煤田勘探中冲洗液性能的研究

2022-09-10

前言

近年以来, 煤田勘探领域在钻井冲洗液方面的研究与应用得到了前所未有的发展。在煤田勘探中, 经常遇到粘土类水敏性地层、卵石及硬脆碎、破碎无胶结等复杂地层, 导致孔内事故频繁, 机台钻进效率及岩矿芯采取率较低, 严重制约了钻探工程进度及钻探质量, 直接影响了钻探效率、钻探经济效益和勘探质量。本文主要研究无煤田勘探中冲洗液性能, 用于解决复杂地层钻进中所面临的护壁、掉块及地层中高压气 (液) 喷涌等难题。

冲洗液是指地质钻孔中用于地表和孔内循环使用的液体、气体或泡沫介质的统称, 包括钻井液、堵漏固井浆材、注浆液等。

一、冲洗液的种类

1. 粗分散体质泥浆冲洗液

粗分散体质泥浆冲洗液也就是钙处理与盐水泥浆, 对水敏层可以产生抑制作用, 有利于孔壁的稳定。但一般钙处理泥浆中含钙离子量很有限, 对钙离子含量的要求较高时, 要求稀释护胶剂和降失水剂充足, 才能保持泥浆的自身稳定。在油田钻井中已有证实盐水泥浆对付水敏层的作用, 但处理剂用量很大, 所以在岩心钻中较少使用。对孔深2 000 m以内的煤田钻探来说是可以采用的。

2. 抑制性泥浆冲洗液

抑制性泥浆是泥浆中加入腐植酸钾、木质素磺酸钾、磺化沥青及其他具有页岩水化抑制作用的处理剂进行配置。利用钾离子进入粘土矿物晶格硅氧四面体穴中, 使粘土质矿物不易分散、水化、膨胀。虽然这种泥浆目前也是被采用的, 但其抑制性有限。

3. 聚丙烯酰胺泥浆冲洗液

现在常采用“双聚泥浆”及其他聚丙烯酸盐体系的泥浆, 这类泥浆突出特点是具有优良的絮凝作用 (甚至有选择性絮凝作用) 。如配合固控设备是能较好的控制泥浆比重, 有利于稳定孔壁, 是钙离子Ca含量一般要求小于200PPM, 因此不能同时利用高钙离子Ca来探制水敏层。即使如此, 此种泥浆还是目前煤田常用的冲洗液

4. 油基冲洗液

如油包水反香乳状液或乳化液浆, 由于连续相为油, 加上所包水为高矿化度的水 (最好是Ca、Cl水) , 可建立起孔内液柱与孔壁间的活度平衡, 防止泥浆中水向地层中渗透对孔壁的稳定性很有好处。这在石油钻井中已有证明, 油基冲洗液煤田是否可用, 还有待考虑。

5. 泡沫冲洗液

因为既要成孔又要保持较高的瓦斯渗透率, 在比较松软的煤层中钻进瓦斯抽放孔时, 采用泡沫冲洗液钻进工艺去的效果较为优良。

二、冲洗液性能

1. 稳定性

冲洗液稳定性研究主要包括物理稳定性研究和化学稳定性研究, 而前者包括对于冲洗液剪切稀释对其稳定性的影响和温度对稳定性的影响, 后者包括主要包括降解对稳定性的影响。

2. 合理的粘度与流变性

合理的选择冲洗液动切力和塑性粘度, 减少冲洗液的环空动压, 当冲洗液在钻杆内部紊流冲刷是可以防止结垢现象的发生。良好的流变性可以提高钻孔的速度, 悬浮和排除岩粉的能力, 还可以降低冲洗液对地层和煤层的冲刷伤害。相容性

3. 水与滤液成分

失水量的高低是冲洗液的重要性能指标。冲洗液的失水量应该尽可能小, 有利于钻进水敏层孔壁稳定。目前使用的高分子聚合物无粘上冲洗液, 就具有这一特性%

4. 降低有害固相

在非煤层井段可以选择普通优质低固相冲洗液, 固相含量<6%,

5. 相容性

冲洗液和水泥浆的相容性很好, 以任意配比接触都没有明显的絮凝、增稠现象, 性质对于提高水泥环胶结质量和增强顶替效率非常有利。在固井施工中, 水泥浆的稠化时间是一个项重要的技术性能指标, 固井施工的成败于此息息相关。

三、评价冲洗液性能的方法

1. 评价冲洗效率

最常用的评价效率的方法有:摇瓶法;选取钻屑500g, 并以钻井液将其裹覆, 然后填装于玻璃柱里, 将200m L固井冲洗隔离液注入其中, 使之流通钻屑柱, 冲洗效率即可通过被冲洗掉的钻井液的重量计算出来;将室内的配或浆泥浆制

成为滤饼, 并分为4片, 在范35型粘度计的外筒每次用1片固定, 把4种固井冲洗隔离液冲刷10min, 转数为300r/min, 最后检测对比4种古井冲洗隔离液的不同冲洗效用。

2. 评价界面的胶结强度

界面的胶结强度对于评价固井的质量极其重要, 此评价能表现出环空界面和水泥胶结程度, 此指标是相当重要。

3. 评价水泥浆顶替效率

评价水泥浆顶替效率可以在动态模拟井筒内进行顶替效率试验, 其中带有模拟井壁和模拟套管。第一步注入钻井液, 将其在井筒内静止及循环, 浆体由于向井壁失水, 会有滤饼同时产生。第二部把钻井液用固井冲洗冲洗隔离液来驱替出来, 此时把水泥充满面积测量出来, 这样对固井冲洗隔离液的顶替效率做出评价:

水泥浆顶替效率=水泥的充满面积/环空的总面积。

4. 评价配伍性对于液体混合物的影响

冲洗隔离液以不同比例与水泥浆 (或钻井液) 接触和混合时, 形成的混合物性状稳定并且均匀, 不在产生化学反应的同时造成对设计要求相逆违的本质性能影响和变化, 称之为配伍性。

(1) 流变性试验

第一步对水泥原浆、冲洗隔离液、钻井液、各自做流变性试验, 第二部以容积比为95/5、75/25、50/50、25/75、5/95将样品混合, 并将其搅拌达到均匀, 最后按顺序进行流变性试验。

(2) 稠化性试验

把固井冲洗隔离液和水泥浆混合, 容积比为95/5、75/25、50/50、25/75、5/95, 然后搅拌充分且均匀。如果混合物的视粘度不变或者显著降低, 那么流变相容性能很好, 弱视粘度会有明显升高, 那么相容性能很差, 而且升高越大, 相容性能越差。如果存在有闪凝、絮凝等现象的出现, 相容性能也差。