钻井液性能对火山碎屑岩崩解性的影响——以青海阿克楚克塞矿区火山碎屑岩为例

为解决火山碎屑岩在钻进中易剥落、易崩塌的问题,探讨钻井液性能对火山碎屑岩崩解性的影响,以青海阿克楚克塞矿区火山碎屑岩为例,分析了其岩石样品的矿物成分,进行了岩石样品烘干和浸水循环实验,采用多元线性回归分析法分析了原1^#、2^#钻井液的主要参数和耐崩解性指数之间的关系。结果表明,钻井液的动塑比、静切力、失水量和漏斗黏度4项性能指标与火山碎屑岩崩解性的相关性可达83.37%,其中动塑比对火山碎屑岩崩解性的影响尤为显著。通过调整水解聚丙烯酰胺和褐煤树脂质量分数提高了钻井液的动塑比和稳定性,从而获得优选钻井液配方：水+4%膨润土+3% Na₂CO₃+0.1% NaOH+0.15% MV-CMC（中黏钠羧甲基纤维素）+0.5% LV-CMC（低黏钠羧甲基纤维素）+2% SPNH（褐煤树脂）+0.08% PHP（水解聚丙烯酰胺）。现场应用表明,钻进至429.00 m深度时使用优选钻井液孔底沉渣厚度较1^#钻井液降低了89.7%,较2^#钻井液降低了80.3%。     

高原铁路冻土区低温环保钻井液体系设计与循环过程温度场分析

川藏铁路位于高原高寒高山峡谷地带,沿线冻土覆盖率高达80%,环境生态脆弱。在地质勘察钻探施工中,钻井液不仅要有良好的耐低温性和流变性,还要满足环保性要求。本文以钠膨润土为钻井液造浆材料,NaCl为防冻剂,CMC和生化黄腐酸钾为降滤失剂,黄原胶为增粘剂;根据正交试验优选出0、-5和-10 ℃地层温度条件下的钻井液配方;利用ANSYS模拟软件对不同温度下钻井液在钻进循环过程中的温度场分布进行模拟;还设计了一种环保钻井液材料包。试验结果表明,优选的钻井液配方在低温条件下的流动性、动切力和粘度等方面性能良好,同时经济性和环保性也满足现场施工要求;模拟结果表明优选的4种低温钻井液在各自“适用温度”条件下防冻效果良好,安全系数高,能保证钻进过程的正常进行。     

一种海洋水合物地层钻井用新型钻井液

随着全球对天然气水合物勘探与开发的关注越来越多, 水合物地层钻井技术的研究也得到了日益重视.但是, 水合物地层钻井存在井内水合物分解与重新生成从而影响井内安全的严重问题.为了解决这一问题, 针对水合物地层的钻井特点, 结合现有的纳米材料, 通过大量实验优选出一种适合海洋天然气水合物地层钻井用的纳米SiO₂钻井液: 海水+2%纳米SiO₂+3%膨润土+1%Na-CMC+3%SMP-2+1%PVP(K90)+2%KCl, 并对其低温常规性能和水合物生成抑制性能进行了实验评价.实验结果表明, 该钻井液具有适中的密度、良好的低温流变性和泥页岩水化抑制性, 并能够长时间有效抑制近井壁地层中的水合物分解气在钻井液循环系统中重新生成水合物, 有利于保障井内安全和钻井作业的顺利实施.      

湘西北复杂构造区雪峰山先导孔钻进技术

雪峰山先导孔是部署在湘西北沅麻盆地麻阳向斜的一口页岩气地质调查井。钻遇地层松散破碎、裂隙发育、软硬互层等,钻进中极易出现漏失、卡钻、埋钻、岩心掉落等孔内复杂情况,严重影响了钻进效率。针对钻进过程中遇到的复杂地层及钻进技术难点,如裂隙发育地层钻井液漏失和涌水问题、松散破碎地层岩心采取问题、水敏性地层孔壁稳定性问题,提出了针对性的解决措施,包括：改进取心钻具,采用不提钻换内钻头拦簧护心绳索取心钻具;优化钻井液配方,采用微泡沫钻井液以及膨润土+褐煤树脂+广谱护壁剂Ⅲ型+抗高温抗盐降失水剂+石灰石粉的钻井液配方;采取针对性的施工管理措施。提高了钻进效率,钻井质量满足地质要求,有效地完成了钻井施工任务,为同类型页岩气调查井的钻井施工提供技术参考。     

