聚丙烯酸胺不分散低固相泥浆及无固相冲洗液基本知识讲座成都地质学院泥桨研究室朱宗培吴隆杰第四讲一聚丙烯酸胺无固相冲洗液简称 !∀冲洗液本概念除了固相含量是影响钻速的主要因素外固相的类型对钻速也有影响一般认为搬土影响较大岩基清水中不含粘土只需加人各种化学处理剂就能配出防塌满足钻探工艺要求性能良好的冲洗液即粉劣土影响次之在固相含量相同的情况下影响钻速的原因主要是由于泥浆中固相颗粒大小分布不同所造成无粘土冲洗液无粘土冲洗液又称无固相冲洗液也‘它是六十年代发展起来的一有人称它为化学水特别是小于−召微米的胶体颗粒对钻速−0的影响最大粒越多实验得出小于的颗粒比大于−召的种新型冲洗液聚合物物在国外种类甚多广为应用如生物经乙基纤维素瓜尔胶 !∀加生物聚合,倍较粗颗粒影响钻速大−钻速降低得越大所以泥浆中小于−召的颗小于−召的胶体颗粒增多 !∀加氯化钾等类型无粘土冲洗液目前使用影响钻速的主要原因是由于泥浆的诚变特性发生变塑性粘度增加剪切稀释作用降低水泵功率不能充分发挥从而降低了清洗孔底携带岩粉的能的 !∀冲洗液就是其中的一种化力什么是 !∀冲洗液呢#在清水中直接加入一定量的 !∀或 ∃% 作絮凝剂使被钻出的泥页岩岩粉不分散而絮凝沉除出去冲洗液中不保留固相近似于清水使钻速下降既然泥浆固相含量是影响钻速的重要因素而不含固相的清水又能大幅度地提高钻速因此在地质为什么要使用 !∀冲洗液#主要是根据钻探生产的发展适应快速钻进中防塌高转速的需要前面条件允许的地区都采用清水钻进但是在复杂地层钻 !进中清水又不适用于是发展了∀冲洗液这种已叙述了清水普通泥浆的优缺点以及&!∀泥浆的发展速钻探生产实践已证明了 !∀泥浆在提高钻防塌润滑等方面效果显著优点很多但由于冲洗液的优点如下−保持极低比重近似于和钻头进尺,钻速提高−,+2大大提高了钻速3一/3倍) !∀泥浆中还含有固相∋一(写体积)在使用上还,对水敏性地层松散易塌地层有良好的防塌没有完全达到选择性絮凝决未使君除砂器泥浆净化问题没有很好解能力如在四川能顺利钻穿水敏性红层孔深−444一除泥器高频振动筛仍有许多岩粉分散在泥浆中未能清除出去因而真正的不分粘松散煤系地层孔深,4米,使过去用清,水或泥浆难以钻进的地层可用&!∀冲洗液钻进,,44。米,/散低固相泥浆体系还未建立起来度难以控制了开高转速高结果泥浆比重具有良好的润滑性能有利于开高转速同了钻速的进一步提高众所周知+同时也防碍时减少了机械磨损,∋3固相含量为。∗时钻速最随着固相含量增加钻速显著下降)微型钻头钻由于没有泥浆污染提高了岩矿心质量,配制使用简便容易掌握推广)石灰石的室内试验得出固相含量为,∗体积的固相含量增至−,∗时15成本低为此泥桨的钻速为−英尺.小时 !∀冲洗液能否用于复杂地层钻进是大家关心钻速降到大约/英尺.小时的−6题’首先应解决两个重要问题+絮凝和防塌即钻进中能否将岩粉很快絮沉始终保持无固相层界线−4毫升降至74毫升所需的时间−絮凝试验和良好防塌效果数据列入表并绘成图3二絮凝问题一留%,8娜念 的影响介绍,!的浓度水解度对岩粉的絮凝能力有一定也是配制!使用 !冲洗液的关键下面 筛#%。