52西部探礦工程2009年第2期.在鉆進液中加化學(xué)添加劑的研究聶冠群(核工業(yè)華東建設(shè)工程集團公司,江西南昌330046)摘要:試驗研究得出了鉆頭對控制鉆進的影響,表面電荷改性劑對控制鉆進的影響,制備鉆進液的水對控制鉆進的影響,現(xiàn)場鉆進試驗的結(jié)果。關(guān)鍵詞:鉆進;添加劑;效率中圖分類號:P634.6文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:1004- -5716(2009)02- -0052- -03在鉆進液中加入化學(xué)添加劑來提高硬巖的鉆進效荷,而這個等電點是通過用酸或堿調(diào)節(jié)pH值獲得的，率,對此進行了試驗研究,取得了明顯效果。這取決于IEP的pH值是高于還是低于水的初始pH1鉆進試驗的結(jié)果值。為了確保整個鉆進試驗都維持所希望的pH值,試1.1鉆頭對控制鉆進的影響驗中使用了緩沖溶液。這是很重要的,因為已發(fā)現(xiàn)巖石控制鉆進對火山巖和花崗巖均已證明能提高金剛鉆進時的主要副產(chǎn)物是氫氧根離子。當(dāng)只用蒸餾去離石鉆頭的壽命。金剛石鉆頭和鏟形鉆頭在控制鉆進中子水鉆進時測量流人液和排出液的pH值表明，鉆進使的成功,有力地證明這些鉆頭在鉆進條件下是適用的。鉆進液的pH值提高3~4個單位。用pH=5.5的緩研究結(jié)果還表明,控制鉆進能適用于所有刮刀型鉆頭,.沖溶液(醋酸一醋酸鈉)鉆進,其鉆進速度比單用蒸餾去并且可能使用任何類型的鉆頭。對金剛石鉆頭的鉆進離子水高279%,而鉆頭壽命則高218%,這兩者的提高試驗,鉆了若干個試驗孔也未見鉆進速度下降的情況。的一個可能解釋是整個試驗都由緩沖溶液維持了條件。這意味著用任何金剛石巖心鉆頭鉆進都是可行的。用氯化鋁時不可能始終保持條件,因為鉆進的變化或鉆1.2表面電荷改性劑對控制鉆進的影響進試驗過程中表面電荷條件的變化會產(chǎn)生氫氧根離子。(1)無機鹽:共試驗了幾種無機鹽,它們是氯化、氯這些試驗結(jié)果進一步說明,不管何種能中和表面電荷的化鈣、氯化鈉、氣化鋯及硝酸鋁,每種都試驗了多種濃添加劑都可在控制鉆進法中應(yīng)用。度。它們試驗表明，五種無機鹽都各有一-零表面電荷濃(4)陽離子聚合物:由于在零表面電荷時鉆屑粒子度獲得其最大的鉆進速度和提高鉆頭壽命。對于這些會發(fā)生絮凝,所以認為在控制條件下絮凝作用是提高鉆低價陽離子試劑來說，雖然需要較高濃度,但仍能提高進效率的部分原因。鑒于此。共試驗了兩種聚合物(一鉆進效率。根據(jù)花崗巖進結(jié)果,得出的結(jié)論是:幾種無種是陽離子的，另一種是非離子的)作鉆進液的添加劑，機鹽溶液在控制鉆進中都能提高鉆進速度和鉆頭壽命。借助分子的橋聯(lián)機理為主和電荷中和機理為輔的作用(2)陽離子表面活性劑:試驗了4種陽離子表面活使粒子絮凝。獲得鉆進效果與單用該水鉆進所獲的結(jié)性劑作為表面電荷改性劑。其中三種為常見的季銨鹽，果進行比較、試驗中配制的聚丙烯酰胺溶液的濃度是低它們是:十二烷基溴化三甲銨、十四烷基溴化三甲銨、十于、等于和高于控制濃度。象其他陽離子添加劑那樣，六烷基溴化三甲銨,第四種表面活性劑是市場上可購得PAA也能提高鉆進速度和鉆頭壽命。當(dāng)PAA濃度為的低分量陽離子聚合物,將它們所獲得的鉆進效率與相0.25ppm時,鉆進速度提高率最大(334%),鉆頭壽命應(yīng)的用水作鉆進液基準(zhǔn)線對該巖石的鉆進效率進行了的提高率也最大(187%)。應(yīng)指出的是,PAA鉆進試驗比較,其鉆進效果與相應(yīng)的水基準(zhǔn)線(不加添加劑)進行的結(jié)果清楚地表明,絮凝作用并不是提高控制鉆進法效了比較。