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聚磺钻井液在煤炭资源勘探瓦斯钻井中的应用探讨

2016-04-14胥宏

地球 2016年4期
关键词:抑制性磺化泥岩

■胥宏

(甘肃煤田地质局庆阳资源勘查院甘肃庆阳745000)

聚磺钻井液在煤炭资源勘探瓦斯钻井中的应用探讨

■胥宏

(甘肃煤田地质局庆阳资源勘查院甘肃庆阳745000)

通过在甘肃庆阳地区属鄂尔多斯盆地煤田钻井的应用,"聚磺钻井液体系"具有抑制水敏性地层水化膨胀等良好性能,从而具有确保沉积岩地层钻进安全、高效特点。本文通过对"聚磺钻井液体系"应用与技术探讨,希望能为煤炭资源勘探钻井液发展提供些具有参考价值性依据。

聚磺钻井液 抑制性 井壁稳定

1 前言

针对甘肃陇东地区各区块地层岩性特征,易坍塌泥岩和煤层、瓦斯采集的准确性、井身质量、煤层保护以及长裸眼井段等对钻井液要求,经分析与现场实验,选用聚磺钻井液体系能解决钻井施工中存在的难点问题。该钻井液抑制性强,填堵效果好,悬浮携带能力强,井径扩大系数小,护臂防塌润滑效果好,可减少井内事故发生,能达到井壁稳定,机械钻速高,建井周期短的目的。

2 地层的岩性特征

甘肃庆阳地区属鄂尔多斯盆地陇东斜坡隆起区块,为高山深壑。一般黄土层厚约100~300m,为立状土,胶结松散,分散度高,对流体冲蚀敏感,地层承压能力差,易坍塌、漏失,漏失严重时可造成井口塌陷,在黄土层以下沉积的岩性以砂质泥岩为主,胶结疏松,造浆性差,也会漏失。环河组和华池组以砂岩和泥岩为主,地层稳定,可钻性好;洛河组以砂岩、砾岩、泥岩为主,孔隙度大,渗透率高,易漏失,该地层段裂缝连通性能好,易发生井漏或地层涌水现象。安定组以泥岩夹砂岩、砾岩、泥灰岩为主,可钻性差,存有承压水层。安定组底部、直罗组属砂泥岩互层,上部泥岩夹砂岩为主,中下部粗砂岩夹泥岩,下部粗砂岩为主;该层段泥岩中含大量伊蒙混层,水化不均衡,井壁不稳定,易坍塌、缩径,造浆性差,起下钻及电测困难,易造成沉砂卡钻或粘卡。延安组以泥岩、砂岩夹薄煤层为主,易发生泥页岩吸水膨胀,造成缩径,易造浆,同时井壁易发生坍塌或漏失。

3 施工中遇到主要技术难题及对钻井液要求

(1)黄土层沉积厚度,地层承压能力较差,钻井液冲蚀后,极易发生漏失,一旦发生漏失,进行堵漏工作量大,成功率不高;所以该层段要求钻井液密度不大,粘度不高,滤失量小,润滑性好。

(2)环河组、华池组、洛河组层段地层稳定、可钻性好、孔隙度大,渗透率高;技术难题就是防漏失、防缩径粘卡、防涌水;故此井段钻进要求钻井液具有低失水量,良好润滑性和暂堵性。洛河层防漏失是重点,因洛河组漏层发育一般是水平裂缝和垂直裂缝,漏层裂缝发育程度和裂缝通道的多变性会导致较严重井漏。

(3)安定组底部、直罗组和延安组,因岩层结构因素,泥岩、泥页岩水敏性强,均易吸水膨胀,造成坍塌、缩径、井径扩大、粘卡、钻头泥包、起下钻遇阻等现象;防塌工作是各层段钻进工作重点和难点。所以要求钻井液能抑制岩层水化分散,预防坍塌,尽量降低和保持钻井液的低失水量以及较好的流变性,有较好的造壁性能和润滑性。

(4)在煤系地层钻进时会遇到高温、井漏、煤层坍塌等技术难题,同时因煤系地层存在多层煤层、煤线,煤岩弹性模量较低,抗压、抗拉强度弱,脆性大、胶结性差,在钻进中受到钻井液与钻具振动时易剥落,极易形成“糖葫芦”井眼或产生井斜。

4 钻井液选用与作用机理

聚磺钻井液是将聚合物钻井液与三磺钻井液结合在一起而形成的钻井液体系。其基本组成为具有强抑制性聚丙烯酰胺等有机聚合物类和磺化沥青类、磺化褐煤、磺化酚醛树脂等处理剂。

4.1钻井液选用

在钻进脆性、破碎、易坍塌、水敏性等不稳定地层时,须控制好失水量,同时提高粘度,使其具有良好流变性和排屑能力。据庆阳地区地层结构和各层段岩石发育特点,采用防塌性能好、抑制性强聚磺合物钻井液体系,该体系配制简单,使用与维护方便,利于防塌和防漏,提高机械钻速,缩短钻井周期。