目絮凝试验方法取四川红层泥岩,粉碎过∃∋克加水∃∋∋∋毫升浸泡%称取此岩粉&(小时∀的絮凝试验及其絮凝规律&∋∃∋∋∃&∋%),−%&∋)不浸泡也可以∗毫升量筒中毫升∋次反复倒转∃/搅拌后量取+∋毫升悬浊液装入∋再加入不同浓度的 !少∀∋溶液%∃.∋石二豆京厂万而浓度日图& !浓度与絮沉时间关系直立静置观察并记录水土分裹∃逻水解度幽笠…00飞1%∃∋%∋.∋(仓&∋2∋3∋+∋4∋∃∋∋∃∃∋∃%∋∃2∋%∋∋.∋∋(∋∋2∋∋+∋∋∃∋∋∋5大于&小时大于&小时..%.&&&2343∃%&∃3..5&&(3+4&∃∃∃%∃.∃.∃(∃&从以上试验可得出如下絮凝规律∃#表浓度%红层泥质粉砂岩试件及泡试验表。未加! ∀时清水中岩粉沉降速度极∋77/慢几小时后上部混浊度大6%∃=.。。1&。。∃∋∋∋%混浊液中加入少许)玉8岩粉立即絮沉.一(∋7/∗ !或絮沉时间减少到几秒钟絮凝水解度5..∃%.∃∋&一%<..能力显著提高,垮塌时间分∃&毫米∃.&∃∃.&∃2&1∃+∋在一般情况下77/若仅用于絮沉岩粉 在清水:只需加入%∋一(∋(的!或7壬9就足够了;厦7注试件尺寸沪∃∋表 不论队!或∀.>少絮沉速度都随浓度的增时>煤粉试件浸泡试验裹加而减慢&玉8当浓度大于∃∋∋∋77/的絮沉速,度较 !慢且界面不清禅明絮沉效果降低浓%.(&∃∃号一注;一∃!水解度试件浸泡时间)分∗及垮塌情况&>一定浓度下7∀7絮沉能力较 !差是因Χ;的粘度大于 !所致Δ…77度煤层全塌<>煤层成粉状膨胀增大轻微剥落垮塌垮塌全塌%.三目前防塌向题2大部分塌表面剥落国外用三轴应力仪模拟孔内状态,试验各8一种类型冲洗液对岩心的溶蚀情况了解其防塌能力由于条件所限最简单直观的方法是浸饱岩心法稍有膨胀有裂纹稍塌∃∋∋&∋∋+∋∋取不同地区的岩心团粉碎后过2∋目筛加水捏成手压入模具内∋毫米冲压成直径∃7∀7&毫米的高∃圆柱试件晾干后分别放入不同浓度 !溶液或溶液中浸泡#,不同浓度和水解度的观察并记录##∃%∋∃.∋∃%(∋全塌.∋∋∃%(∋全塌全塌全塌试件的垮塌情况和时间6∃试验结果见表%表.轻微塌∃%(∋完好通过试验得出以下几点∃ !为山东淄博化工厂产品=含量35 !∀溶液比清水优越防塌能力成倍%试件尺寸功∃∋?毫米;增长防塌机理见前一讲,1,&!岩粉9孔壁吸附要消耗部分 !∀使冲洗液中 !∀∀%尸溶液的防塌能力随浓度增高而增 5浓度降低为了保持 !∀冲洗液的原始浓度絮凝强力 !∀的浓度达4 时具有最佳的防塌能&&9沉砂和防塌能力一般认为 !∀的浓度为,4一∋4/时就具应经常不断补充 、∀溶液由于目前尚无测定 !∀浓度的简便方法只能根据观察有较好的防塌效果,在相同浓度下现象 !∀2与 2:的防塌能力基本 !估计 !∀浓度的大小若发现循环槽内∀冲洗液混浊比重升高沉砂少说明冲洗液中 !∀,相似无明显差异,量不足需要补充补充应在冲洗液出口和入口处进∋对于易垮塌岩层如;4&&9;,煤层只有在)4高浓度=(3下才具有良好的防塌作用行浓应细水长流地加入/循环带砂防止一次加入造成局部过防塌试验效果与试件制作质量关系甚大因上此所得结果只是相对数值四−随着孔深不断增加∋。。