钻井泥浆与堵漏

1. 由淡水泥浆转为盐水泥浆

淡水泥浆中加入NaCl，随NaCl含量的增加，泥浆性能的变化如图4-20所示。由图看出①NaCl含量小于1%时泥浆粘度，切力和失水量的变化不大，属淡水泥浆的范围；②泥浆中含盐量大于1%时，粘度、切力和失水量随含盐量增大而迅速上升，当含盐量达某一值时（此值依粘土特性而定）、粘度、切力达到最大值；③含盐量超过某一值时，粘度和切力随含盐量的增加而下降，失水量则继续增大；④pH值随含盐的增加而逐渐下降。

泥浆性能的这种变化，可用以前阐述的双电层原理解释。随着NaCl加入量的增加，泥浆中Na+增多，这样粘土吸附层中阳离子数目增多，由此δ电位下降，扩散层厚度减小，泥浆由细分散向聚结方向转变，水化膜变薄，粘土颗粒间形成聚结结构，因而粘度、切力上升，由于聚结，水化膜变薄，自由水增多，失水量也上升。当NaCl超过某一值时如图11-20中为3%左右），粘土颗粒聚结明显，分散度下降，致使粘度切力下降，失水量继续上升。

图11-20 淡水泥浆加NaCl后的性能变化

1-粘度；2-切力；3-失水量；4-pH值（用5%丹宁酸钠处理的普通粘土泥浆）

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由图11-20的泥浆性能变化看出，若配制NaCl含量1%～3%的盐水泥浆，则泥浆处理应着重于降粘度和切力，而配制含盐量大于3%的盐水泥浆，泥浆处理主要应降失水。

pH值下降的原因，是由于Na+从粘土中把氢离子和其他酸性离子交换下来的结果。

由此，淡水泥浆加盐转为盐水泥浆的配制方法为：①粘土（加碱）预水化，制备淡水粘土悬浮液；②加有机处理剂处理，低盐泥浆主要加稀释剂，高盐泥浆主要加降失水剂；③加盐转为盐水泥浆，并用有机处理剂调节泥浆性能，如加CMC以降失水；④加NaOH以提高pH值到需要的范围；⑤钻进中，随盐的消耗（岩屑和孔壁吸附）需补加盐水溶液（含有机处理剂）。 2. 用咸水或海水直接配制泥浆

由于普通粘土在咸水中分散效果差，故粘土悬浮液的失水量大，泥浆易失去稳定性，这不符合钻井要求。最好采用抗盐粘土配制盐水浆。凹凸棒土、坡缕蒿土这些抗盐粘土的原理在本章第一节中已作过介绍。与膨润土比较，抗盐粘土虽然在淡水中的造浆率较低，但在盐水中的造浆率却较高。例如膨润土（山东高阳）在淡水中的造浆率为15m3/t，而在饱和盐水中却只有6.7m3/t；凹凸棒土（江苏盱眙）在淡水中的造浆率虽然仅为10m3/t，而在饱和盐水中的造浆率竟有14～19m3/t，在海水中的造浆率也有17.2m3/t。

第二单元 盐水泥浆举例

我国山东钾盐矿床钻探时，在930m至2500m处遇到白垩系石盐岩、钙芒硝夹泥质粉砂岩，石膏等地层；使用的饱和盐水混油乳化泥浆，其组成是：1m3泥浆中加CMC25kg，乳化剂OP型4.5kg，十二烷基磺酸钠4.5kg，皂脚10kg，洗衣粉2.5kg，NaCl325kg，柴油53kg，废机油5kg。泥浆性能为比重1.21，漏斗粘度34s，失水量4.4ml，泥皮0.3mm，塑性粘度21mPa·s，动切力2.75Pa，pH值8。

另一深井钻厚层岩盐时，使用CMC-FCLS饱和盐水泥浆，其组成为纯碱1.5%，FCLS1.5%，烧碱（1/5浓度）0.3%，中粘CMC2%。泥浆性能是：比重1.40～1.41，漏斗粘度30～50s，失水量3.5～4ml，泥皮厚0.5mm，pH值9～10，维护时将各种处理剂的混合液与食盐一起加入，混合液的配比是：丹宁:

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烧碱:CMC:FCLS:纯碱:水=8:16:10:40:10:100。

第七节 硬岩钻进用泥浆

坚硬的岩石是钻进经常遇到的地层，像花岗岩、石英岩、榴辉岩、片麻岩、闪长岩等属于非常坚硬的岩石，像大理岩、白云岩、千枚岩、板岩、密实的泥页岩等中等硬度的岩石也比粘土和砂、砾要硬得多。 对于钻进而言，坚硬岩石有以下特点：

