在钻进液中加化学添加剂的研究

52西部探矿工程2009年第2期.在钻进液中加化学添加剂的研究聂冠群(核工业华东建设工程集团公司,江西南昌330046)摘要:试验研究得出了钻头对控制钻进的影响,表面电荷改性剂对控制钻进的影响,制备钻进液的水对控制钻进的影响,现场钻进试验的结果。关键词:钻进;添加剂;效率中图分类号:P634.6文献标识码:B 文章编号:1004- -5716(2009)02- -0052- -03在钻进液中加入化学添加剂来提高硬岩的钻进效荷,而这个等电点是通过用酸或碱调节pH值获得的，率,对此进行了试验研究,取得了明显效果。这取决于IEP的pH值是高于还是低于水的初始pH1钻进试验的结果值。为了确保整个钻进试验都维持所希望的pH值,试1.1钻头对控制钻进的影响验中使用了缓冲溶液。这是很重要的,因为已发现岩石控制钻进对火山岩和花岗岩均已证明能提高金刚钻进时的主要副产物是氢氧根离子。当只用蒸馏去离石钻头的寿命。金刚石钻头和铲形钻头在控制钻进中子水钻进时测量流人液和排出液的pH值表明，钻进使的成功,有力地证明这些钻头在钻进条件下是适用的。钻进液的pH值提高3~4个单位。用pH=5.5的缓研究结果还表明,控制钻进能适用于所有刮刀型钻头,.冲溶液(醋酸一醋酸钠)钻进,其钻进速度比单用蒸馏去并且可能使用任何类型的钻头。对金刚石钻头的钻进离子水高279%,而钻头寿命则高218%,这两者的提高试验,钻了若干个试验孔也未见钻进速度下降的情况。的一个可能解释是整个试验都由缓冲溶液维持了条件。这意味着用任何金刚石岩心钻头钻进都是可行的。用氯化铝时不可能始终保持条件,因为钻进的变化或钻1.2表面电荷改性剂对控制钻进的影响进试验过程中表面电荷条件的变化会产生氢氧根离子。(1)无机盐:共试验了几种无机盐,它们是氯化、氯这些试验结果进一步说明,不管何种能中和表面电荷的化钙、氯化钠、氣化锆及硝酸铝,每种都试验了多种浓添加剂都可在控制钻进法中应用。度。它们试验表明，五种无机盐都各有一-零表面电荷浓(4)阳离子聚合物:由于在零表面电荷时钻屑粒子度获得其最大的钻进速度和提高钻头寿命。对于这些会发生絮凝,所以认为在控制条件下絮凝作用是提高钻低价阳离子试剂来说，虽然需要较高浓度,但仍能提高进效率的部分原因。鉴于此。共试验了两种聚合物(一钻进效率。根据花岗岩进结果,得出的结论是:几种无种是阳离子的，另一种是非离子的)作钻进液的添加剂，机盐溶液在控制钻进中都能提高钻进速度和钻头寿命。借助分子的桥联机理为主和电荷中和机理为辅的作用(2)阳离子表面活性剂:试验了4种阳离子表面活使粒子絮凝。获得钻进效果与单用该水钻进所获的结性剂作为表面电荷改性剂。其中三种为常见的季铵盐，果进行比较、试验中配制的聚丙烯酰胺溶液的浓度是低它们是:十二烷基溴化三甲铵、十四烷基溴化三甲铵、十于、等于和高于控制浓度。象其他阳离子添加剂那样，六烷基溴化三甲铵,第四种表面活性剂是市场上可购得PAA也能提高钻进速度和钻头寿命。当PAA浓度为的低分量阳离子聚合物,将它们所获得的钻进效率与相0.25ppm时,钻进速度提高率最大(334%),钻头寿命应的用水作钻进液基准线对该岩石的钻进效率进行了的提高率也最大(187%)。应指出的是,PAA钻进试验比较,其钻进效果与相应的水基准线(不加添加剂)进行的结果清楚地表明,絮凝作用并不是提高控制钻进法效了比较。钻进试验是在低于、等于和高于浓度的表面活果的主要原因，当PAA浓度大于0. 1ppm时都发生絮性剂浓度进行的。从用阳离子表面活性剂作添加剂钻凝作用，而最高的钻进效率却只是在0.25ppm的浓度进试验的结果可以得出如下结论:这些表面活剂浓度为时获|中国煤化工验结果还表明，与所零表面电荷浓度时得到钻进速度和钻头寿命的最大提使用CNM HG无关。高率。.(5非离子乘台物:HF珀近液添加剂的非离子聚(3)酸、碱溶液:在等电点(IEP)时也能中和表面电合物的是水溶性的高分子量的聚氧化乙烯.用了两种2009年第2期西部探矿工程53水配PE0溶液钻进试验了两种岩石，然后将各自的结法钻进液适用的水的特性范围很宽。果与相应的用水作钻进液水所获的钻进结果进行比较。2现场钻进试验的结果虽然PE0的分子量范围从l0万至600万都有效。但钻现场钻进试验是在不同矿山进行的。