一种防塌减阻聚合物钻井液及其应用 |
|||||||
| 申请号 | CN201610709510.5 | 申请日 | 2016-08-23 | 公开(公告)号 | CN106367045A | 公开(公告)日 | 2017-02-01 |
| 申请人 | 北京市勘察设计研究院有限公司; | 发明人 | 刘长青; 姚宾科; 李志勇; 李有明; 陈爱新; 李根义; 李胜勇; 周宏磊; 张敏; 朱一基; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种防塌减阻 聚合物 钻井液 ，其钠基 膨润土 3～5 质量 份、 植物 胶1～3质量份、广谱护壁剂0.5～1.5质量份、氢 氧 化钠0.1～0.3质量份。其具有防塌减阻性能，能够在卵石、 破碎 岩石 地层 中具有良好的适用性，尤其是，在采用SDB单动双管岩芯管钻探工艺中，作为钻井液使用，可以获得较高的岩芯采取率，并且岩芯能够保持原岩结构。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种防塌减阻聚合物钻井液，其特征在于，其包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种防塌减阻聚合物钻井液及其应用技术领域背景技术[0002] 目前，在地质勘察钻井工程中，对于未胶结的卵石地层和浅层基岩区的破碎岩石地层，由于地层结构的松散性，在钻具的机械作用和钻井液的循环过程中，很难获得原状结构的松散岩芯，且岩芯采取率很低。 发明内容[0004] (一)要解决的技术问题 [0005] 为了解决工程地质勘察钻探过程中卵石、浅层破碎基岩地层的岩芯采取率偏低的问题，改善钠基膨润土钻井液性能，本发明提供一种具有较佳防塌、减阻性能的聚合物钻井液，用于钻探工艺中，以显著提高岩芯采取率，采取的岩芯能更好地反映岩土体原状结构。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括： [0009] 其中，钠基膨润土较佳为4质量份。 [0010] 其中，增粘剂较佳为植物胶。 [0011] 其中，植物胶更佳为SH植物胶。 [0012] 其中，SH植物胶较佳为2质量份。 [0013] 其中，防塌剂可为广谱护壁剂。 [0014] 其中，广谱护壁剂较佳为1质量份。 [0015] 其中，外加剂可为氢氧化钠。 [0016] 其中，氢氧化钠较佳为0.2质量份。 [0018] 其中，较佳的，由水100质量份、钠基膨润土4质量份、植物胶2质量份、广谱护壁剂1质量份、氢氧化钠0.2质量份构成。 [0019] 其中，防塌减阻聚合物钻井液具有如下性能参数中的一种或几种或全部：表观粘度为14.0～16.0mPa·s，塑性粘度为8.0～10.0mPa·s，动切力为6.1～7.5Pa，动塑比0.45～0.67，滤失量为13.0～16.0mL，润滑系数为0.266～0.281。 [0020] 较佳的，表观粘度为16.0mPa·s，塑性粘度为10.0mPa·s，动切力为6.1Pa，动塑比0.61，滤失量为13mL，润滑系数为0.266。 [0021] 本发明还提供一种防塌减阻聚合物钻井液在卵石、破碎岩石地层钻探中的应用。 [0022] 较佳的，是应用于采用SDB单动双管岩芯管钻探工艺中。 [0023] (三)有益效果 [0024] 本发明的有益效果是：本发明的防塌减阻聚合物钻井液具有较好的减阻防塌性能，经过实地的钻探试验，获取的岩心采取率达到90％以上，尤其是可以在卵石、破碎岩石地层中获取较高的岩芯采取率，岩芯能反应岩土体的原状结构，提高了对岩土体工程性质判别的准确性、可靠性。附图说明 [0025] 图1为本发明第二应用例的破碎岩石地层岩芯采取结果示意图(其中：图a为0.0-3.6m深度范围内的岩芯，图b为3.6-7.7m深度范围内的岩芯，图c为7.7-15.0m深度范围内的岩芯)； [0026] 图2为本发明第四应用例的卵石地层岩芯采取结果示意图(其中：图a为12.5-13.7m深度范围内的岩芯，图b为13.7-14.6m深度范围内的岩芯，图c为15.0-16.5m深度范围内的岩芯)。 具体实施方式[0027] 为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施例，对本发明作详细描述。 [0028] 实施例1 [0029] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.1质量份。 [0030] 实施例2 [0031] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.2质量份。 [0032] 实施例3 [0033] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1质量份、氢氧化钠0.3质量份。 [0034] 实施例4 [0035] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.2质量份。 [0036] 实施例5 [0037] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.1质量份。 [0038] 实施例6 [0039] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂1.0质量份、氢氧化钠0.2质量份。 [0040] 实施例7 [0041] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.3质量份。 [0042] 实施例8 [0043] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.1质量份。 [0044] 实施例9 [0045] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.1质量份。 [0046] 实施例10 [0047] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂1.0质量份、氢氧化钠0.2质量份。 [0048] 实施例11 [0049] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.3质量份。 [0050] 实施例12 [0051] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂1质量份、氢氧化钠0.3质量份。 [0052] 上述任一实施例的防塌减阻聚合物钻井液，其配置方法可以是：按预定量加入钠基膨润土，再加入SH植物胶，然后加入广谱护壁剂，再加入外加剂氢氧化钠，配制出一种性能优良的低固相聚合物钻井液。 [0053] 经检测，上述实施例的钻井液的性能参数如下表1： [0054] 表1 [0055]实施例 AV PV YP 动塑比 FL 润滑系数 1 9.0 5.5 2.0 0.36 25.0 0.299 2 11.0 6.5 3.0 0.46 23.0 0.291 3 13.0 7.5 2.0 0.27 20.0 0.289 4 14.0 8.0 2.0 0.25 19.0 0.285 5 14.0 8.5 2.8 0.33 18.0 0.286 6 16.0 10.0 6.1 0.61 13.0 0.266 7 26.2 18.0 8.4 0.45 17.0 0.289 8 23.2 16.5 7.5 0.51 18.0 0.279 9 24.0 17.5 9.0 0.51 17.5 0.278 10 26.0 18.0 10.0 0.56 16.5 0.275 11 29.0 19.0 9.0 0.47 16.0 0.278 12 24.0 18.0 12.0 0.67 18.0 0.281 [0056] 其中，AV为表观粘度(单位：mPa·s)，PV为塑性粘度(单位：mPa·s)，YP为动切力(单位：Pa)，FL为滤失量(单位：mL)。 [0057] 下面以一些现有的钻井液作为对比例对本发明做进一步说明。 [0058] 对比例1 [0059] 一种钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土1质量份。 [0060] 对比例2 [0061] 一种钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土2质量份。 [0062] 对比例3 [0063] 一种钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份。 [0064] 对比例4 [0065] 一种钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份。 [0066] 对比例5 [0067] 一种钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份。 [0068] 对比例6 [0069] 一种钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土6质量份。 [0070] 经检测，上述对比例的钻井液的性能参数如下表2： [0071] 表2 [0072]对比例 AV PV YP 动塑比 FL 1 1.5 1.0 0.51 0.51 100 2 2.75 1.5 1.28 0.85 60 3 5.75 3.0 2.81 0.94 63 4 8.75 3.5 5.37 1.53 39 5 17.5 2.5 15.33 6.13 40 6 27.5 1.0 27.08 27.08 32 [0073] 其中，AV为表观粘度(单位：mPa·s)，PV为塑性粘度(单位：mPa·s)，YP为动切力(单位：Pa)，FL为滤失量(单位：mL)。 [0074] 由此可知，本发明的钻井液各方面性能均有显著提高。 [0075] 上述实施例中的钻井液可以应用于卵石、破碎岩石地层的钻探中，其具有优良的防塌减阻性能，能保持钻孔壁的稳定性，有利于保持岩芯的原状结构，下面通过具体应用例进行详细说明。 [0076] 应用例1(破碎岩石地层，场地位于延庆区八达岭镇里炮村) [0077] 钻探场地位于北京市与河北省交界的山脚下，整体为山前宽缓坡地地貌单元，靠近山体处地形起伏很大，孔口处地面标高601m。 [0078] 钻井液配方为质量比水:钠基膨润土:植物胶＝100:4:1本次钻探取得了少部分的完整岩芯，钻孔终孔时坍塌严重，提钻后孔壁有坍塌，相较现有钻井液30％～40％的岩芯采取率而言有一定的提高。 [0079] 钻探结果显示，钻孔表层为厚约0.5m的填土层，以下至3.2m深度范围内为第四纪沉积的粉土及碎石土，再往下为蓟县系雾迷山组白云岩，其中3.2～3.7m为全风化～强风化，3.7～7.0m为中等风化。 [0080] 应用例2(破碎岩石地层，场地位于昌平区南口镇) [0081] 钻井液配比材料：植物胶、钠基膨润土，广谱护壁剂，外加剂为氢氧化钠。钻井液质量配比为水：钠基膨润土：植物胶：广谱护壁剂：氢氧化钠＝100:4:2:1:0.2。 [0082] 表观粘度为14.0mPa·s，塑性粘度为9.5mPa·s，动切力为5.0Pa，动塑比0.53，滤失量为14mL，润滑系数为0.276。 [0083] 本次钻探取得了完整岩芯(参见图1a、图1b、图1c)，钻孔终孔未见坍塌，提钻后孔壁亦未见坍塌。 [0084] 钻探结果显示，钻探场地表层为第四系残坡积碎石混黏性土，厚约2.6m，下伏长城系高于庄组白云岩，2.6～8.0m呈强风化，8.0～15.0m呈中风化，结孔深度为15.0m。 [0085] 对比应用例1和应用例2可知，通过对钻井液配方的进一步优化，取芯质量有了显著提高。 [0086] 应用例3(卵石地层，场地位于丰台区柳村路) [0087] 钻探场地属于古漯水河故道。 [0088] 钻井液配方为质量比水：钠基膨润土：植物胶＝100：4：1， [0089] 本次钻探取得了少部分的岩芯，钻孔坍塌严重，提钻后孔壁的卵石时有塌落孔底现象，地层坍塌严重，但相较现有钻井液20％～30％的卵石岩芯采取率而言有一定的提高。 [0090] 应用例4(卵石地层，场地位于丰台区柳村路) [0091] 钻井液配比材料：钠基膨润土、植物胶、广谱护壁剂，外加剂为氢氧化钠。钻井液质量配比为水：钠基膨润土：植物胶：广谱护壁剂：氢氧化钠＝100:4:2:1:0.2。 [0092] 表观粘度为16.5mPa·s，塑性粘度为10.5mPa·s，动切力为6.5Pa，动塑比0.62，滤失量为11mL，润滑系数为0.270。 [0093] 本次钻探取得了完整的岩芯(参见图2a、图2b、图2c)，钻孔没有坍塌，提钻后孔壁没有卵石塌落，地层亦没有坍塌。 [0094] 钻探结果揭示的地层为：表层填土厚约2.3m，以下为新近沉积层，2.3～7.0m为粉质粘土、粉土、细砂，7.0～11.0m为卵石。以下的第四纪沉积层以卵石为主，18.7～19.0m及19.4～19.6m夹中砂薄层。结孔深度为23.4m。 [0095] 对比应用例3和应用例4可知，通过对钻井液配方的进一步优化，取芯质量有明显提高。 [0096] 由上述应用例结果可知，对于浅部破碎基岩地层及松散的卵石地层，可以采用单动双管岩芯管+配制的改良钻井液工艺，能够取得完整岩芯，岩芯采取率可达90％以上。 [0098] 较佳的，加入由二碱式亚磷酸铅1.62～1.97质量份、钛酸正丁酯1.47～1.61质量份和轻质碳酸钙14.1～16.5质量份构成的混合物。 [0099] 更进一步的，加入由二碱式亚磷酸铅1.81质量份、钛酸正丁酯1.56质量份和轻质碳酸钙15.8质量份构成的混合物。 [0100] 实施例13 [0101] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.1质量份、二碱式亚磷酸铅1.4质量份、钛酸正丁酯1.3质量份、轻质碳酸钙12.5质量份。 [0102] 实施例14 [0103] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.2质量份、二碱式亚磷酸铅2.1质量份、钛酸正丁酯1.7质量份、轻质碳酸钙18.3质量份。 [0104] 实施例15 [0105] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1质量份、氢氧化钠0.3质量份、二碱式亚磷酸铅1.81质量份、钛酸正丁酯1.56质量份、轻质碳酸钙15.8质量份。 [0106] 实施例16 [0107] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土3质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.2质量份、二碱式亚磷酸铅1.48质量份、钛酸正丁酯1.43质量份、轻质碳酸钙17.7质量份。 [0108] 实施例17 [0109] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.1质量份、二碱式亚磷酸铅1.55质量份、钛酸正丁酯1.47质量份、轻质碳酸钙17.1质量份。 [0110] 实施例18 [0111] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂1.0质量份、氢氧化钠0.2质量份、二碱式亚磷酸铅1.62质量份、钛酸正丁酯1.52质量份、轻质碳酸钙16.5质量份。 [0112] 实施例19 [0113] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.3质量份、二碱式亚磷酸铅1.69质量份、钛酸正丁酯1.56质量份、轻质碳酸钙15.9质量份。 [0114] 实施例20 [0115] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土4质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.1质量份、二碱式亚磷酸铅1.76质量份、钛酸正丁酯1.61质量份、轻质碳酸钙15.3质量份。 [0116] 实施例21 [0117] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂0.5质量份、氢氧化钠0.1质量份、二碱式亚磷酸铅1.81质量份、钛酸正丁酯1.65质量份、轻质碳酸钙14.7质量份。 [0118] 实施例22 [0119] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶2质量份、广谱护壁剂1.0质量份、氢氧化钠0.2质量份、二碱式亚磷酸铅1.89质量份、钛酸正丁酯1.68质量份、轻质碳酸钙14.1质量份。 [0120] 实施例23 [0121] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶3质量份、广谱护壁剂1.5质量份、氢氧化钠0.3质量份、二碱式亚磷酸铅1.97质量份、钛酸正丁酯1.39质量份、轻质碳酸钙13.5质量份。 [0122] 实施例24 [0123] 一种防塌减阻聚合物钻井液，其包括水100质量份、钠基膨润土5质量份、SH植物胶1质量份、广谱护壁剂1质量份、氢氧化钠0.3质量份、二碱式亚磷酸铅2.03质量份、钛酸正丁酯1.34质量份、轻质碳酸钙12.9质量份。 [0124] 上述实施例13至实施例24的防塌减阻聚合物钻井液，其配置方法可以是：按预定量加入钠基膨润土，再加入SH植物胶，加入由二碱式亚磷酸铅、钛酸正丁酯和轻质碳酸钙构成的混合物，然后加入广谱护壁剂，再加入外加剂氢氧化钠，配制出一种性能优良的低固相聚合物钻井液。 [0125] 经检测，上述实施例13-24的钻井液的性能参数如下表3： [0126] 表3 [0127]实施例 AV PV YP 动塑比 FL 润滑系数 1 14.0 8.5 5.2 0.61 15.0 0.229 2 14.1 9.5 5.3 0.56 13.1 0.231 3 14.3 7.5 5.2 0.69 20.0 0.249 4 15.0 8.0 5.2 0.65 14.0 0.255 5 15.0 8.5 5.8 0.68 14.8 0.276 6 16.1 10.1 6.2 0.61 13.2 0.267 7 17.2 11.0 6.4 0.58 13.7 0.239 8 15.2 9.5 6.5 0.68 12.8 0.259 9 16.3 10.5 6.9 0.66 11.5 0.248 10 17.0 11.0 6.0 0.55 10.5 0.265 11 18.0 12.0 6.9 0.58 10.0 0.268 12 16.5 11.0 7.0 0.64 11.0 0.271 [0128] 由此可知，钻井液的各方面性能更加稳定。 [0129] 综上所述，本发明的防塌减阻聚合物钻井液，具有优良的防塌减阻性能，能保持钻孔壁的稳定性，有利于保持岩芯的原状结构，尤其适合应用于卵石、破碎岩石地层的钻探中。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