“等电位”钻进与“零电位”钻井液初探

对“等电位”钻进技术概念和“零电位”钻井液技术概念做了介绍。“等电位”钻进概念认为岩石表面的zeta电位为零,即等电位（ IEP）状态时,能够提高钻进速度和延长钻头寿命,从而提高钻进效率。“零电位”钻井液则是将目前使用的zeta电位（-40～-35 mv）的钠基膨润土变为“零电位”（-5～＋5 mv）的膨润土,改钻井液的“阴离子悬浮体系（ζ电位＞-45 mv）”为“阳离子悬浮体系（ zeta电位接近零电位）”,再将其它阴离子型的处理剂如降滤失剂、提粘剂等改变为阳离子型或非离子型,配成具有相应性能的钻井液。钻进试验表明,“等电位”钻进和“零电位”钻井液可有效提高钻进效率。提出了几点开展相关研究的认识。     

科钻一井钻井液用膨润土性能及分散机理

以科钻一井金刚石取心钻进所产生岩屑的颗粒分布为依据,结合钻井工艺对钻井液性能的要求,介绍了一种低固相、低黏度、低切力、低失水、高分散的膨润土泥浆材料--LBM-SD,并分析了LBM-SD膨润土的分散机理.LBM-SD是由优质钠基膨润土(NV-1)与小相对分子质量的三元共聚物按照一定比例,经过混炼挤压而成.小相对分子质量的三元共聚物为丙烯酸、丙烯酰胺和丙烯腈按照一定工艺聚合而成的共聚物,其分子链上含有大量的羧钠基、酰胺基和腈基.LBM-SD膨润土颗粒呈高分散状态,平均粒径小于3μm.与人工钠基膨润土相比,平均粒径降低了41.7%,平均质量比表面积提高了43.6%,E电位值增加了28.4%.     

刚果钾盐钻探用钙镁基钻井液研究及应用

在钾盐钻探过程中,采用常规水基钻井液普遍存在孔壁溶蚀扩径、岩心采取率低等问题。而采用油基钻井液虽然可以保证取心质量,但是成本高且环保性能差。因此,研究一种能高质量获取钾盐矿心且成本低的水基钻井液是极为必要的。基于前期钾盐钻探水基钻井液研究成果,针对刚果共和国光卤石型钾盐地层特点及绳索取心钻探要求,本文采用浸泡模拟实验和材料配伍性对比实验研究,攻关了抑制氯化钙、氯化镁和氯化钾溶解技术,研发了一套钙镁基钻井液配方,具体为：30%氯化镁+20%~30%氯化钙+1%锁水抑制剂+2%~3%钠膨润土+1.3%~1.6%接枝淀粉GSTP +0.4%~0.7%增黏剂GTQ+0.4%包被剂GBBJ。该钻井液具有良好的流变性、悬浮携带能力以及抑制光卤石和溢晶石溶解的能力。并且在刚果共和国奎卢省钾盐钻探工程成功应用,解决了以往使用常规水基钻井液出现的地层溶蚀和岩心采取质量差等问题,顺利完成钻探工作量3020余米,盐矿心采取率达98%以上,节约钻井液成本80%以上。钙镁基钻井液在光卤石型钾盐绳索取心钻探工程中的首次应用表明其可以完全替代油基钻井液,在钾盐钻探工程中具有广阔的推广应用前景。     

高密度抑制防塌冲洗液体系在四川营山SY-1地热井中的应用

四川营山地下热矿水探采井SY-1井是一口地热资源重点勘查井,实际完钻深度2758 m,揭露三叠系上统须家河组热储层岩性以长石砂岩、粉砂岩为主,埋藏深度2220~2758 m,厚度538 m。下沙溪庙组岩性为灰绿色页岩、暗紫红色粉砂质泥岩夹黄褐色中厚层状粉砂岩及块状细粒长石砂岩,含高压气、卤水混合物,施工过程中需解决坍塌掉块、井涌、井漏、卤水污染、缩径等复杂难题。室内通过开展高密度抑制防塌钻井液流变性、防塌性、稳定性等控制方面的技术攻关,在优选钠基膨润土的基础上,通过对包被剂、降滤失剂（抗盐）、防塌剂等材料的筛选及优化,形成了高密度抑制防塌冲洗液的最终配方：清水+4%膨润土+0.1%纯碱+0.1%烧碱+1%~2%增粘剂HN-1+0.2%~0.5%环保大分子包被剂+1%~3%环保降滤失剂HJ-1+1%~3%抗盐滤失剂HLY+1%~2%环保防塌剂HFJ+重晶石。该配方密度1.50~1.80 g/cm³可调,滤失量4.0 mL,流变性能好,抑制防塌效果显著,在现场取得了成功应用,保证了该项目的顺利实施。     

刘房子钠基膨润土矿石质量研究及应用

刘房子钠基膨润土矿床是我国膨润土矿石质量优异的矿区,经过三年的详查与勘探,探明钠基膨润土矿石2 300万t,钠蒙脱石含量高可达98%,平均含量达63.74%。本文通过X射线衍射、红外吸收光谱分析、矿物的粒度分析,并结合电子扫描对矿石质量进行了研究,应用热分析方法,确定刘房子钠基膨润土矿石具有的优良特征。     