米以往往会出现带砂困难现象要注意起钻前充分 !∀冲洗液的配制循环保持孔内千净∋沉砂少使用与维护 !转换若遇漏失地层或带砂困难可将配制∀班冲洗液转换为以∀泥浆此时须将搬土予水化 !冲洗液的配制方法很简单只需先将 !∀再将 !∀溶液加入泥浆中应先加处理剂3若用普通粘土配制泥浆∀溶液胶液固体含量7一−,∗配成浓度为−一,∗的溶液入清水配成浓度为−44放入搅拌器或容器内加水然后根据钻进要求& >方可加入 !再加溶液净化一∋44的溶液使用以∀冲洗液钻进地面循环或者直接 入∀沉砂十分重要由胶液配成稀溶液所需 !配制一方一定浓度的≅一般要求沉砂池大一些以利于絮凝物的沉除应注意经常捞砂5防漏槽长一些∀胶液重量可按下式计算+&!∀冲洗液钻进渗漏地层时能体Χ一≅至ΑΒ−444一公斤 !起堵漏的作用措施∀胶液重量若遇中漏或大漏时应立即采取堵漏增加成本以免 八∀冲洗液大量漏失动—公斤配一方, !∀溶液所需五现场应用举例!刀—一一+需配&!∀溶液的浓度几气班胶液的固体含量&&9,∗冲洗液在四川各类复杂地层水敏性红层4个大口径钻孔中水敏性珍珠冲层松散煤层等− !∀欲配一方∋4 9的 !∀溶液需称取固体含量(∗胶液多少公斤#例+ !∀进行了试验−均取得了可喜的成果可以予料在小口径金刚石钻孔中也将取得良好的成果+解已知Χ≅!≅∋44&&9Α≅(∗代入上式≅得在煤层中使用情况,一些匕ΑΒ一≅∋44Δ旦义−444,4443公斤地质队石屏矿区地层比较复杂上漏下垮特别是钻孔上段为乐平煤层除煤层松散易垮外还夹有泥质砂岩4,−44砂质泥岩和粘土层配制+称取 !∀(∗胶液3公斤放人容器& 9有严重松散垮塌现象曾用泥浆钻进系水敏性地层是该矿区难攻克的孔段过去内加入清水至一方搅拌均匀后即配成一方∋4的 !∀溶液难−时效低,4水泥护孔或下飞管但都因钻进困还经常发生孔内复杂事故使用 !∀若己配成∗浓度的&Ε 也可用上式计算配,冲洗液基本上解决了乐平煤系的垮塌问题一,号孔设计孔深制所需浓度的 Ε 溶液时的 2?方法同前所述,−∗用量水解孔段−7∋(米开孔用叻,,4毫米钻头钻至74使用与维护−套管封堵局部漏失及掉块用价Γ4毫米钻头钻至,73Γ∋米终孔从−4−/,4下必−5米后∋∀钻迸一般地层只考虑絮凝岩粉和保持冲洗米开始用 !冲洗液钻煤系地层最初用予先水解液清洁时&&9&&9只需−44 9的&!∀或 壬: 溶液钻进一般水敏性以上坍塌地层可将浓度提高至/4一34钻进严重坍塌地层可将浓度提高至(4一−444采用局部提高浓度的办法 !4∗浓度,44 &。的&月%冲洗液钻进的水解度/考虑到孔浅使用不水解的 !∀能满足絮凝带砂的要求就改用不水解的冲洗液钻进钻至煤系浓度为∋4一344 &9的 !∀,;垮塌层采用局部加浓的,∀溶液的补充钻进过程中由于絮凝办法将 !∀的浓度提高到−4。。34一−& 9顺利地穿过了;垮塌煤层然后又将 !∀的浓度控制在一344& 9钻至终孔在整个使用过程中水解的 !∀歹由于岩粉絮凝沉砂效果良好4∋4采用不果是大大地减少了非生产时间提高了纯钻进时间+ !