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        CMC低固相沖洗液在畢節(jié)岔河勘探區(qū)復(fù)雜地層的應(yīng)用

        2011-12-31 08:49:13黃于超謝范章
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2011年23期
        關(guān)鍵詞:孔壁護(hù)壁繩索

        黃于超 謝范章

        (貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院,貴州 貴陽 550081)

        引言

        在畢節(jié)岔河勘探區(qū)實(shí)施繩索取芯鉆進(jìn)的主要"瓶頸"是復(fù)雜地層鉆進(jìn)中鉆孔護(hù)壁問題。主要有:遇水敏性地層而引發(fā)孔壁縮徑、水化膨脹;地層破碎、穩(wěn)定性較差的厚(粉)煤層出現(xiàn)鉆孔坍塌,擴(kuò)徑現(xiàn)象;由于繩索取芯鉆進(jìn)內(nèi)外環(huán)狀間隙小,沖洗液循環(huán)泵壓高,對孔壁產(chǎn)生沖刷破壞和下鉆具對孔壁產(chǎn)生激動壓力作用,都會引起憋泵、鉆桿折斷、粘附卡鉆、孔壁坍塌,鉆具下不到位等事故。這些事故的發(fā)生,無法發(fā)揮繩索取芯鉆進(jìn)的優(yōu)越性,針對岔河勘探區(qū)地層情況,使用有機(jī)處理劑(CMC)能夠有效抑制水敏性地層水化膨脹,即可解決繩索取芯鉆進(jìn)在復(fù)雜地層的護(hù)壁防塌問題。

        一、鉆進(jìn)地層情況(7-3#孔)

        使用CMC低固相沖洗液鉆進(jìn)的地層,主要為煤系地層,煤層厚而多,變化頻繁,巖石軟硬互層,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育,大小斷層縱橫交錯(cuò),巖性較為破碎,其主要巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖,巖石可鉆性為8-10級。鉆進(jìn)中遇到構(gòu)造破碎帶,厚(粉)煤層,水敏性極強(qiáng)的泥巖等孔內(nèi)就易出現(xiàn)掉塊、煤層及泥巖坍塌等不利于鉆進(jìn)的現(xiàn)象,系極易發(fā)生孔內(nèi)事故的復(fù)雜地層。

        二、CMC加量對鉆進(jìn)的影響

        CMC低固相沖洗液具有較低的比重(密度),在加量小于或等于3%的情況下,具有低粘度和低動切力,適合繩索取芯鉆進(jìn)沖洗液的要求,而且CMC的靜切力變化較小,只需改變其加量,就能調(diào)節(jié)沖洗液流變性,控制層流或紊流,有利于繩索取芯鉆進(jìn)開高速,以提高小時(shí)進(jìn)尺。由于繩索取芯鉆進(jìn)的環(huán)狀間隙小,沖洗液上返速度快,低粘度,低切力有利于鉆孔孔壁的穩(wěn)定,極大的減少上下鉆具和開泵引起的壓力激動以及對孔壁的沖刷破壞,保護(hù)了孔壁。同時(shí),CMC加量小于1.0%時(shí),其動塑比較小(理論計(jì)算)即稀釋剪切效果不大理想,雖然不影響沖洗液的攜帶巖粉的效果,但由于沖洗液失水量較大,尤其是初失水(動失水)較大,不利于水敏性地層的護(hù)壁,但經(jīng)失水儀檢測在濾紙上形成的泥皮薄而堅(jiān)韌,有利于穩(wěn)定地層的保護(hù)孔壁,從而起到防塌作用。

        三、CMC在低固相沖洗液中的作用機(jī)理

        CMC是一種白色粉狀或纖維狀物資,易溶于水,形成膠狀,溶液呈中性或微堿性,有吸濕性,其粘度隨溫度升高而降低,PH 2-10穩(wěn)定,PH <2有固體析出,PH>10粘度降低。在處理粘土?xí)r,主要是CMC分子中的羧基和醚氧可與粘土顆粒形成氫氧鍵吸附,而-CDONa能夠帶來電荷和水化。由于CMC是長鏈大分子,而一個(gè)大分子又能和幾個(gè)粘土顆粒相吸附并形成混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可阻止粘土細(xì)顆?;ハ嗾辰Y(jié)、變大。CMC的分子量較大時(shí),有強(qiáng)親水基團(tuán)的長鏈環(huán)式高分子化合物,溶于水后有很高的粘度,在粘土表面形成吸附水化層,使沖洗液粘土顆粒保持較高的分散度和聚結(jié)穩(wěn)定性,形成的泥皮薄而致密。同時(shí),CMC分子鏈間因氫鍵或與交聯(lián)劑交聯(lián)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而起到增粘和降低沖洗液失水的作用。

        四、CMC低固相沖洗液現(xiàn)場配制及使用情況

        根據(jù)CMC低固相沖洗液的性能特點(diǎn),選擇了孔內(nèi)情況和地層結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜的岔河勘探區(qū)7-3#孔,該孔設(shè)計(jì)孔深820.00米,下入φ127井口套15.20米,φ89反絲技術(shù)套管118.00米。在鉆進(jìn)至780.00米時(shí),出現(xiàn)了大面積的孔內(nèi)坍塌,坍塌孔深到520.00米在換用常用的低固相防塌泥漿后,仍在760.00米停滯。處理周期為10天,共計(jì)240小時(shí)。