1．由于岩石坚硬，钻进时破碎岩石所需要的消耗大，进尺慢，钻头磨损厉害，容易烧钻，这对钻进是不利之处。

2．硬岩中钻进多见于地质勘探孔等情况，此时一般孔径较小（小于150mm），而孔深则较大（可达1000m以上），因此钻进液的循环阻力大。 3．钻进坚硬岩石形成的井壁相对稳定，除了遇到较大的地层破碎带，一般情况下不易发生像土层、泥页岩和砂砾层那样的严重坍塌垮孔。 4．由于硬岩钻进多采用像金刚石钻头这样的磨削方式碎岩，钻屑颗粒细小，因而悬排钻屑较为容易。

针对以上特点，对硬岩钻进泥浆的设计应侧重于增强泥浆的润滑性和冷却性，减少泥浆的流动阻力，减少固相含量以利于提高钻速；而对泥浆的悬排能力和护壁性往往要求不高。

在泥浆中，聚丙烯酰胺（PAM）不分散低固相泥浆是一种用于硬岩石钻进的泥浆类型，其主要组成包括：预水化膨润土、聚丙烯酰胺絮凝剂、降失水剂、润滑剂和水。所谓低固相是指泥浆体系中的固相（包括造浆粘土和岩屑）含量按体积计不大于4%；所谓不分散是指对进入泥浆体系的钻碴起絮凝作用，不使其分散。

从PAM长链分子结构分析，NaCOO基团可以很好地水化，OH基团则能吸附絮聚钻碴，而对造浆粘土颗粒，由于相互间的负电斥力，难以将它们捕捉絮聚，因此PAM具有选择性絮凝钻碴的功能。另外，PAM的分子结构特点还使它在泥浆中发挥出其他一些重要作用。经理论分析和实践证明，聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆依托PAM长链分子的特殊作用，在硬岩钻进中呈现出如下的优越性：①低固相含量、流动性好，使机械钻速明显提高，尤其在硬岩中的效果显著；②循环流动阻力损失小，激动压力也小；③PAM还有较强的润

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滑性，可以减少钻具磨损；④流动性和润滑性好，使钻机与泥浆泵的功率消耗降低；⑤流动性强，冷却钻头效果较好；⑥利用PAM的降失水性、抑制岩土分散性和在井壁上的网膜多点吸附性，具有较好的护壁堵漏性能；⑦泥浆的净化再生程度高；⑧井内清洁、事故率低；⑨污染减轻、成本较低。 用聚丙烯酰胺配制的泥浆种类较多。不仅有主要用于硬岩钻进即以絮凝除碴为主的，也有用于提高泥浆粘度、抑制地层分散等为主的。这里，仅以絮凝除碴为主的聚丙烯酰胺-聚丙烯腈泥浆（双聚泥浆）为例，介绍其具体配方。这种泥浆的主要处理剂是部分水解PAM（写作PHP）分子量在250×104以上，水解度30%左右，起选择性絮凝和护壁防塌作用，用水解聚丙烯腈（HPAN），聚丙烯酸钙（CPA），聚丙烯腈钙（CPAN），低分子量聚丙烯酰胺（LAP）等作为降失水剂。这种泥浆不用分散型处理剂，泥浆粘度低，流动性好，有较好的护壁和除砂效用，失水量中等，可用于一般松软和水敏性地层钻进，其一些配方如表11-7所示。

粘土造浆率质量标准指标表 表11-7 泥 浆 配 方 编 号 粘土% 4.7 4.7 5 5 5 5 纯碱量 (占土量）% 6 6 6 6 6 6 泥 浆 主 要 性 能 表观 塑性 动切 AplPHP CPA HPAN 密度 漏斗 粘度 粘度 力 粘度 × × × 失水3ppm ppm ppm g/cm s 10-3 10-3 478 量ml Pa·s Pa·s Pa 200 200 1.02 26 15 9.0 6.5 14 400 200 100 350 375 100 100 125 1.02 1.03 1.02 29 23 25 19 14 - - - 12 - - - - 9 - - - - 12 20 10.5 10.8 11.1 泥皮 mm PH 1 2 3 4 5 6 0.5 8.5 0.5 8.5 - - - - 9 9 9 8.5 150* 1.02 24.4 100* 1.02 25.4 注：* 为低分子量PAM，分子量为7×104，水解度为30%

作为絮凝剂使用时，PAM与所絮沉的钻碴一起被消耗掉，因此需要不断补加。补加时，要在井口泥浆流出处加入，以达到在地表沉淀净化系统中而不是在井内除砂的目的。

第八节 耐高温泥浆和高、低重度泥浆

第一单元 耐高温泥浆

在高温地层中钻井，常规泥浆中粘土的分散度增大并且发生\钝化\，失去活性；泥浆处理剂断链、降解、吸附能力减弱，失去其应有的作用；泥浆

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