鉆井液防塌機(jī)理與措施

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1、鉆井液防塌機(jī)理與措施一、井壁穩(wěn)定研究的現(xiàn)狀井眼由于地質(zhì)因素、泥頁(yè)巖與泥漿相互作用和鉆井作業(yè)等因素而出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，即井壁穩(wěn)定問題，是鉆井系統(tǒng)工程中所遇到的一個(gè)I?分S雜的世界性難題，迄今還沒冇研究出可以徹底解決這個(gè)問題的一袞完整的有效方法。因此，人們更加$視井壁穩(wěn)定機(jī)理的研究，以求在井壁穩(wěn)定技術(shù)方面獲得新的突破。從總體上看，鉆井液的防塌機(jī)理主耍體現(xiàn)在以下幾個(gè)方而：1.適當(dāng)密度的鉆井液在井眼A產(chǎn)生的液柱樂力可對(duì)井壁提供柯效的力學(xué)文撐,起穩(wěn)定井壁的作川；2.在鉆井液中加入處理劑，使鉆井液rt有抑制貝巖膨脹和分散的能力；3.同時(shí)產(chǎn)生薄而韌的濾餅，穩(wěn)定井壁。二、對(duì)化學(xué)因素引起的井壁失穩(wěn)原

2、因的認(rèn)識(shí)上述作用機(jī)理包括物理化學(xué)方而，本文主要討論化學(xué)防塌機(jī)理及其相應(yīng)的措施。在許多情況下，泥漿液杜壓力高于地層孔隙應(yīng)力，驅(qū)使泥漿進(jìn)入泥頁(yè)沿孔隙，產(chǎn)生壓力穿透效應(yīng),使井眼附近的泥貝巖含水跫增加，孔隙壓力增大，泥貝巖強(qiáng)度降低。因此，在鉆井過程屮防止泥漿滲入泥頁(yè)巖是保證井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵措施。通過眾多學(xué)者的研究，旮以卜*結(jié)論：外內(nèi)泥漿對(duì)泥頁(yè)巖的化學(xué)作川最終可以歸結(jié)到對(duì)井壁巖石力學(xué)性能參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)和近井壁應(yīng)力狀態(tài)的改變。泥頁(yè)巖吸水一方而改變井壁巖石的力學(xué)性能，使沿石強(qiáng)度降低；W—方ifti產(chǎn)生水化膨脹，如果這種膨脹受到約朿便會(huì)產(chǎn)生膨脹放力，從而改變近井壁的成力狀態(tài)，誘發(fā)或加劇井壁巖石的受力

3、不平衡。要徹底解決泥頁(yè)巖井壁失穩(wěn)I'Kl題，就應(yīng)該將影響井璧穩(wěn)定性的化學(xué)作用和山此產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)有機(jī)地結(jié)合起來，研究山新的泥漿處理劑井壁穩(wěn)定機(jī)理。三、油基泥漿防塌機(jī)理眾所周知汕基泥漿具宥優(yōu)異的井雖穩(wěn)定能力。對(duì)汕基泥漿井娥穩(wěn)定機(jī)即.的深入認(rèn)識(shí)奮助于水基防塌泥漿的完善與發(fā)展。油?泥漿通過對(duì)泥奴巖的脫水硬化作用穩(wěn)定丼壁，而這種脫水硬化作用是通過兩種形式的半透膜即油基泥漿在井壁表面形成的半透膜和油包水乳滴自身的半透膜來實(shí)現(xiàn)的。半透膜兩側(cè)尚鹽度水相與泥頁(yè)巖原生水的活度差產(chǎn)生了滲透驅(qū)動(dòng)力，萃取泥頁(yè)巖屮的水，使泥頁(yè)巖硬化，強(qiáng)度增人。汕基泥漿還通過增人泥頁(yè)巖的毛細(xì)管力阻止泥漿水進(jìn)入泥頁(yè)巖。有部分學(xué)

