在鉆進(jìn)液中加化學(xué)添加劑的研究

52西部探礦工程2009年第2期.在鉆進(jìn)液中加化學(xué)添加劑的研究聶冠群(核工業(yè)華東建設工程集團公司,江西南昌330046)摘要:試驗研究得出了鉆頭對控制鉆進(jìn)的影響,表面電荷改性劑對控制鉆進(jìn)的影響,制備鉆進(jìn)液的水對控制鉆進(jìn)的影響,現場(chǎng)鉆進(jìn)試驗的結果。關(guān)鍵詞:鉆進(jìn);添加劑;效率中圖分類(lèi)號:P634.6文獻標識碼:B 文章編號:1004- -5716(2009)02- -0052- -03在鉆進(jìn)液中加入化學(xué)添加劑來(lái)提高硬巖的鉆進(jìn)效荷,而這個(gè)等電點(diǎn)是通過(guò)用酸或堿調節pH值獲得的，率,對此進(jìn)行了試驗研究,取得了明顯效果。這取決于IEP的pH值是高于還是低于水的初始pH1鉆進(jìn)試驗的結果值。為了確保整個(gè)鉆進(jìn)試驗都維持所希望的pH值,試1.1鉆頭對控制鉆進(jìn)的影響驗中使用了緩沖溶液。這是很重要的,因為已發(fā)現巖石控制鉆進(jìn)對火山巖和花崗巖均已證明能提高金剛鉆進(jìn)時(shí)的主要副產(chǎn)物是氫氧根離子。當只用蒸餾去離石鉆頭的壽命。金剛石鉆頭和鏟形鉆頭在控制鉆進(jìn)中子水鉆進(jìn)時(shí)測量流人液和排出液的pH值表明，鉆進(jìn)使的成功,有力地證明這些鉆頭在鉆進(jìn)條件下是適用的。鉆進(jìn)液的pH值提高3~4個(gè)單位。用pH=5.5的緩研究結果還表明,控制鉆進(jìn)能適用于所有刮刀型鉆頭,.沖溶液(醋酸一醋酸鈉)鉆進(jìn),其鉆進(jìn)速度比單用蒸餾去并且可能使用任何類(lèi)型的鉆頭。對金剛石鉆頭的鉆進(jìn)離子水高279%,而鉆頭壽命則高218%,這兩者的提高試驗,鉆了若干個(gè)試驗孔也未見(jiàn)鉆進(jìn)速度下降的情況。的一個(gè)可能解釋是整個(gè)試驗都由緩沖溶液維持了條件。這意味著(zhù)用任何金剛石巖心鉆頭鉆進(jìn)都是可行的。用氯化鋁時(shí)不可能始終保持條件,因為鉆進(jìn)的變化或鉆1.2表面電荷改性劑對控制鉆進(jìn)的影響進(jìn)試驗過(guò)程中表面電荷條件的變化會(huì )產(chǎn)生氫氧根離子。(1)無(wú)機鹽:共試驗了幾種無(wú)機鹽,它們是氯化、氯這些試驗結果進(jìn)一步說(shuō)明,不管何種能中和表面電荷的化鈣、氯化鈉、氣化鋯及硝酸鋁,每種都試驗了多種濃添加劑都可在控制鉆進(jìn)法中應用。度。它們試驗表明，五種無(wú)機鹽都各有一-零表面電荷濃(4)陽(yáng)離子聚合物:由于在零表面電荷時(shí)鉆屑粒子度獲得其最大的鉆進(jìn)速度和提高鉆頭壽命。對于這些會(huì )發(fā)生絮凝,所以認為在控制條件下絮凝作用是提高鉆低價(jià)陽(yáng)離子試劑來(lái)說(shuō)，雖然需要較高濃度,但仍能提高進(jìn)效率的部分原因。鑒于此。共試驗了兩種聚合物(一鉆進(jìn)效率。根據花崗巖進(jìn)結果,得出的結論是:幾種無(wú)種是陽(yáng)離子的，另一種是非離子的)作鉆進(jìn)液的添加劑，機鹽溶液在控制鉆進(jìn)中都能提高鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命。