进行了3个进试验所用的为500万的，因为发现即使改变PEO分星期的金刚砂岩心旋转钻进试验以及冲击钻进试验。子量,其浓度也相同。地下和地表的金刚砂岩心钻进试验中,在某些条件下，PEO是- -种不寻常的表面电荷改性剂。因为它是证明PEO溶液控制浓度时能提高钻头寿命。但是,由名义上的非离子表面活性剂,故预计它不会中和岩石表于数据离散性大以及取样个数少,因而用控制浓度PEO面电荷，因而不会提高控制钻进法的钻进效率。产生这溶液所获得的钻进结果没能确切证明钻进效率的提高。- -预想的原因是基于过去用市场非离子表面活性剂,不在金刚砂岩心钻钻进中,钻进速度(进尺)数据的离散性管分子量如何，任何浓度对岩粒的表面电荷均无影响。大的原因是:地表钻进时岩石结构不-致, 地下钻进中然而,对PE0而言,当不断提高其在溶液中的浓度时，钻头特性变化大。对控制浓度的PE0溶液钻井时的钻对电位所作的测定却表明,PE0象无机盐、阳离子表面头寿命也作了测定。用PE0溶液时钻头的磨损要比用活性剂和阳离子聚合物那样会使电位从初始的负值上水从使用控制浓度的PE0溶液钻进所获得的这些数升到零。但是,与阳离子添加剂不同之处是它在较高浓据，可得到如下结论:尽管钻进速度没有改善,但可延长度时也不会得到正电位,但能保持控制条件。PEO在钻头的寿命。这些钻头用到废弃止,约比试验的时间长水中倒乎具有阳离子表面活性剂的某些行为，例如:中3~5倍,因此预计聚合物溶液会进-步延迟钻头的磨和岩石表面上的负电荷和获得控制条件。然而,在无电损,使得每个钻头的使用时问会更长,以及使钻头修磨荷的岩石表面,阳离子表面活性剂的行为并不活泼,岩的时间问隔加长。石表面仍保持中性,不会成为正电荷。岩心钻头在地表下600~800m间的花岗岩中进行在钻进试验中,所得结果相比较清楚地看至PEO了PE0作钻进液添加剂的岩心勘探钻孔试验。试验具有最好的钻进效果。设用水的基准线为零,用PEO中,瞬时钻进速度没有可计量的变化;但使用PE0溶液(3~125ppm)时,钻进速度则达350%,钻头寿命为时的钻头寿命比只用水钻进时的寿命要长2. 3~3.1235%:而用PEO(12. 5~12 5ppm)6,钻进速度为倍。650% ,钻头寿命为420%。相比之下,阳离子表面活性3小结剂或无机盐在控制浓度条件时两者的提高率则低得多。为了确定提高钻进效果的各种边界条件,进行了控此外,PEO在很宽的浓度范围都能获得最大的钻进效制钻进法的实验室和现场试验实验室试验钻进液由诸果,而各种阳离子添加剂却只有-个浓度可得到好的钻如无机盐、阳离子表面活性剂、酸、阳离子聚合物或非离进效果。子聚合物加入蒸馏去离子水、自来水、矿山池水、矿山井1.3制备钻进 液的水对控制钻进的影响水制备而成试验了高于、等于和低于控制浓度的三种为了避免水中任何杂质离子(象自来水和井水中所农度。出现的那样)对所有添加剂带来的附加影响,开始的钻在用无机盐、阳离子表面活性剂、阳离子聚合物及进试验均用蒸馏去离子水进行,将其结果作为比较的基具有某种阳离子特性的非离子聚合物的几种浓度的溶准。为了确定控制钻进法的可用性还需对不同岩石类液所作的实验室试验中,以及用具有阳离子特性的PE0型用其他类型的水(如自来水和矿山水等)进行试验.用所作的现场试验中,都不同程度地提高了钻进效率。所于控制钻进法研究的蒸馏去离子水的pH值为5. 3~有这些添加剂都具有中和岩石表面电荷的能力,因此，6.0,自来水为7.3~7.7,采矿公司矿山池水和井水分确立条件是控制钻进法的最重要因素。别为7.0~7.5和7.9~8.0。因此,在利用氯化铝作添通过用蒸馏去离子水、矿山池水,矿山井水,以及普加剂加入自来水或两种矿山水时,需在加入氯化铝之前通的酸化的自来水在实验室的试验及矿山水在现场的对这些水的pH值进行调整,以防溶液中的Al+3离子试验提高了钻进效率这些事实,确定了钻进液的来源或以AI(OH)z形式沉淀和絮凝。用盐酸化自来水其钻组分对控制钻进的影响程度.由于矿山水和自钻进时进效果比不加酸自来水的钻进效果降低很小。小。中国煤化工了一台光学比测仪根据这些数据,以及根据分别用矿山井水和矿山池来描MHCNM Hh迹。测出这些水中水制备的溶液钻进所得的结果,以及用自来水制备的y里间心叫=大型王山捡用这些水取代蒸馏PAA和PE0溶液钻进得的结果,其结论是:控制钻进去离子水时,就需要更多的添加剂以中和表面电荷。