鉆進試驗是在低于、等于和高于濃度的表面活果的主要原因，當(dāng)PAA濃度大于0. 1ppm時都發(fā)生絮性劑濃度進行的。從用陽離子表面活性劑作添加劑鉆凝作用，而最高的鉆進效率卻只是在0.25ppm的濃度進試驗的結(jié)果可以得出如下結(jié)論:這些表面活劑濃度為時獲|中國煤化工驗結(jié)果還表明，與所零表面電荷濃度時得到鉆進速度和鉆頭壽命的最大提使用CNM HG無關(guān)。高率。.(5非離子乘臺物:HF珀近液添加劑的非離子聚(3)酸、堿溶液:在等電點(IEP)時也能中和表面電合物的是水溶性的高分子量的聚氧化乙烯.用了兩種2009年第2期西部探礦工程53水配PE0溶液鉆進試驗了兩種巖石，然后將各自的結(jié)法鉆進液適用的水的特性范圍很寬。果與相應(yīng)的用水作鉆進液水所獲的鉆進結(jié)果進行比較。2現(xiàn)場鉆進試驗的結(jié)果雖然PE0的分子量范圍從l0萬至600萬都有效。但鉆現(xiàn)場鉆進試驗是在不同礦山進行的。進行了3個進試驗所用的為500萬的，因為發(fā)現(xiàn)即使改變PEO分星期的金剛砂巖心旋轉(zhuǎn)鉆進試驗以及沖擊鉆進試驗。子量,其濃度也相同。地下和地表的金剛砂巖心鉆進試驗中,在某些條件下，PEO是- -種不尋常的表面電荷改性劑。因為它是證明PEO溶液控制濃度時能提高鉆頭壽命。但是,由名義上的非離子表面活性劑,故預(yù)計它不會中和巖石表于數(shù)據(jù)離散性大以及取樣個數(shù)少,因而用控制濃度PEO面電荷，因而不會提高控制鉆進法的鉆進效率。產(chǎn)生這溶液所獲得的鉆進結(jié)果沒能確切證明鉆進效率的提高。- -預(yù)想的原因是基于過去用市場非離子表面活性劑,不在金剛砂巖心鉆鉆進中,鉆進速度(進尺)數(shù)據(jù)的離散性管分子量如何，任何濃度對巖粒的表面電荷均無影響。大的原因是:地表鉆進時巖石結(jié)構(gòu)不-致, 地下鉆進中然而,對PE0而言,當(dāng)不斷提高其在溶液中的濃度時，鉆頭特性變化大。對控制濃度的PE0溶液鉆井時的鉆對電位所作的測定卻表明,PE0象無機鹽、陽離子表面頭壽命也作了測定。用PE0溶液時鉆頭的磨損要比用活性劑和陽離子聚合物那樣會使電位從初始的負值上水從使用控制濃度的PE0溶液鉆進所獲得的這些數(shù)升到零。但是,與陽離子添加劑不同之處是它在較高濃據(jù)，可得到如下結(jié)論:盡管鉆進速度沒有改善,但可延長度時也不會得到正電位,但能保持控制條件。PEO在鉆頭的壽命。這些鉆頭用到廢棄止,約比試驗的時間長水中倒乎具有陽離子表面活性劑的某些行為，例如:中3~5倍,因此預(yù)計聚合物溶液會進-步延遲鉆頭的磨和巖石表面上的負電荷和獲得控制條件。然而,在無電損,使得每個鉆頭的使用時問會更長,以及使鉆頭修磨荷的巖石表面,陽離子表面活性劑的行為并不活潑,巖的時間問隔加長。石表面仍保持中性,不會成為正電荷。巖心鉆頭在地表下600~800m間的花崗巖中進行在鉆進試驗中,所得結(jié)果相比較清楚地看至PEO了PE0作鉆進液添加劑的巖心勘探鉆孔試驗。試驗具有最好的鉆進效果。設(shè)用水的基準(zhǔn)線為零,用PEO中,瞬時鉆進速度沒有可計量的變化;但使用PE0溶液(3~125ppm)時,鉆進速度則達350%,鉆頭壽命為時的鉆頭壽命比只用水鉆進時的壽命要長2. 3~3.1235%:而用PEO(12. 5~12 5ppm)6,鉆進速度為倍。650% ,鉆頭壽命為420%。相比之下,陽離子表面活性3小結(jié)劑或無機鹽在控制濃度條件時兩者的提高率則低得多。為了確定提高鉆進效果的各種邊界條件,進行了控此外,PEO在很寬的濃度范圍都能獲得最大的鉆進效制鉆進法的實驗室和現(xiàn)場試驗實驗室試驗鉆進液由諸果,而各種陽離子添加劑卻只有-個濃度可得到好的鉆如無機鹽、陽離子表面活性劑、酸、陽離子聚合物或非離進效果。