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    发布时间:2021/10/13       来源:佚名    分享到:

    我国在水平定向钻机的施工中所应用的泥浆主要是由膨润土组成的,存在易产生被钻的孔洞塌方、卡钻问题,造成水平定向钻进的失败。针对钻进中的失败原因,借鉴石油工业的钻井泥浆技术,结合多变的地表土壤情况和现场施工经验,研制了水平定向钻进泥浆配方。

    在水平定向钻进施工中,人们把泥浆比作钻进的血液,泥浆停止循环时,钻进工作就不能继续进行。随着泥浆技术水平的提高,人们对于泥浆的作用和意义的认识也逐步提高。泥浆的作用和地位更加突出,泥浆也更加受到普遍的重视。

    1泥浆的主要功能

    一、是携带和悬浮钻屑。这是泥浆的一个基本功能,就是要把钻头(扩孔钻)破碎的岩(土)屑从孔洞中带出孔眼,保持孔洞净化。

    二、稳定孔壁。孔壁稳定、规则是优质快速钻进的重要基础条件,也是泥浆技术措施的基本立足点。

    三、冷却和冲洗钻头,清扫孔中(底)岩(土)屑。还有泥浆比重能在比较大的范围内调节,以建立与地层压力相平衡的液柱压力,防止漏、塌、卡等地下复杂情况。

    总之,应根据每一次钻进的各个阶段的地层特点,结构、钻进措施等具体条件,正确选择泥浆类型,决定相应的合理的泥浆措施,达到优质快速钻进的目的。


    2、关于泥浆配方

    (1)泥浆类型的选择

    目前,泥浆基本类型有:水基泥浆、油基泥浆和气基泥浆。

    一、水基泥浆以水为分散介质,其基本组分是黏土、水和化学处理剂;

    二、油基泥浆由柴油(或原油)和沥青(或有机般土)及有关处理剂配成;

    三、气基泥浆气体的来源于化学法产生,流体是由气、液两相或气、液、固三相组成。

    根据我们现有的钻机性能和我国的地质条件,选择以水为分散介质,由粘土、水和化学处理剂基本组分的水基泥浆。

    (2)泥浆的组成

    ①粘土(膨润土)

    水平定向钻进泥浆中的粘土主要由很细(2微米以下)的粘土矿物颗粒组成。它们主要含氧化硅、氧化铝和水,还有少量的铁、碱金属和碱土金属,粘土矿物的化学成分是含水铝硅酸盐。粘土矿物的种类很多,常见的和对泥浆工艺较为重要的只有四种:高岭石、伊利石、蒙脱石和海泡石。水平定向钻进泥浆中的粘土是以蒙脱石为主的膨润土(又称粘土)。

    ②化学处理剂

    为了保证水平定向钻进泥浆的稳定性和提高泥浆的各种工艺性能,以适应各种情况下的钻进要求,泥浆中使用着各种各样的化学处理剂(泥浆添加剂)。水平定向钻进泥浆常用的化学处理剂(泥浆添加剂)有:A.纯碱;B.防塌剂;C.降失水剂;D.絮凝剂; E.润滑剂;F.增粘剂

    A. 纯碱

    碳酸钠(Na2CO3),又叫苏打。纯碱在水中容易电离和水解,在配制时加入从而有效地改善粘土的水化分散性能,因此加入适量纯碱可使泥浆的失水下降,粘度、切力增大。

    B. 防塌剂

    主要有:腐殖酸钾、沥青粉、磺化沥青粉、磺化酚醛树脂、煤碱液。其中沥青粉具有两重性,可以用于水基钻井液中,能增加泥饼的润滑性,有防粘卡效应,能堵塞泥饼孔隙和调节泥饼中固相颗粒之间的粘结力,有降滤失量和防塌作用。

    C. 降滤失剂

    降失水剂有:钠羧甲基纤维素(Na—CMC)、聚丙烯腈;

    D. 絮凝剂:

    我们使用的聚合物类为:聚丙烯酰胺(PAM);聚合物有絮凝、防塌、剪切三大作用。

    F. 润滑剂:

    在水平定向钻进中使用的为极压润滑剂、硬脂酸酯、磺化沥青等。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,它提高了泥浆的润滑性,从而降低了摩擦力,减少钻具与泥浆的摩擦,可防止粘附性卡钻。