高密度油基钻井液在阳101H3-6井长水平段的应用

阳101H3-6井是位于四川泸州区块一口页岩气水平井。针对阳101H3-6井长水平段井壁稳定性差、摩阻扭矩高的钻进技术难点,提出了高密度油基钻井液技术对策,引入新型主乳化剂Ⅰ型,通过正交试验,优选确定了密度为2.2 g/cm³的高密度油基钻井液配方为：2%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%润湿剂+4%降滤失剂+1%有机土+3%CaO,油水比为80∶20（柴油∶25%CaCl₂水溶液）。性能评价结果表明,该高密度油基钻井液抑制性强,抗污染能力良好,性能稳定。现场实际应用表明,该高密度油基钻井液流变性好,破乳电压高,高温高压滤失量低,满足阳101H3-6井长水平段施工需求。阳101H3-6井水平段钻进过程中钻井液性能稳定,井壁稳定,井下安全,顺利完钻。     

掺铜TiO2/膨润土光催化剂的制备及其光催化性能研究

以天然钠基膨润土为载体,利用四氯化钛水解法制备了掺铜TiO₂/膨润土复合光催化剂;比较了不同量Cu²⁺对TiO₂/钠基膨润土的修饰作用及不同光照条件对光催化性能的影响。采用分光光度计、XRD、IR及TG-DTA等测试手段对试验结果进行表征。结果表明,铜的掺入对TiO₂/膨润土光催化活性有显著提高:当掺铜量为原土阳离子交换量的10.9%时,紫外光下催化效果最好;16.4%时太阳光下催化效果最好。复合后样品热处理温度为500 ℃,获得较理想的光催化活性。     

无固相聚合物钻井液在香格里拉普朗铜矿区复杂地层钻进中的试验与应用

针对香格里拉普朗铜矿区所遇到的复杂地层,通过室内试验研究,确定采用植物胶作为主剂、聚丙烯酰胺和LP作为辅剂得到无固相聚合物钻井液,在钻探矿区ZK0409钻孔中的绳索取心钻进中使用,成功解决了该矿区复杂地层的钻进问题。探讨了无固相聚合物钻井液的最佳配方,并分析了其在复杂地层钻进中的作用机理。     

江西广丰李家膨润土压实性能研究--高放废物处置缓冲/回填材料压实性能初探

研究了广丰李家钠基膨润土的压实性能,得出了不同压实功作用下,膨润土干密度与含水率之间的关系．以及粒径、压实功等因素对压实性能的影响;在相同压实功和相同含水率条件下,膨润土粒径较小时相对应的干密度较小．当压实功为2684．9kJ／m^3时,钠基膨润土的最大干密度可达1．525g／cm^3,最优含水率为26．30％。首次选用石英砂作为添加荆,探索了添加荆对膨润土压实性能的改善作用,实验结果说明石英砂添加荆的加入可以大大提高膨润土的干密度。减小对应的最优含水率,并得出约10％的石英砂是添加剂的最佳用量。该研究结果为钠基膨润土作为高放废物处置库缓冲／回填材料的性能评价提供了重要的依据。     

适于深部取心钻探井超高温聚磺钻井液体系研究

东北松辽盆地强水敏泥岩、泥页岩、凝灰岩发育,地温梯度高达4.1℃/100m。深井钻进过程中易出现井壁失稳、钻井液抗温能力不足等复杂情况,研制深部取心钻进配套用超高温钻井液具有迫切的工程需要。通过造浆土、抗温抗盐处理剂、防塌剂等处理剂优选及复配试验,完成了抗高温聚磺钻井液配方设计。钠土与凹凸棒土复配保证了高温钻井液具有合适的粘土胶粒浓度,处理剂优选在满足良好护胶性能的基础上充分考虑了其粘度效应。综合测试结果表明,该聚磺钻井液在230℃条件下连续加热滚动24h后性能稳定,且具备良好的抑制性、润滑性及一定的抗污染能力。在东北松辽盆地某深井连续取心钻进过程中取得了良好的应用效果。     

海洋天然气水合物地层钻探钻井液低温流变性能研究

海洋天然气水合物赋存于低温和高压环境条件,以分解抑制法钻进水合物地层,常通过降低钻井液的温度来抑制水合物的分解,所以要求钻井液具有良好的低温性能。对甲酸盐海水钻井液和聚合醇海水钻井液在不同低温条件下的流变性能进行了探讨。结果表明：钻井液处理剂和水合物抑制剂均对钻井液的低温流变性能有不同程度的影响。提出在研究海洋天然气水合物地层钻探钻井液时,应合理选择钻井液体系和处理剂,确保钻井液在低温条件下具有良好的流变性能。     

深孔绳索取心钻进用无固相防塌钻井液试验

为应对金刚石绳索取心钻进普遍发生的垮塌、造浆、钻杆内壁结泥皮等问题,完成了基于聚乙烯醇(PVA)为抑制剂的无固相防塌钻井液室内研究.通过泥页岩滚动回收试验、膨润土临界加量试验、泥球浸泡试验以及电动电位测试等对比了常用抑制剂的抑制效果;通过配伍性试验确定了增黏剂及降失水剂的种类和加量;对比了不同种类的污染物对所获配方钻井...     