子聚合物加入蒸餾去離子水、自來水、礦山池水、礦山井1.3制備鉆進 液的水對控制鉆進的影響水制備而成試驗了高于、等于和低于控制濃度的三種為了避免水中任何雜質(zhì)離子(象自來水和井水中所農(nóng)度。出現(xiàn)的那樣)對所有添加劑帶來的附加影響,開始的鉆在用無機鹽、陽離子表面活性劑、陽離子聚合物及進試驗均用蒸餾去離子水進行,將其結(jié)果作為比較的基具有某種陽離子特性的非離子聚合物的幾種濃度的溶準(zhǔn)。為了確定控制鉆進法的可用性還需對不同巖石類液所作的實驗室試驗中,以及用具有陽離子特性的PE0型用其他類型的水(如自來水和礦山水等)進行試驗.用所作的現(xiàn)場試驗中,都不同程度地提高了鉆進效率。所于控制鉆進法研究的蒸餾去離子水的pH值為5. 3~有這些添加劑都具有中和巖石表面電荷的能力,因此，6.0,自來水為7.3~7.7,采礦公司礦山池水和井水分確立條件是控制鉆進法的最重要因素。別為7.0~7.5和7.9~8.0。因此,在利用氯化鋁作添通過用蒸餾去離子水、礦山池水,礦山井水,以及普加劑加入自來水或兩種礦山水時,需在加入氯化鋁之前通的酸化的自來水在實驗室的試驗及礦山水在現(xiàn)場的對這些水的pH值進行調(diào)整,以防溶液中的Al+3離子試驗提高了鉆進效率這些事實,確定了鉆進液的來源或以AI(OH)z形式沉淀和絮凝。用鹽酸化自來水其鉆組分對控制鉆進的影響程度.由于礦山水和自鉆進時進效果比不加酸自來水的鉆進效果降低很小。小。中國煤化工了一臺光學(xué)比測儀根據(jù)這些數(shù)據(jù),以及根據(jù)分別用礦山井水和礦山池來描MHCNM Hh跡。測出這些水中水制備的溶液鉆進所得的結(jié)果,以及用自來水制備的y里間心叫=大型王山撿用這些水取代蒸餾PAA和PE0溶液鉆進得的結(jié)果,其結(jié)論是:控制鉆進去離子水時,就需要更多的添加劑以中和表面電荷。54西部探礦工程2009年第2期與相應(yīng)水的基準(zhǔn)線的比較表明其鉆進速度的最大那樣達條件只有-一個濃度,PE0保持控制條件具有很寬提高率達650%。關(guān)于試驗中添加劑與相應(yīng)水的基準(zhǔn)的濃度范圍,其原因是它的可極化結(jié)構(gòu)。因此,用PE0線在鉆頭壽命方面的比較表明;在蒸餾去離子水中加時,鉆進期間溶液濃度的臨界狀態(tài)大大減小。此外，HTAB達到控制濃度鉆進時,鉆頭壽命的最大提高率PE0的應(yīng)用,對鉆頭壽命鉆進速度的提高率比用陽離子為56%;于礦山水qhJJtlPE0,在很寬濃度范圍內(nèi)鉆頭添加劑時高得時多。壽命的提高率在400%以上。實驗室試驗證明,具是部用PED溶液達到zsc濃度時的初步現(xiàn)場鉆進結(jié)果也分陽離子特性(可極化結(jié)構(gòu))自,3PEON成的水溶液對證明，它比只用水的現(xiàn)場鉆進試驗所得的鉆進效率要高。控制鉆進法來說是最好的添加劑。不象陽離子添加劑在現(xiàn)場巖心鉆鉆進花崗巖時,鉆頭壽命提高23~3.1倍。(上接第51頁)(2)優(yōu)化鉆井參數(shù),減少鉆具共振。優(yōu)先使用PDC查,按照修理標(biāo)準(zhǔn)對各鉆具進行修理和檢測。修理包括鉆頭 ,認真研究大井眼和小井眼狀態(tài)鉆具的震動規(guī)律，修扣、校直、在易損的接頭部位鋪焊- -層耐磨環(huán)等,鉆鋌進行鉆井 各項參數(shù)的優(yōu)化，減少鉆井過程中蹩、跳鉆的修扣后必須加工應(yīng)力槽,修理完畢進行探傷檢測合格后發(fā)生,減少共振帶來的危害。