本發(fā)明涉及地質(zhì)鉆探工程領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，深部地質(zhì)資源探查工作的重要地位日益凸顯，因此，深孔、超深孔的鉆探工作量也越來越多，而深部鉆探所遇地層情況更為復(fù)雜，這給鉆探工作提出了更高的要求。破碎地層是深部鉆探經(jīng)常遇到的復(fù)雜地層之一，破碎地層孔壁的失穩(wěn)問題也是亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。破碎地層的顯著特點是:破碎、不完整，膠結(jié)性差；裂縫發(fā)育；常伴有地層壓力(地應(yīng)力)。在深部鉆探過程中，鉆孔孔壁穩(wěn)定性差，常出現(xiàn)孔壁坍塌、掉塊、卡鉆等復(fù)雜孔內(nèi)事故，導(dǎo)致巖芯采取率低，無法滿足實際要求。

目前破碎地層常用的鉆孔護(hù)壁方法包括泥漿護(hù)壁、粘土護(hù)壁、水泥護(hù)壁、套管護(hù)壁等。這些方法都是基于被動護(hù)壁理論，在實際應(yīng)用中具有局限性，難以廣泛推廣，體現(xiàn)為：(1)破碎地層往往伴隨著鉆井液的大量或全部漏失，難以形成有效的護(hù)壁泥皮，尤其是在地下水豐富的條件下，護(hù)壁效果不理想；(2)粘土護(hù)壁利用粘土的粘結(jié)力，將破碎地層粘結(jié)起來，但其膠結(jié)強(qiáng)度低，完整性差，在鉆井液循環(huán)作用下很快失效，亦無法實現(xiàn)有效護(hù)壁；(3)水泥、套管護(hù)壁效果較好，形成人造孔壁，但水泥候凝時間長，套管成本高，回收率低，極大增加了深部鉆探的成本。因此，依據(jù)主動護(hù)壁理論，從提高近孔壁破碎地層的力學(xué)強(qiáng)度著手，研制技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)實用的固結(jié)護(hù)壁鉆井液具有理論和實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種適用于深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液及其制備方法，該鉆井液可有效減少破碎地層遇水膨脹量，降低地層膨脹率；同破碎地層中的陽離子產(chǎn)生交換作用，形成低水合度、高粘結(jié)力的高價離子及其水化合物，從而提高近孔壁地層的力學(xué)強(qiáng)度；有效填充裂隙，提高孔壁的封堵能力，抑制微裂隙產(chǎn)生及擴(kuò)展，從而增強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性；該配方具有良好的鉆井液綜合性能，且配制簡便，易操作，材料無毒無害，便于推廣使用，以減少深部鉆探孔壁失穩(wěn)事故的發(fā)生。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液，主要原料包括：

氯化鉀，無色立方晶體或白色結(jié)晶?？捎糜谂渲梅浪@井液完井液，可抑制井壁泥頁巖水化膨脹。聚丙烯酰胺，白色粉末或細(xì)砂狀，易吸附水分和保留水分。作為鉆井液處理劑，具有抗污染、改善鉆井液流型、增強(qiáng)鉆井液剪切稀釋性能的作用?；腔兹┛s合物，甲醛、丙酮、亞硫酸氫鈉、氫氧化鈉、乙醇共聚物，褐紅色溶液，呈堿性。主要作為高效減水劑，提高材料的保水性、保塑性，提高力學(xué)性能。碳酸鈉，白色粉末或細(xì)顆粒結(jié)晶。用于調(diào)節(jié)鉆井液的酸堿度，降低鈣鎂離子含量，提高其它處理劑的性能。木質(zhì)素磺酸鈉，棕色粉末狀，具有耐酸、堿特性。主要用于降低鉆井液表觀粘度、提高表面活性度?；腔置?，黑色粉末，水溶液呈弱堿性。具有高溫降失水作用，同時可以降低鉆井液的表觀粘度。硫酸鋁，純凈物為白色或灰白色塊狀結(jié)晶體，因含有少量亞鐵，常呈現(xiàn)淡綠色。具有選擇性絮凝作用。三乙醇胺，無色透明粘稠液體，具有氨的氣味。主要用于水泥等材料的速凝劑和早強(qiáng)劑。聚甲基硅氧烷，無色透明液體，運動粘度為50～100m²·s^-1。可同兩性含氧酸陰離子發(fā)生交聯(lián)作用，并具有潤滑功能。

深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液，各組分質(zhì)量百分比為：

氯化鉀1～2％，聚丙烯酰胺0.3～0.6％，磺化丙酮甲醛縮合物0.5～0.8％，碳酸鈉2～4％，木質(zhì)素磺酸鈉1～3％，磺化褐煤0.5～0.7％，硫酸鋁0.4～0.6％，三乙醇胺2～4％，聚甲基硅氧烷1～3％，余量為水。