借助分子的橋聯(lián)機理為主和電荷中和機理為輔的作用(2)陽(yáng)離子表面活性劑:試驗了4種陽(yáng)離子表面活使粒子絮凝。獲得鉆進(jìn)效果與單用該水鉆進(jìn)所獲的結性劑作為表面電荷改性劑。其中三種為常見(jiàn)的季銨鹽，果進(jìn)行比較、試驗中配制的聚丙烯酰胺溶液的濃度是低它們是:十二烷基溴化三甲銨、十四烷基溴化三甲銨、十于、等于和高于控制濃度。象其他陽(yáng)離子添加劑那樣，六烷基溴化三甲銨,第四種表面活性劑是市場(chǎng)上可購得PAA也能提高鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命。當PAA濃度為的低分量陽(yáng)離子聚合物,將它們所獲得的鉆進(jìn)效率與相0.25ppm時(shí),鉆進(jìn)速度提高率最大(334%),鉆頭壽命應的用水作鉆進(jìn)液基準線(xiàn)對該巖石的鉆進(jìn)效率進(jìn)行了的提高率也最大(187%)。應指出的是,PAA鉆進(jìn)試驗比較,其鉆進(jìn)效果與相應的水基準線(xiàn)(不加添加劑)進(jìn)行的結果清楚地表明,絮凝作用并不是提高控制鉆進(jìn)法效了比較。鉆進(jìn)試驗是在低于、等于和高于濃度的表面活果的主要原因，當PAA濃度大于0. 1ppm時(shí)都發(fā)生絮性劑濃度進(jìn)行的。從用陽(yáng)離子表面活性劑作添加劑鉆凝作用，而最高的鉆進(jìn)效率卻只是在0.25ppm的濃度進(jìn)試驗的結果可以得出如下結論:這些表面活劑濃度為時(shí)獲|中國煤化工驗結果還表明，與所零表面電荷濃度時(shí)得到鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命的最大提使用CNM HG無(wú)關(guān)。高率。.(5非離子乘臺物:HF珀近液添加劑的非離子聚(3)酸、堿溶液:在等電點(diǎn)(IEP)時(shí)也能中和表面電合物的是水溶性的高分子量的聚氧化乙烯.用了兩種2009年第2期西部探礦工程53水配PE0溶液鉆進(jìn)試驗了兩種巖石，然后將各自的結法鉆進(jìn)液適用的水的特性范圍很寬。果與相應的用水作鉆進(jìn)液水所獲的鉆進(jìn)結果進(jìn)行比較。2現場(chǎng)鉆進(jìn)試驗的結果雖然PE0的分子量范圍從l0萬(wàn)至600萬(wàn)都有效。但鉆現場(chǎng)鉆進(jìn)試驗是在不同礦山進(jìn)行的。進(jìn)行了3個(gè)進(jìn)試驗所用的為500萬(wàn)的，因為發(fā)現即使改變PEO分星期的金剛砂巖心旋轉鉆進(jìn)試驗以及沖擊鉆進(jìn)試驗。子量,其濃度也相同。地下和地表的金剛砂巖心鉆進(jìn)試驗中,在某些條件下，PEO是- -種不尋常的表面電荷改性劑。因為它是證明PEO溶液控制濃度時(shí)能提高鉆頭壽命。但是,由名義上的非離子表面活性劑,故預計它不會(huì )中和巖石表于數據離散性大以及取樣個(gè)數少,因而用控制濃度PEO面電荷，因而不會(huì )提高控制鉆進(jìn)法的鉆進(jìn)效率。產(chǎn)生這溶液所獲得的鉆進(jìn)結果沒(méi)能確切證明鉆進(jìn)效率的提高。- -預想的原因是基于過(guò)去用市場(chǎng)非離子表面活性劑,不在金剛砂巖心鉆鉆進(jìn)中,鉆進(jìn)速度(進(jìn)尺)數據的離散性管分子量如何，任何濃度對巖粒的表面電荷均無(wú)影響。