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复杂地层的钻探,冲冼液性能的好坏及应用与否,直接影响钻进效率和钻孔质量,影响勘探质量和勘探生产成本的高低。在坍塌漏失地层、水敏性地层、松散破碎地层,目前还没有出现性能优良、随钻随堵随护壁的冲洗液。我部在应用PAA高分子聚合物钻井液治理复杂地层已取得一定成效,但价格高、使用不便、在漏失地层应用无效果或效果不大。研制既护壁又堵漏的钻井液,是钻探科研的一个重要方面。使用钻井液护壁堵漏在世界各国已形成共识并得到广泛发展。尤其是高分子聚合物在钻探方面的应用,极大的提高了钻进效率,并使钻进超深孔(10000米)成为现实。从最初的清水和自然造浆到现在的高分子聚合物护壁堵漏,每一次改革都给钻探生产带来极大的效益。如何研制使用这些高效优质的钻井液,使之发挥最大作用是各个地勘单位钻探施工不断深入研究的问题。
我国现在用聚合物研制钻井液有PAA、新复合胶、SM植物胶等几十种,以及一些交联剂、降失水剂。它们都具有极强的物理吸附和化学吸附能力。具有良好的吸附成膜能力,同时有快速絮凝、减缓水解、降解功能。怎样把各种聚合物成分有机组合配制,改善聚合物性能使其达到新要求的性能,正是钻井液研制领域正在研究的课题。新型钻井冲洗液必须是一种有机阳离子高分子聚合物。该产品应该无毒、无腐蚀,不易产生粉尘,易溶于水。具有很强的抑制泥质页岩膨胀,较好的增粘效果和显著的井壁稳定作用,同时也是一种性能较好的泥浆处理剂。该聚合物要吸附作用强,初始吸附速度快,成膜致密。同时聚合物按分子量能按300万、500万、800万进行分类试验并且水解度高以合成类水溶物聚合物为主,以利常温下快速溶解。在柔顺性方面首选分子链长,伸展性好。
本文分析了HJ-1冲洗液稳定粘土并抑制泥质页岩水化膨胀的机理和絮凝作用机理并进行了试验验证,从理论上对提出新型钻井液提供了依据。通过对复杂地层损害机理的全面分析,在常用钻井液的基础上,从新的思路出发,提出了新型钻井液的配制方法,根据钻井地层的变化,通过对材料配方、处理剂的调整控制,使新型钻井液具有更强的护壁、堵漏效果。最后通过现场实验证明,研制的产品具有护壁能力强,排粉效果好,保心效果明显等特点,与其他钻井液相比,具有更强的适应性。
通过HJ-1在实际生产中的试验应用情况,有以下特点:(1)比重低,可以实现低压条件下的压力平衡钻进。减少了钻井液的漏失。(2)携带、悬浮岩屑能力强,孔底清洁,减少了岩石的重复破碎,降低了孔内事故。(3)流变特性好,失水量低,泥皮质量好,降低了泥浆对孔壁的冲刷作用和水化作用,有效地维护了孔壁的稳定。(4)剪切稀释特性较好,比重低,降低了静液柱压力,粘度对机械钻速的影响,有利地提高了钻进效率。(5)由于其本身悬浮岩屑能力强,沉砂较为困难,自身净化能力较差,需在沉砂设备的开发方面作进一步研究。(6)高聚物冲洗液在防漏、堵漏、防塌、抗温等方面具有较大开发潜力。