定北区块抗高温钻井液体系优化

定北区块储层深埋温高导致常规钻井液体系失效且复杂情况多发,研制一套抗高温钻井液体系已成为解决定北区块钻井复杂情况多发的重要途径。总结分析定北区块钻遇复杂情况及钾铵基钻井液体系性能测试结果,明确了钻井液优化方向——抗高温抑制性、稳定性、降滤失性和封堵能力。针对目前现场常用多种抗高温钻井液处理剂开展了流变性、滤失性、封堵性、润滑性等性能测试实验,优选SMC和SPNH作为抗高温降滤失剂、KCl和聚胺作为抗高温抑制剂、HQ-10作为抗高温封堵剂、白油及石墨作为抗高温润滑剂、SF-1作为抗高温稀释剂,并得出最佳土粉含量为4%,最终得到了抗高温钻井液体系配方。室内性能评价实验表明,该抗高温钻井液体系在180 ℃热滚72 h后粘度、切力及失水仍满足设计要求,且抗NaCl及CaCl2污染分别达到10%和4%,储层岩心伤害渗透率恢复值可达80%以上。定北抗高温钻井液配方的形成将为定北区块安全高效钻进提供保障。     

基于改进滤失试验的重金属污染膨润土渗透特性试验研究

通过改进滤失试验研究典型钠化改性钙基和天然钠基膨润土在重金属铅-镉以及铬作用下渗透系数的变化规律。研究发现,膨润土试样渗透系数在重金属铅-镉浓度小于6mmol/L时增幅较小,为2~3倍;当浓度超过10mmol/L时呈急剧增大的趋势。铬酸钾溶液作用下,钠化改性钙基膨润土的渗透系数低于未污染试样;天然钠基膨润土的渗透系数则增大2~8倍。两者差异归因于土-液相互作用下铬在不同pH-Eh环境中化学形态的不同。研究中钠化改性钙基膨润土浆液中铬以阴离子络合的六价铬形态存在,使得膨润土颗粒表面负电荷密度趋于增加,因而保持和促进膨润土的分散状态。天然钠基膨润土浆液中铬则出现以阳离子形态存在的三价铬,显著挤压膨润土颗粒双电层,导致膨润土颗粒团聚。综合国内外研究总结无机盐溶液作用下膨润土化学相容性随污染程度变化规律,发现渗透系数比与离子强度关系存在一临界值,当离子强度达到该临界值则渗透系数将呈数量级增大。     

膨润土的有机改性及其钻井液性能

以过硫酸钾为引发剂,通过水溶液聚合法制得了丙烯酸和丙烯酰胺的聚合物A。用聚合物A作为有机改性剂,采用混炼挤压法制备得到样品。用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对其结构形貌进行研究。结果表明,其晶面间距由原来的1.269 nm增大到1.322 nm,有机基团进入层间,并且仍保持层状结构,成功制备出了有机改性膨润土。用有机改性膨润土配制钻井液,当其质量分数为4%时,浆液的粘度为5.5 mPa.s,滤失量为13 mL,润滑系数为0.13。与普通钠基膨润土钻井液相比,有机改性膨润土钻井液的滤失量和润滑系数均有较大幅度降低,并且改善了钻井液的流变性。     

低温无固相钻井液配方优选及经济性评价

为解决高原冻土和天然气水合物勘探过程中钻进和取心问题,选择了NaCl作为抗冻剂,抗盐共聚物GTQ和水解聚丙烯酰胺PHP作为主要聚合物试剂,采用正交试验法,在常温下优选出了9组配方,经过低温测试,确定了在 -15 ℃可用的钻井液配方Z1（20%NaCl+0.1%PHP+1.2%GTQ+1%KHm）和Z2（25%NaCl+0.15%PHP+1.0%GTQ+1%KHm）,其主要性能指标分别为：AV值46.5、47.5 mPa·s,PV值34、35 mPa·s,YP值12.8、12.8 Pa,FLAPI值6.8、7.6 mL/30 min。经成本核算,2种配方具有比较好的经济性,可以满足高原冻土层钻进要求。