大的原因是:地表鉆進(jìn)時(shí)巖石結構不-致, 地下鉆進(jìn)中然而,對PE0而言,當不斷提高其在溶液中的濃度時(shí)，鉆頭特性變化大。對控制濃度的PE0溶液鉆井時(shí)的鉆對電位所作的測定卻表明,PE0象無(wú)機鹽、陽(yáng)離子表面頭壽命也作了測定。用PE0溶液時(shí)鉆頭的磨損要比用活性劑和陽(yáng)離子聚合物那樣會(huì )使電位從初始的負值上水從使用控制濃度的PE0溶液鉆進(jìn)所獲得的這些數升到零。但是,與陽(yáng)離子添加劑不同之處是它在較高濃據，可得到如下結論:盡管鉆進(jìn)速度沒(méi)有改善,但可延長(cháng)度時(shí)也不會(huì )得到正電位,但能保持控制條件。PEO在鉆頭的壽命。這些鉆頭用到廢棄止,約比試驗的時(shí)間長(cháng)水中倒乎具有陽(yáng)離子表面活性劑的某些行為，例如:中3~5倍,因此預計聚合物溶液會(huì )進(jìn)-步延遲鉆頭的磨和巖石表面上的負電荷和獲得控制條件。然而,在無(wú)電損,使得每個(gè)鉆頭的使用時(shí)問(wèn)會(huì )更長(cháng),以及使鉆頭修磨荷的巖石表面,陽(yáng)離子表面活性劑的行為并不活潑,巖的時(shí)間問(wèn)隔加長(cháng)。石表面仍保持中性,不會(huì )成為正電荷。巖心鉆頭在地表下600~800m間的花崗巖中進(jìn)行在鉆進(jìn)試驗中,所得結果相比較清楚地看至PEO了PE0作鉆進(jìn)液添加劑的巖心勘探鉆孔試驗。試驗具有最好的鉆進(jìn)效果。設用水的基準線(xiàn)為零,用PEO中,瞬時(shí)鉆進(jìn)速度沒(méi)有可計量的變化;但使用PE0溶液(3~125ppm)時(shí),鉆進(jìn)速度則達350%,鉆頭壽命為時(shí)的鉆頭壽命比只用水鉆進(jìn)時(shí)的壽命要長(cháng)2. 3~3.1235%:而用PEO(12. 5~12 5ppm)6,鉆進(jìn)速度為倍。650% ,鉆頭壽命為420%。相比之下,陽(yáng)離子表面活性3小結劑或無(wú)機鹽在控制濃度條件時(shí)兩者的提高率則低得多。為了確定提高鉆進(jìn)效果的各種邊界條件,進(jìn)行了控此外,PEO在很寬的濃度范圍都能獲得最大的鉆進(jìn)效制鉆進(jìn)法的實(shí)驗室和現場(chǎng)試驗實(shí)驗室試驗鉆進(jìn)液由諸果,而各種陽(yáng)離子添加劑卻只有-個(gè)濃度可得到好的鉆如無(wú)機鹽、陽(yáng)離子表面活性劑、酸、陽(yáng)離子聚合物或非離進(jìn)效果。子聚合物加入蒸餾去離子水、自來(lái)水、礦山池水、礦山井1.3制備鉆進(jìn) 液的水對控制鉆進(jìn)的影響水制備而成試驗了高于、等于和低于控制濃度的三種為了避免水中任何雜質(zhì)離子(象自來(lái)水和井水中所農度。出現的那樣)對所有添加劑帶來(lái)的附加影響,開(kāi)始的鉆在用無(wú)機鹽、陽(yáng)離子表面活性劑、陽(yáng)離子聚合物及進(jìn)試驗均用蒸餾去離子水進(jìn)行,將其結果作為比較的基具有某種陽(yáng)離子特性的非離子聚合物的幾種濃度的溶準。為了確定控制鉆進(jìn)法的可用性還需對不同巖石類(lèi)液所作的實(shí)驗室試驗中,以及用具有陽(yáng)離子特性的PE0型用其他類(lèi)型的水(如自來(lái)水和礦山水等)進(jìn)行試驗.