4、者認(rèn)為油基泥漿的油水比對(duì)泥貢巖含水量的變化和強(qiáng)度影響不明兄，水在泥頁(yè)巖中的運(yùn)移速度和方向（這是泥頁(yè)巖含水雖變化的關(guān)鍵）取決于泥漿水與泥頁(yè)巖水的活度差。還奮一些學(xué)者認(rèn)為溫度能強(qiáng)化汕基泥漿對(duì)泥頁(yè)巖的硬化作川。四、幾種新型防塌泥漿的防塌機(jī)理1.溫度活化鉆井液體系（TAME）TAME體系是在KC12聚合物體系的?礎(chǔ)上加入體積比為5%的非離子型醇的烷氧難化加成物而制得的。迕井下條件下（井溫大于濁點(diǎn)）鉆井液中醇的烷氧菽化加成物獨(dú)立構(gòu)成親汕性細(xì)乳化顆粒，封堵泥頁(yè)巖表面，降低泥漿水對(duì)泥頁(yè)巖的孔隙壓力穿透作川；而在井U常溫條件卜醇的烷氧基化加成物乂變到原始的水溶液狀態(tài)，避免了對(duì)環(huán)境的潛在危青。很顯然

5、,TAME在不同溫度下能發(fā)生親水與親汕相態(tài)轉(zhuǎn)移的濁度效應(yīng)是其作用機(jī)理的葙礎(chǔ)。機(jī)理研究在微滲濾篩選試驗(yàn)儀上進(jìn)行，重點(diǎn)研究對(duì)泥頁(yè)巖的孔隙壓力穿透問題。2.多元醇泥漿多元醇泥漿防塌抑制能力優(yōu)異，環(huán)保特性良好。Aston對(duì)多元醇泥漿的防塌機(jī)理進(jìn)行了較深入的研究。所研究的多元醇也括簡(jiǎn)單的聚乙二醇以及環(huán)氧乙烷或環(huán)氧W烷復(fù)雜聚合物。分子量一般為1000左右，目的是使多元醇滲入泥頁(yè)巖基體，如果分子量過大就會(huì)被擋在泥頁(yè)巖表而。多數(shù)研究者認(rèn)為在泥漿中無(wú)機(jī)鹽（如KC1）的影響下其有濁度效應(yīng)的多元醇聚合物，在溫度作用K產(chǎn)生親汕的品狀微粒封堵泥頁(yè)巖表而，形成憎水性封堵脫，減少孔隙壓力穿透作川，足多元醇泥漿的

6、主要作川機(jī)理。而Aston則認(rèn)為對(duì)于滲透性極低的泥頁(yè)巖，物理性的堵塞難以實(shí)現(xiàn)，除非有微裂縫存在。他認(rèn)為即使在溫度低干濁點(diǎn)的條件下多元醇（包括無(wú)濁度效應(yīng)的多元醇）仍具冇良好的抑制性能。濁度效應(yīng)并不是多元醇抑制性能的?木條件。他的機(jī)理研究主要足通過熱重分析和便攜式巖屑硬度測(cè)試儀研究泥頁(yè)巖樣品含水量變化與硬度和頁(yè)巖回收率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在油基泥漿中見到的泥頁(yè)巖硬化現(xiàn)象在多元醇泥漿中也存在，但作用機(jī)理不同。示蹤測(cè)試已表明一般的水葙泥漿不可能形成半透膜，因此泥頁(yè)巖的硬化一定是多元醇與泥頁(yè)巖直接相互作用的結(jié)果。研究表明多元醇與泥頁(yè)巖有強(qiáng)烈的親合性，多元醇能搶先吸附在泥頁(yè)巖上，排擠泥頁(yè)巖表面和吸附陽(yáng)

7、離子所帶的朿縛水，并在泥頁(yè)巖內(nèi)濃集，使泥頁(yè)巖含水景減少。似多元醇的吸附景還不足使泥頁(yè)巖硬化的關(guān)鍵，多元醇必須復(fù)配KC1冰能其有優(yōu)良的防塌效果。這是因?yàn)槎嘣寂cKC1異有強(qiáng)烈的親合性，足以將溶劑化水分了移走，形成牢固的S合物，為多元醇提供吸附動(dòng)力，從而在泥頁(yè)公A形成氫鍵力和親合力共同作用的復(fù)合物吸附網(wǎng)絡(luò)，使泥頁(yè)巖含水降低，強(qiáng)度增人，產(chǎn)生了硬化的效果。Bland認(rèn)為多元醇能夠排除粘土表面的水并與粘土形成穩(wěn)定的復(fù)合物，其4

8、1互作川比水與粘土的相互作用更大。氫鍵仍是主耍的作