        (1)針對7-3#孔坍塌的情況,把CMC低固相沖洗液應(yīng)用于該孔進(jìn)行護(hù)壁防塌,7-3#孔從520.00米沖掃孔至原孔深780.00米,其中除了10層煤外,巖性主要為泥巖,泥質(zhì)粉砂巖等典型水敏性地層,而且6-3#煤、8#煤、9#煤的厚度都超過了7米(為塊、粉混合狀),520米--620米為破碎帶,其巖性為泥巖,泥質(zhì)粉砂巖,巖芯采取率僅有52.10%。CMC低固相沖洗液在沖掃孔過程中,科學(xué)合理地調(diào)整了鉆進(jìn)參數(shù),所以掃孔鉆進(jìn)時(shí)電流基本平穩(wěn),泵壓,穩(wěn)定≥10-18個(gè)大氣壓,這次的沖掃孔護(hù)壁,直至掃到原孔深780.00m,只用了三天時(shí)間,在掃孔過的孔段,未出現(xiàn)掉塊、坍塌現(xiàn)象,五天后順利終孔電測,而且電測順利。

        (2)7-3#孔施工現(xiàn)場配制:

        納 粘 土:25kg; 純堿(Ma2CO3)1.00-1.50kg;

        Na-CMC:1.50-3.00kg ;護(hù)壁劑:1.00-2.00kg:

        鹽皂適量

        (3)施工現(xiàn)場沖洗液的性能指標(biāo):

        粘度(漏斗):20-22s

        密度(杠式):1.01-1.03g/cm3

        失水量:5-10ml/30min;

        含沙量:≧2%

        Ph值:8--9

        泥皮厚度:0.50-1.00mm

        五、Na-CMC低固相沖洗液的使用效果

        通過對岔河勘探區(qū)7-3#孔坍塌的處理情況表明:CMC低固相沖洗液性能良好,對繩索取芯鉆進(jìn)順利通過(沖掃孔)復(fù)雜地層,減少孔壁坍塌事故,提高鉆進(jìn)效率,降低生產(chǎn)成本有明顯的作用。

        (1)CMC雖然不能快速溶解,但能形成薄而有韌性的泥皮。比重低d=1.013,在高速轉(zhuǎn)動的鉆桿內(nèi)外壁不結(jié)垢或少結(jié)垢,內(nèi)管投放和打撈較為順利,可以減少輔助時(shí)間。

        (2)CMC能快速有效的抑制水敏性地層的水化膨脹,防塌效果好,攜帶巖粉能力強(qiáng),孔底干凈,沖洗液流變性和潤滑性較好,能夠有效預(yù)防坍塌、燒鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故。

        (3)與CMC配套使用的鈉土粉,具有造漿率高、低粘、低切力和良好的護(hù)壁性能,有利于高轉(zhuǎn)速和提高純鉆進(jìn)時(shí)間和效率。

        六、使用中應(yīng)注意的問題

        (1)配漿時(shí),必須在攪動的水中徐徐加入,否則易結(jié)塊而不容易攪散、攪勻,因?yàn)镹a-CMC隔水性較強(qiáng),與水接觸后,表面易形成水膜化,從而阻止水向核部滲透。

        (2)在使用 CMC時(shí),因CMC溶解慢(35min以上),為使CMC能夠快速溶解和提高粘土的分散性,應(yīng)適量的加入一定的Na2CO3和適量的表面活性劑,以保持CMC的快速溶解及改變粘土的水化性能,減少鉆桿與孔壁間的摩擦阻力,有利于提高鉆進(jìn)效率。

        (3)在鉆進(jìn)過程中,CMC低固相沖洗液不斷消耗,應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充。同時(shí),水源循環(huán)系統(tǒng)要按《規(guī)程》嚴(yán)格設(shè)置并經(jīng)常打撈循環(huán)槽內(nèi)、沉淀池中的巖粉,以保持沖洗液性性能的穩(wěn)定。

        七、結(jié)論

        (1)優(yōu)質(zhì)鈉土粉與CMC配套使用時(shí),造漿率高,CMC加量少,穩(wěn)定地層加量只需0.50-1.00%;復(fù)雜地層加量為±1.50-3.00%,就能起到良好的護(hù)壁防塌作用。

        (2)CMC具有低粘、低失水,低切力等優(yōu)點(diǎn),比較適合于繩索取芯鉆進(jìn)。在孔內(nèi)較為復(fù)雜的情況下,能夠起到護(hù)壁、防塌作用。

        (3)Na-CMC低固相沖洗液配方簡單、易懂、易學(xué),只須將水和Na-CMC按一定比例加在一起攪拌并預(yù)水化后即可使用,而且無腐蝕作用,抗粘土侵強(qiáng),在鉆進(jìn)中性能穩(wěn)定,維護(hù)方便,但不適用于頂漏鉆進(jìn)。

        CMC低固相沖洗液通過在岔河勘探區(qū)7-3#孔的實(shí)踐應(yīng)用,效果良好,可以推廣應(yīng)用到其它勘探區(qū)的復(fù)雜地層鉆進(jìn)。

        [1]李世忠主編 .巖土鉆進(jìn)工藝學(xué)[M].北京:地質(zhì)大學(xué)出版社 .1992.

        [2]馬鎖柱,張海秋 .鉆探工程技術(shù)[M].鄭州:黃河水利出版社 .

        [3]曾祥熹主編 .鉆孔護(hù)壁都漏原理[M].北京:地質(zhì)出版社 .1986

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