方可上井,對每- -步工序要求有責(zé)任人并記錄準(zhǔn)確。(3)針對高含硫化氫區(qū)塊,在鉆井液中加入堿式碳(4)嚴格報廢標(biāo)準(zhǔn)。對老鉆具進行強制報廢,比酸鋅 等處理材料,同時保持pH值≥9,減少了硫化氫對如:部分鉆鋌探傷雖然合格,但其總長小于8. 50m、螺旋鉆具腐蝕的機會。另外針對高含硫化氫井,盡量避免使鉆鋌母扣端強化部分長度低于200mm或公端低于用原鉆具進行中途測試。180mm都必須強制報廢。(4)提高鉆具購置標(biāo)準(zhǔn)。近年來根據(jù)公司鉆具現(xiàn)通過以上措施, 2006年我公司通過分級檢測2832狀和不斷增加的需 要,不斷加大對鉆具、工具的投人購根,其中報廢鉆桿91根,進行了鉆桿校直53根。置力度,在鉆具的采購上采用高鋼級的S135的鉆桿和2.2細化現(xiàn)場管理和操作G105大尺寸鉆桿,鉆鋌采用國外進口鉆鋌,也確保了公人井使用過程中按照鉆井規(guī)程,定期對鉆具上下部司鉆具的訂貨質(zhì)量。分進行倒換,避免部分鉆具長期處于負重狀態(tài);在鉆進(5) 細化鉆井技術(shù)揩施、優(yōu)化鉆井液性能、嚴格標(biāo)過程中,要求司鉆做到均勻送鉆,控制好轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速,防止準(zhǔn)化操作規(guī)程 ,減少井下復(fù)雜情況,避免鉆具超極限使鉆具產(chǎn)生共振;鉆具在出廠、運輸、交接、擺放、上下鉆用。臺、上卸扣方面制定嚴格措施和操作規(guī)程,避免不正確井內(nèi)出現(xiàn)復(fù)雜情況時，很多時候要加大上提的噸使用造成損壞;比如:現(xiàn)場要求場地人員認真清潔絲扣，位，以便能夠盡快解除井內(nèi)復(fù)雜情況,在增加上提的噸技術(shù)人員對人井鉆具認真檢查,操作人員嚴格按要求進位同時,也加速了鉆具提前損壞的可能性,無形中也進行“高速擋上扣,低速擋緊扣”,同時要求緊扣必須達到-步縮短鉆具的使用壽命。為確保公司鉆具的使用壽相關(guān)尺寸鉆具的標(biāo)準(zhǔn)扭矩，使用優(yōu)質(zhì)螺紋密封脂,上下命,制訂了嚴格的鉆井技術(shù)和鉆井液技術(shù)操作規(guī)程,減鉆臺必須帶護絲,現(xiàn)場擺放最多不超過5層。小井內(nèi)復(fù)雜情況,降低了井內(nèi)鉆具事故發(fā)生率。2.3優(yōu)化好鉆具組合通過以_上一系列措施,2006年在我公司的鉆具早期由于變徑接頭處本身就存在- -定應(yīng)力集中,如果鉆失效現(xiàn)象大幅減少,在部分井隊已經(jīng)得到了根本性控進過程中此處處在中和點附近，加上交變應(yīng)力作用,此制 ,2007年全年塔河油田未發(fā)生一起鉆具事故,不僅降處很容易出現(xiàn)鉆具疲勞而造成鉆具提前損壞。因此我低 了鉆井企業(yè)的鉆井成本,也在- -定程度 上保證了公司們每口井根據(jù)鉆井參數(shù)的大小優(yōu)化好鉆具組合,避免底的效益。部鉆具的中和點在變徑接頭位置,鉆鋌與鉆桿之間使用3認識與體會加重鉆桿過度;認真分析鉆具的受力狀況,按照不同井(1)加強塔河油田鉆具的使用和管理,提高現(xiàn)場質(zhì)型合理安排鉆具的使用井段,對同- -規(guī)格不同級別的鉆量檢測要求,定期檢測,避免鉆具帶病工作。桿分別使用,不同來源的鉆桿分別使用。(2)提高鉆具訂購質(zhì)量，能夠適應(yīng)塔河油田井下使(1)針對憋跳鉆比較嚴重的井區(qū)或地層,我們采取用環(huán)境中國煤化工在鉆具下部加人減震器裝置辦法,減輕鉆具應(yīng)力集中造cNMHG能夠避免鉆具提前成的疲勞失效。損壞。