    ③水

    泥浆中的水,我们选择淡水pH值控制在7-8。

    (3) 泥浆配方

    ① 泥浆配方研究方案的选择

    根据地层特点,结构、钻进措施等具体条件,泥浆配方研究方案分为:

    A.按地层的特点、结构及土壤分类进行泥浆的配方研究;

    根据我们现行水平定向钻进的实际情况,结合我国的地表土壤分布状况,按地层的特点、结构及土壤分类。选择具有普遍性、广泛适用于各类地区及施工需求的泥浆配方进行研究。土壤的类型可分为:

    a.粘土型;b.砂土型;c.灰土型;d.风化页岩型;e.砾石型;f.淤泥型;

    以上六种土壤是我国地表(距大地表面30m深以上)分布比较普遍和广泛的,是我们在施工中接触最多,需要首先解决的泥浆配方;

    ② 粘土层的泥浆性能要求及组成

    A.粘土层的地质特点:粗土、地质结构松散,砂、冲积砂土层、种植土、回填土等、粉砂土及淤泥。细土地质构造较硬,吸水较强,其中黄色泥岩、褐色泥岩最具有代表性。

    B.其主要特点:成孔性好,可钻性好,钻具在土中旋转推进、造斜和出土都能比较好的成孔,不易坍塌,是最适宜穿越的地层。

    c.粘土层浆性能要求:

    密度 粘度 切力 PH 值 失水(中压) 泥饼

    1.05-1.07 35-40″ 0-2/2-6 8.5-9 4-7ml 1.0-1.2

    d. 泥浆的组成:

    膨润土 + 纯碱 + 降失水剂 + 润滑剂

    泥浆的配合比(Kg/m3):

    1:0.04 : 0.06 :0.06

    在一般的条件下,采用上面的配合比;施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。

    ③砂层和细砂、卵石、砾石(少量的)地层的泥浆性能要求及组成

    A.砂层的地质构造特点:少量的粘土或粉质土夹杂大量的黄砂,其中还含有一定量的卵石、少量的砾石。

    B. 其主要特点:成孔性一般,易塌、易漏失、吸水能力强。导向孔和回扩孔时极易坍塌,泥浆含砂量高造成机具对岩屑的重复破碎,机具和设备磨损较重。

    c. 砂层泥浆性能的要求:

    密度 粘度 失水(中压) PH 值 泥饼 切力

    1.05 50-65″ 4-5ml 8.5-9 1.5 2-4/4-8

    K≥11(提高K值有利于防漏、防塌,提高K值在定向钻的现场最直接的方法就是加膨润土、或加高分子聚合物(如万用王或者万能王等);

    n≤0.55(降低n值有利于携带岩屑、洗孔);

    t0动切力≥15 (屈服值,达因/厘米2)

    d.泥浆的组成:

    膨润土(高含量)+ 防塌剂(聚合物、浓度适宜)+润滑剂

    e.泥浆的配合比(Kg/m3):

    1:0.05 :0.06

    在一般的条件下,可采用上面的配合比;施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。

    ④砂层和细砂、卵石、砾石(少量的)地层的泥浆性能要求及组成

    A.地质构造特点:完全的黄砂、含水量较大的流砂,其中包括卵石、砾石,此种地层一般比较少。

    B.其主要特点:成孔性极差、易坍塌、易漏浆,易造成大区段的井壁坍塌包裹或掩埋钻具或机具,钻进速度慢,钻具、机具磨损严重,泥浆含砂量大,钻具、机具重复破碎情况严重。

    c.卵石层、砾石层泥浆性能的要求:

    密度 粘度 失水(中压) PH 值 泥饼 切力

    1.05-1.10 60-70″ 4-5ml 8.5-9 1.5-2.0 2-6/6-10

    K≥15 n =0.57-0.66 t0 =20

    d.泥浆的组成:

    膨润土(高含量)+ 防塌剂(聚合物)+ 降失水剂 + 润滑剂

    e. 泥浆的配合比(Kg/m3):

    1:0.03:0.04:0.03

    在一般的条件下,可采用上面的配合比;施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。

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