54西部探矿工程2009年第2期与相应水的基准线的比较表明其钻进速度的最大那样达条件只有-一个浓度,PE0保持控制条件具有很宽提高率达650%。关于试验中添加剂与相应水的基准的浓度范围,其原因是它的可极化结构。因此,用PE0线在钻头寿命方面的比较表明;在蒸馏去离子水中加时,钻进期间溶液浓度的临界状态大大减小。此外，HTAB达到控制浓度钻进时,钻头寿命的最大提高率PE0的应用,对钻头寿命钻进速度的提高率比用阳离子为56%;于矿山水qhJJtlPE0,在很宽浓度范围内钻头添加剂时高得时多。寿命的提高率在400%以上。实验室试验证明,具是部用PED溶液达到zsc浓度时的初步现场钻进结果也分阳离子特性(可极化结构)自,3PEON成的水溶液对证明，它比只用水的现场钻进试验所得的钻进效率要高。控制钻进法来说是最好的添加剂。不象阳离子添加剂在现场岩心钻钻进花岗岩时,钻头寿命提高23~3.1倍。(上接第51页)(2)优化钻井参数,减少钻具共振。优先使用PDC查,按照修理标准对各钻具进行修理和检测。修理包括钻头 ,认真研究大井眼和小井眼状态钻具的震动规律，修扣、校直、在易损的接头部位铺焊- -层耐磨环等,钻铤进行钻井 各项参数的优化，减少钻井过程中蹩、跳钻的修扣后必须加工应力槽,修理完毕进行探伤检测合格后发生,减少共振带来的危害。方可上井,对每- -步工序要求有责任人并记录准确。(3)针对高含硫化氢区块,在钻井液中加入碱式碳(4)严格报废标准。对老钻具进行强制报废,比酸锌 等处理材料,同时保持pH值≥9,减少了硫化氢对如:部分钻铤探伤虽然合格,但其总长小于8. 50m、螺旋钻具腐蚀的机会。另外针对高含硫化氢井,尽量避免使钻铤母扣端强化部分长度低于200mm或公端低于用原钻具进行中途测试。180mm都必须强制报废。(4)提高钻具购置标准。近年来根据公司钻具现通过以上措施, 2006年我公司通过分级检测2832状和不断增加的需 要,不断加大对钻具、工具的投人购根,其中报废钻杆91根,进行了钻杆校直53根。置力度,在钻具的采购上采用高钢级的S135的钻杆和2.2细化现场管理和操作G105大尺寸钻杆,钻铤采用国外进口钻铤,也确保了公人井使用过程中按照钻井规程,定期对钻具上下部司钻具的订货质量。分进行倒换,避免部分钻具长期处于负重状态;在钻进(5) 细化钻井技术揩施、优化钻井液性能、严格标过程中,要求司钻做到均匀送钻,控制好转盘转速,防止准化操作规程 ,减少井下复杂情况,避免钻具超极限使钻具产生共振;钻具在出厂、运输、交接、摆放、上下钻用。台、上卸扣方面制定严格措施和操作规程,避免不正确井内出现复杂情况时，很多时候要加大上提的吨使用造成损坏;比如:现场要求场地人员认真清洁丝扣，位，以便能够尽快解除井内复杂情况,在增加上提的吨技术人员对人井钻具认真检查,操作人员严格按要求进位同时,也加速了钻具提前损坏的可能性,无形中也进行“高速挡上扣,低速挡紧扣”,同时要求紧扣必须达到-步缩短钻具的使用寿命。为确保公司钻具的使用寿相关尺寸钻具的标准扭矩，使用优质螺纹密封脂,上下命,制订了严格的钻井技术和钻井液技术操作规程,减钻台必须带护丝,现场摆放最多不超过5层。小井内复杂情况,降低了井内钻具事故发生率。2.3优化好钻具组合通过以_上一系列措施,2006年在我公司的钻具早期由于变径接头处本身就存在- -定应力集中,如果钻失效现象大幅减少,在部分井队已经得到了根本性控进过程中此处处在中和点附近，加上交变应力作用,此制 ,2007年全年塔河油田未发生一起钻具事故,不仅降处很容易出现钻具疲劳而造成钻具提前损坏。因此我低 了钻井企业的钻井成本,也在- -定程度 上保证了公司们每口井根据钻井参数的大小优化好钻具组合,避免底的效益。部钻具的中和点在变径接头位置,钻铤与钻杆之间使用3认识与体会加重钻杆过度;认真分析钻具的受力状况,按照不同井(1)加强塔河油田钻具的使用和管理,提高现场质型合理安排钻具的使用井段,对同- -规格不同级别的钻量检测要求,定期检测,避免钻具带病工作。杆分别使用,不同来源的钻杆分别使用。(2)提高钻具订购质量，能够适应塔河油田井下使(1)针对憋跳钻比较严重的井区或地层,我们采取用环境中国煤化工在钻具下部加人减震器装置办法,减轻钻具应力集中造cNMHG能够避免钻具提前成的疲劳失效。损坏。