硅酸盐防塌泥浆研究及其在碳质泥岩钻探中的应用.pdf

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1、第46卷第5期地质与勘探Vo1．46No．52010年9月GE0L0GYANDEXPL0RAT10NSeptember，2010硅酸盐防塌泥浆研究及其在碳质泥岩钻探中的应用刘选朋，郑秀华，王志民，王军，解卫权(1．中国地质大学(北京)，北京100083；2．陕西省地矿局西安地勘院，西安710100)[摘要]硅酸盐钻井液体系是一种以无机盐为主要处理剂的防塌抑制性钻井液，具有物理封堵和化学加固井壁双重防塌作用，能有效的降低井壁的渗透率、阻止压力传递，且具有较好的流变特性、无毒、无荧光、成本低，被认为是具有发展前景的水基钻井液之一．．在碳质泥岩钻探中经常遇到的问题有：漏失、坍塌、掉块、涌水

2、等，给安全钻井带来很大麻烦同时，为了满足工程／水文地质资料获取与评价要求，铁路勘察对复杂地层的处理有相对严格的要求，如避免使用水泥封孔等，本文研究的硅酸盐钻井液可以有效的解决碳质泥岩钻探中的上述问题，并能提高岩心采取率和机械钻速。[关键词]抑制性漏失坍塌碳质泥岩[中图分类号]TE254．3[文献标识码]A[文章编号]0495—5331(2010)05—0967—05LiuXuan—peng，ZhengXiu—hua，WangZhi—min，WangJun，XieWei-quan．Studyofthesilicatefluidforpreventionofborehole-wallco

3、llapseanditsapplicationtodrillingincarbonaceousmudstone[J]．GeologyandExploration，2010，46(5)：0967—0971．岩中渗流引发地层孔压增加以及水化效应，其中水0前言化效应主要包括泥页岩水化膨胀、分散或产生水化岩心钻探通常技术要求高，既要保证岩心、岩样应力等；第二，泥浆液柱压力对井壁的力学支撑作的采取率，又要满足孔内各项试验要求(郑秀华等，用。为了稳定泥页岩地层，通常要求泥浆液柱压力2008；要二仓等，2008)，而且经常遇到地层漏失和坍过平衡以提供有效径向应力支撑。但是，泥浆液柱塌的问题，尤其在

4、铁路勘察中问题较为突出。同时，的过平衡又会导致钻井液滤液的达西侵入。侵入地为了满足工程／水文地质资料获取与评价要求，铁路层的滤液有可能引起泥页岩水化，产生水化膨胀压勘察对复杂地层的处理有相对严格的要求，如避免同时降低页岩强度；另一方面，滤液侵人使近井眼处使用水泥封孔等，这就对钻井液的性能提出了更高孔隙压力提高，从而减弱泥浆液柱的有效应力支撑，的要求，硅酸盐在钻井液中的应用始于20世纪20只要井眼周围应力超过岩石强度，就会导致页岩的至30年代(LakatosIeta1．，1999)。研究表明硅酸塑性变形和失稳(梁大川I等，2005；梁大川，1998)。盐钻井液具有很强的降低泥页岩渗透率

5、、改善膜系这一机理可由VanOortE．等人做的压力传递实验数、稳定井壁的能力，“封固”能力随作用时间的延证明(VanOortE，eta1．)，硅滤液侵入量可用下式表长而加强。Alf(】rds，DzialowskiA，JiangP等人认刁：为，该体系不仅提供有效的井壁稳定性，也用于岩性：二f1、改进和地质解释(AlfordSeta1．，2001)。?7式中：K一页岩渗透率；一滤液粘度；P一泥浆液柱压1硅酸盐防塌钻井液的研究力；P一地层压力；o-一页岩一流体膜效率；△1T一渗透目前国内外大量研究表明，泥页岩／钻井液之问压力。其中物化一力学作用是影响泥页岩稳定性的关键因素。△仃：nf)(

6、2)它们之间的相互作用主要变现为：第一，滤液向泥页[收稿日期]2010—06—17；[修订日期]2010—08—10_[责任编辑]邡情情。[第一作者简介]刘选朋(1986年一)，2008年毕业于华北水利水电学院，获工学学士学位，中曰地质大学(北京)在成硕f：，从事钻井液方向研究，E—mail：liuxuanpeng001@163．eom。967地质与勘探式中：一温度；R一气体常数；Vw一水的偏摩尔体使用的氯化钠或氯化钾协同硅酸盐钻井液提高了抑积；吼sh和a一分别为页岩和钻井液的水相活度。制能力。硅酸盐在进入地层时，会变成硅酸盐凝胶当CL

7、和孑L隙，而进入地层的硅酸根粒子(Si023一)=。dh时，页岩和钻井液问不会因水相活度差产生流与地层中的Ca，Mg反应，生成沉淀，起到堵漏的体流动。泥页岩地层水与钻井液间由于水活度差所效果。造成的化学驱动力是影响泥页岩渗透方向及大小的配方及其性能：影响硅酸盐钻井液性能的主要一个主要因素。因素有：硅酸盐的浓度、水玻璃的模数、粘土的含量、根据以上分析可知，通过增加滤液粘度，降低页pH值、无机盐的类型和浓度、zeta电位等(蓝强，岩的渗透率，用有效渗透压力产生