4.2聚磺钻井液优点

具有很好的抑制性和防塌能力;具有较低高温高压滤失量,良好造壁性及流变性;③具有良好抗高温和抗盐、抗钙污染能力;④良好适宜膨润土含量特性;⑤在易漏失层段钻进,加入单封和超细碳酸钙等酸溶性暂堵剂,可保护煤层及瓦斯气层不受污染。

4.3应用效果

通过现场试验与使用,该钻井液具有以下优势:性能稳定,抑制性、防塌效果好,有效地防止煤系地层的坍塌,抑制地层造浆;热稳定性好,具有良好流变性和抗污染能力;③滤失量小,润滑性好,泥饼质量好,井壁稳定,保证起下钻、取芯、电测等施工顺利;④大幅度地降低井内事故,提高机械钻速,确保钻井质量,缩短完井和钻井周期,降低钻井成本。

4.4聚磺钻井液作用机理分析

4.4.1聚磺钻井液抑制性作用机理

从防塌机理来看,这种钻井液体系不但具有高分子聚合物包被作用和无机盐离子作用防塌机理,且还具有磺化沥青类强吸附与附壁作用的防塌机理。通常钻井液体系中水溶性聚合物可很好吸附在井壁岩层或粘土矿物表面,形成一层高分子吸附膜,为此就可抑制泥页岩水化膨胀。具体讲就是利用聚合物分子形成长链,以多点形式吸附在井壁泥页岩的表面,形成防止进一步渗透吸附膜,有效阻止水分子进入孔壁地层;同时又封闭泥页岩微裂缝,增强岩层间交接强度,从而有效地抑制井壁泥页岩粘土水化膨胀。

4.4.2封堵作用机理

主要是利用磺化沥青处理剂中阴离子聚合物具有较强亲水性特点,通过磺化沥青所带有负电荷与岩层裂隙边缘上带有的正电荷相吸,使得磺化沥青微利粘附在井壁,初步滤失后形成优质压缩性泥饼,从而达到阻止水渗入地层目的。

4.5聚磺钻井液使用要点

4.5.1聚磺钻井液性能要求

聚磺钻井液推荐性能指标:超低固相,密度在1.02~1.05g/cm3;极细分散,入井浆液中固相粒度≤20μm的微粒应控制在80~90%;低粘低切,粘度在30~35S,屈服值≤0.05~0.1Pa,静切力IG/10G值都趋近于零;失水量适当,具有一定抑制性,一般要求API失水量≤10~15ml/30min;PH值控制在7~9间。

4.5.2现场配制及维护

在施工现场一般由上部地层所使用的双聚高分子钻井液在井内转化而成,据所测试:PH值、粘度、密度、滤失量、含沙量等钻井液性能,利用配方按照所需量,配置成混合液加入。

在聚磺钻井液加入前,对原双聚钻井液进行处理,利用上浆池的量,排掉沉淀池钻井液到废浆池经过后再利用,同时清理沉淀池与循环槽的沉砂。

高、中分子聚合物丙烯酸盐类处理剂在加入前,须进行碱化处理,混合液静置2~3小时后再加入,加入到上浆池后,须采用泥浆泵小循环。

正常钻进时要做好钻井液维护、净化,并据测试钻井液性能变化,适当调整混合液中各种处理剂配比。

若测得泥饼质量差,滤失量大,就及时增大磺甲基酚醛树脂、磺甲基褐煤(或是磺化树脂褐煤、磺化酚醛树脂)及磺化沥青粉的加量;若井壁稳定性差,有少量掉块,抑制效果不佳,可增大高、中分子聚合物丙烯酸盐类处理剂的加量,并适当加入盐。

5 结束语

聚磺钻井液经宁县和盛荔堡煤炭资源勘查项目区块H2105井和H2204井现场施工,取得良好效果。该体系配制简单,使用与维护方便。良好热稳定性好、流变性和抗污染能力,克服钻遇高温、井漏、缩径等技术难题。性能稳定、防塌效果,解决在多套煤层、煤线,煤岩弹性模量较低,抗压、抗拉强度弱,脆性大,胶结性差,受到钻井液冲刷与钻具振动时易剥落,极易形成“糖葫芦”井眼等难题。滤失量小,泥饼质量好,井壁稳定,保证起下钻、取芯、电测等施工顺利。

该钻井液体系推广使用,提高机械钻速,降低井内事故率,减少钻井成本,有效缩短建井周期,确保勘探施工的顺利,提高成井率和地下煤炭资源的准确评价。

[1]赵金洲,张桂林.钻井工程技术手册[J].(钻井液技术)中国石化出版社,2010~06

[2]折海成,刘海峰,方敬伟.煤层井壁稳定新型防塌聚磺钻井液体系在气井水平井中的研究与应用[J].1004~0935(2014)11~1438~05

[3]胡耿寰.聚丙烯酰胺泥浆基础知识(~) [J]

[4]童亮明,龙飞,王勇强.关于对聚磺钻井液体系的研究[J]2013~01

P694[文献码]B

1000~405X(2016)~4~304~1

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