∀机场工人反映冲洗液比泥浆清洁处理简! ∀冲便少,性能容易控制材料消耗少润滑性好事故洗液的比重一直保持近似于清水使钻进效率相应提高采用局部加浓措施预防了;煤层的垮塌钻地质人员反映用它钻煤层采取的岩矿心完整清洁没有泥浆污染有利于分析化验是提高煤心+穿了整个乐平煤系;一;。天时间7钻至−7总进尺余米共用/安全钻进地质要求回次进尺不超过−米采取率,保证煤心质量的有效措施在水敏性红层中的使用情况,米曾发生一次钻具折断事故连电测等共等待,4多夭象但内孔一直没有发生任何坍塌掉块现ΗΙϑΗΙ孔的地层地质队稚安矿区ΗΙ属红层白至系灌口组主要地层是石膏粉砂岩泥质粉−4−下钻畅通无阻这充分说明 !∀冲洗液对乐平砂岩泥岩石膏芒硝等整个地层均属水敏性地煤系具有良好的防塌效果&!∀冲洗液现场使用方案与处理方法见下表 !∋层块清水无法钻进缩径泥浆钻进时也经常出现坍塌掉钻进事故多机械事故多效率低完井∀冲洗液的试验结果表明它具有显著的防周期长塌效果沉砂效果好机械磨损减少在整个钻进中没有更换水泵的易损件起下钻遇阻现象减少其结大大影响了矿区的地质勘探速度内使用 !∀冲洗液都取得了较好的效果在三个孔解决了红层的坍塌表∋缩径本提高了钻进效率降低了泥浆成受到现场工人的好评分段孔段及地处理层米 !∀浓度% 月处理 Ε 方案溶液一絮沉情况淀快Κ,尸ΚΚΚ现场使用的是兰州白银厂所产分子,万量/4比重控制近于清水固体含量(∗的 !∀水−4−/,米−一,4米 Ε ,44预先配,44&&9/4∗岩粉沉Λ一Λ(4一/3∗浓度−∗解后水解度为/然后逐步加入清水中使其浓度为/4一34Ν& 9方上部地层均发生过不同程−,4米一−∋4 !∀,用。/米优拌机加水,/4公74尖−444斤一−344∀公斤配成浓度∗的 !∀冲洗液采用一次 !∀岩粉沉Μ近于度的漏失砂能力 !采用水泥堵漏钻进下部地层孔深345淀良好岩粉沉淀快多局部加浓∃清水近于清水米以后时为了提高带采用 !∀泥浆钻至终孔∀冲洗液使用情况见表3−∋4米一−5∋Λ !使用稀释 !∀ϑ∗的水溶液采,,米Λ一∋44一344用细水长流的方法同时加水且通过三个孔的现场试验冲洗液具有明显的防塌效果说明 !∀由子事故注 !∀为浙江临海化工厂产分子量,34一/,4万固体含量Γ∗停待几夭或完井周期长达,一/个月孔内未发现任何坍塌现象,有很强的絮沉表<岩粉能力因而可以提高钻速孔孔号深冲洗液类型&%%?公力人量丝&Ο∀Ο孑Π内香叶粉情况及钻头进尺)润滑性好延长了钻头使用寿命减少了机械∗二∃∃ΗΙ一…35(。一‘。了,5∃∃ Ε 冲洗液香叶粉/44344漏失底用水泥堵住孔如以前曾/天更换一次水泵皮碗使用 !∀冲洗液磨损底有沉砂现象无坍塌微漏但下钻到香叶粉泥浆一344一4−4∋后ΗΙϑ孔只用了三个皮碗两根旧岩心管)孔内事故大大减。一∋∋5…∃)∋5Ρ Ε 冲洗液 !∀&玉%&有沉砂现象但少故未出现卡埋糊钻事−。一Φ一、。4泥浆一45下钻到底无坍塌无坍塌Ρ4元.米钻探成本由原来元.米降至/冲洗液/44一344—口匕一—Σ1义卜布谈冲仗卜口《卜分丈卜分试卜卜丈卜卜丈分丈寸卜小》毋谈卜价卜护丈卜卜诩叹》小冲哎卜卜戒卜卜丈卜卜丈卜分《冲又Σ冲又冲试冲沌闷《》冲又冲义冲义于《冲义卜分卜矛《—