用所作的現場(chǎng)試驗中,都不同程度地提高了鉆進(jìn)效率。所于控制鉆進(jìn)法研究的蒸餾去離子水的pH值為5. 3~有這些添加劑都具有中和巖石表面電荷的能力,因此，6.0,自來(lái)水為7.3~7.7,采礦公司礦山池水和井水分確立條件是控制鉆進(jìn)法的最重要因素。別為7.0~7.5和7.9~8.0。因此,在利用氯化鋁作添通過(guò)用蒸餾去離子水、礦山池水,礦山井水,以及普加劑加入自來(lái)水或兩種礦山水時(shí),需在加入氯化鋁之前通的酸化的自來(lái)水在實(shí)驗室的試驗及礦山水在現場(chǎng)的對這些水的pH值進(jìn)行調整,以防溶液中的Al+3離子試驗提高了鉆進(jìn)效率這些事實(shí),確定了鉆進(jìn)液的來(lái)源或以AI(OH)z形式沉淀和絮凝。用鹽酸化自來(lái)水其鉆組分對控制鉆進(jìn)的影響程度.由于礦山水和自鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)效果比不加酸自來(lái)水的鉆進(jìn)效果降低很小。小。中國煤化工了一臺光學(xué)比測儀根據這些數據,以及根據分別用礦山井水和礦山池來(lái)描MHCNM Hh跡。測出這些水中水制備的溶液鉆進(jìn)所得的結果,以及用自來(lái)水制備的y里間心叫=大型王山撿用這些水取代蒸餾PAA和PE0溶液鉆進(jìn)得的結果,其結論是:控制鉆進(jìn)去離子水時(shí),就需要更多的添加劑以中和表面電荷。54西部探礦工程2009年第2期與相應水的基準線(xiàn)的比較表明其鉆進(jìn)速度的最大那樣達條件只有-一個(gè)濃度,PE0保持控制條件具有很寬提高率達650%。關(guān)于試驗中添加劑與相應水的基準的濃度范圍,其原因是它的可極化結構。因此,用PE0線(xiàn)在鉆頭壽命方面的比較表明;在蒸餾去離子水中加時(shí),鉆進(jìn)期間溶液濃度的臨界狀態(tài)大大減小。此外，HTAB達到控制濃度鉆進(jìn)時(shí),鉆頭壽命的最大提高率PE0的應用,對鉆頭壽命鉆進(jìn)速度的提高率比用陽(yáng)離子為56%;于礦山水qhJJtlPE0,在很寬濃度范圍內鉆頭添加劑時(shí)高得時(shí)多。壽命的提高率在400%以上。實(shí)驗室試驗證明,具是部用PED溶液達到zsc濃度時(shí)的初步現場(chǎng)鉆進(jìn)結果也分陽(yáng)離子特性(可極化結構)自,3PEON成的水溶液對證明，它比只用水的現場(chǎng)鉆進(jìn)試驗所得的鉆進(jìn)效率要高?？刂沏@進(jìn)法來(lái)說(shuō)是最好的添加劑。不象陽(yáng)離子添加劑在現場(chǎng)巖心鉆鉆進(jìn)花崗巖時(shí),鉆頭壽命提高23~3.1倍。(上接第51頁(yè))(2)優(yōu)化鉆井參數,減少鉆具共振。優(yōu)先使用PDC查,按照修理標準對各鉆具進(jìn)行修理和檢測。修理包括鉆頭 ,認真研究大井眼和小井眼狀態(tài)鉆具的震動(dòng)規律，修扣、校直、在易損的接頭部位鋪焊- -層耐磨環(huán)等,鉆鋌進(jìn)行鉆井 各項參數的優(yōu)化，減少鉆井過(guò)程中蹩、跳鉆的修扣后必須加工應力槽,修理完畢進(jìn)行探傷檢測合格后發(fā)生,減少共振帶來(lái)的危害。方可上井,對每- -步工序要求有責任人并記錄準確。(3)針對高含硫化氫區塊,在鉆井液中加入堿式碳(4)嚴格報廢標準。