钻井工程井壁稳定新技术

钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性

钻井工程井壁稳定新技术 井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂 （由于岩石的拉伸破裂）两种类型。 一、化学因素井壁稳定机理： 1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响： 膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形 状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。 ＋＋ 2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na突然释放现象，阳离子释放总量及Na释放所占的比例越高，泥 页岩越易分散，就越易引起井塌。 3、PH值 水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。 4、 活度与半透膜对泥页岩水化的影响 水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。 二、各种防塌处理剂稳定井壁机理 + 1、K防塌机理 一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混 2++ 入Ga、Na等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。 钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。 2、 硅酸盐类稳定剂 （1）硅酸盐稳定粘土机理： 1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的 缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下， 硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固 的整体。 2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力 和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。 （2）硅粒子防塌机理 有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的 —Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅 中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。 1）硅酸盐类防塌剂优势在于： 为无机物，对环境影响小；无荧光，高温不分解；粒度、温度范围广，硅甲基防塌钻井液能有效封 + 堵泥页岩微裂缝，使粘土亲水表面反转为亲油性，组织和减缓了泥页岩的水化作用，并通过K更加 提高防塌能力；抗温性好（150℃），固相容限量高（34％；1.45） 2）基本配方： 1.10g/ml土浆＋0.2％KPAM+1.5%硅防塌剂＋1.5％硅降粘剂＋1.5％无荧光防塌剂＋2％硅腐植酸 钾 3）硅酸盐对于预水化粘土有解絮凝（降粘切）作用，而对未经水化的粘土则又阻止其水化分散的作用。 3、 聚合物的包被作用 （1）不分散低固相聚合物 不分散低固相聚合物钻井液最大特点是利用高分子聚合物包被（絮凝）作用，抑制粘土矿物的分 散，达到快速转进的目的，其次是剪切稀释性好，其体系随流速梯度变化而变化。 聚合物钻井液是通过线性水溶性高分子以链团或链束的形式，一方面吸附、桥联粘土颗粒，形成 钻井液特有的内部结构，表现出独特的流变性－剪切稀释特性，即使在低固相含量时，也能保持低剪 切速率下的低粘度，确保提高钻速，实现有效携岩、井眼净化和钻进水力能量的最优分配，同时减轻 对井壁的冲蚀作用，另一方面聚合物链束吸附于井壁表面，包被岩屑颗粒，抑制井壁和钻屑颗粒中粘 土矿物的水化分散，促进了井壁泥页岩的稳定和钻屑的清除，使钻井液中有可能保持最低限度的固相 1