纤维素2.81Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/m3、磺化妥尔油沥青3.0Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。
实施例12、该水平定向钻进流砂层的泥浆的各组分及含量如下：膨润土90Kg/m3、煤碱剂3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺2.0Kg/m3、钠羧甲基纤维素3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3、磺化妥尔油沥青3.2Kg/m3，余量为水。由该方案配制的泥浆于“西气东输”管道穿越工程过程中实验，没有发生孔洞塌方、卡钻现象，保证钻进顺利进行。

Claims (8)

1、一种水平定向钻进流砂层所用的泥浆，包括膨润土，其特征在于：各组分及含量如下：膨润土80Kg/m3～90Kg/m3、防塌剂2.4Kg/m3～3.0Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3～2.1Kg/m3、降失水剂2.7Kg/m3～3.1Kg/m3、磺化酚醛树脂2.7Kg/m3～3.2Kg/m3、润滑剂2.8Kg/m3～3.2Kg/m3、余量为水；其中防塌剂可选自腐殖酸钾、沥青粉、磺化沥青粉及煤碱剂中的任意一种，降失水剂可选自水解聚丙烯腈及钠羧甲基纤维素中的任意一种，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。
2、根据权利要求1所述的水平定向钻进流砂层的所用泥浆，其特征在于：各组分的含量优选如下：膨润土80Kg/m3、防塌剂2.5Kg/m3、聚丙烯酰胺1.8Kg/m3、降失水剂2.8Kg/m3、磺化酚醛树脂3.0Kg/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流砂层所用的泥浆，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流砂层所用的泥浆，其特征在于：聚丙烯酰胺分子量为300万～500万。
5、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进流砂层所用的泥浆，其特征在于：煤碱剂中褐煤、纯碱及水的质量比为15∶3∶100。
6、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进流砂层所用的泥浆，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HLB值为6～8。
7、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进流砂层所用的泥浆，其特征在于：聚氧乙烯辛基苯酚醚的聚合度为30。
8、根据权利要求1或2所述的水平定向钻进流砂层所用的泥浆，其特征在于：钠羧甲基纤维素的聚合度为200～600、取代度为0.8～0.9。
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