對老鉆具進(jìn)行強制報廢,比酸鋅 等處理材料,同時(shí)保持pH值≥9,減少了硫化氫對如:部分鉆鋌探傷雖然合格,但其總長(cháng)小于8. 50m、螺旋鉆具腐蝕的機會(huì )。另外針對高含硫化氫井,盡量避免使鉆鋌母扣端強化部分長(cháng)度低于200mm或公端低于用原鉆具進(jìn)行中途測試。180mm都必須強制報廢。(4)提高鉆具購置標準。近年來(lái)根據公司鉆具現通過(guò)以上措施, 2006年我公司通過(guò)分級檢測2832狀和不斷增加的需 要,不斷加大對鉆具、工具的投人購根,其中報廢鉆桿91根,進(jìn)行了鉆桿校直53根。置力度,在鉆具的采購上采用高鋼級的S135的鉆桿和2.2細化現場(chǎng)管理和操作G105大尺寸鉆桿,鉆鋌采用國外進(jìn)口鉆鋌,也確保了公人井使用過(guò)程中按照鉆井規程,定期對鉆具上下部司鉆具的訂貨質(zhì)量。分進(jìn)行倒換,避免部分鉆具長(cháng)期處于負重狀態(tài);在鉆進(jìn)(5) 細化鉆井技術(shù)揩施、優(yōu)化鉆井液性能、嚴格標過(guò)程中,要求司鉆做到均勻送鉆,控制好轉盤(pán)轉速,防止準化操作規程 ,減少井下復雜情況,避免鉆具超極限使鉆具產(chǎn)生共振;鉆具在出廠(chǎng)、運輸、交接、擺放、上下鉆用。臺、上卸扣方面制定嚴格措施和操作規程,避免不正確井內出現復雜情況時(shí)，很多時(shí)候要加大上提的噸使用造成損壞;比如:現場(chǎng)要求場(chǎng)地人員認真清潔絲扣，位，以便能夠盡快解除井內復雜情況,在增加上提的噸技術(shù)人員對人井鉆具認真檢查,操作人員嚴格按要求進(jìn)位同時(shí),也加速了鉆具提前損壞的可能性,無(wú)形中也進(jìn)行“高速擋上扣,低速擋緊扣”,同時(shí)要求緊扣必須達到-步縮短鉆具的使用壽命。為確保公司鉆具的使用壽相關(guān)尺寸鉆具的標準扭矩，使用優(yōu)質(zhì)螺紋密封脂,上下命,制訂了嚴格的鉆井技術(shù)和鉆井液技術(shù)操作規程,減鉆臺必須帶護絲,現場(chǎng)擺放最多不超過(guò)5層。小井內復雜情況,降低了井內鉆具事故發(fā)生率。2.3優(yōu)化好鉆具組合通過(guò)以_上一系列措施,2006年在我公司的鉆具早期由于變徑接頭處本身就存在- -定應力集中,如果鉆失效現象大幅減少,在部分井隊已經(jīng)得到了根本性控進(jìn)過(guò)程中此處處在中和點(diǎn)附近，加上交變應力作用,此制 ,2007年全年塔河油田未發(fā)生一起鉆具事故,不僅降處很容易出現鉆具疲勞而造成鉆具提前損壞。因此我低 了鉆井企業(yè)的鉆井成本,也在- -定程度 上保證了公司們每口井根據鉆井參數的大小優(yōu)化好鉆具組合,避免底的效益。部鉆具的中和點(diǎn)在變徑接頭位置,鉆鋌與鉆桿之間使用3認識與體會(huì )加重鉆桿過(guò)度;認真分析鉆具的受力狀況,按照不同井(1)加強塔河油田鉆具的使用和管理,提高現場(chǎng)質(zhì)型合理安排鉆具的使用井段,對同- -規格不同級別的鉆量檢測要求,定期檢測,避免鉆具帶病工作。桿分別使用,不同來(lái)源的鉆桿分別使用。(2)提高鉆具訂購質(zhì)量，能夠適應塔河油田井下使(1)針對憋跳鉆比較嚴重的井區或地層,我們采取用環(huán)境中國煤化工在鉆具下部加人減震器裝置辦法,減輕鉆具應力集中造cNMHG能夠避免鉆具提前成的疲勞失效。損壞。