深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液制備方法：首先按比例將氯化鉀、碳酸鈉加入常溫的清水中，以3000～5000r/min電動攪拌速度攪拌20～30min，靜置6～8小時后，再依次加入磺化丙酮甲醛縮合物(預(yù)水化30min)及聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鈉、硫酸鋁、聚甲基硅氧烷，在3000～5000r/min電動攪拌速度下攪拌20～30min，靜置1～2小時后，在3000～5000r/min電動攪拌條件下，再按比例加入磺化褐煤、三乙醇胺，同等速度攪拌15～20min后得到固結(jié)護(hù)壁鉆井液。

深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液使用方法：在深部鉆探過程中，鉆遇破碎復(fù)雜地層時，使用固結(jié)護(hù)壁鉆井液替換常規(guī)鉆井液。按照比例制備、添加該鉆井液，并在鉆井液循環(huán)過程中保證各組分的質(zhì)量百分比，允許對各類添加劑做適當(dāng)微調(diào)，以保證深部鉆探的效率，減少或避免孔內(nèi)鉆探事故的發(fā)生。

深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液有益效果：本發(fā)明通過氯化鉀的應(yīng)用，抑制井壁泥頁巖段的水化膨脹，降低地層膨脹率，有效防止井壁巖層坍塌，提高井壁穩(wěn)定性；鉆井液中0.5～0.8％磺化丙酮甲醛縮合物，1～3％木質(zhì)素磺酸鈉，0.4～0.6％硫酸鋁，2～4％三乙醇胺，1～3％聚甲基硅氧烷，水等組分混合，可同破碎地層中的陽離子產(chǎn)生交換作用，形成低水合度、高粘結(jié)力的高價離子及其水化合物，從而提高近孔壁地層的力學(xué)強(qiáng)度；鉆井液中1～2％氯化鉀，0.5～0.8％磺化丙酮甲醛縮合物，2～4％碳酸鈉，0.4～0.6％硫酸鋁，水等組分混合，可有效填充裂隙，提高孔壁的封堵能力，抑制微裂隙產(chǎn)生及擴(kuò)展，從而增強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性；鉆井液中0.3～0.6％聚丙烯酰胺，2～4％碳酸鈉，1～3％木質(zhì)素磺酸鈉，0.5～0.7％磺化褐煤，2～4％三乙醇胺，水等組分混合，可保證該配方具有良好的鉆井液綜合性能，且配制簡便，易操作，材料無毒無害，便于推廣使用，以保證深部鉆探工作的順利實施。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在鉆遇破碎漏失性地層巖芯固結(jié)效果；

圖2為本發(fā)明鉆遇破碎垮塌性地層；

圖3為本發(fā)明鉆遇破碎垮塌性地層時固結(jié)護(hù)壁鉆井液和普通鉆井液的對比效果。

1-固結(jié)護(hù)壁鉆井液處理巖芯的效果，2-普通鉆井液處理巖芯的效果。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

具體實施方式

為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點，結(jié)合實施實例對本發(fā)明做詳細(xì)描述，不等同于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域工作人員依照本發(fā)明進(jìn)行的更改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實施例1：深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液，各組分質(zhì)量百分比為：

氯化鉀1.5％，聚丙烯酰胺0.4％，磺化丙酮甲醛縮合物，0.7％，碳酸鈉3％；木質(zhì)素磺酸鈉2％；磺化褐煤0.5％；硫酸鋁0.6％，三乙醇胺3％，聚甲基硅氧烷3％，水85.3％。

深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液現(xiàn)場制備過程：首先按比例將氯化鉀、碳酸鈉加入常溫的清水中，勻速攪拌20min，靜置6小時后，再依次加入磺化丙酮甲醛縮合物(預(yù)水化30min)及聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鈉、硫酸鋁、聚甲基硅氧烷，后勻速攪拌30min，靜置1小時后，在勻速攪拌條件下，再按比例加入磺化褐煤、三乙醇胺，同等速度攪拌15min后得到固結(jié)護(hù)壁鉆井液。

實施例1使用效果：ZK0401鉆孔為危機(jī)礦山深部探查鉆孔，設(shè)計深度2000米，全孔取芯。當(dāng)鉆進(jìn)至1630米時，鉆井液完全漏失，巖芯采取率僅有40％，并伴隨間歇式卡鉆，判斷遇到破碎漏失性地層。向上提鉆5米后，保持鉆柱回轉(zhuǎn)，然后在6立方米的鉆井液攪拌罐中制備固結(jié)護(hù)壁鉆井液，并按照鉆井液循環(huán)流速將固結(jié)護(hù)壁鉆井液加入泥漿池中，開啟泥漿泵對原有鉆井液進(jìn)行替換。待孔口返出固結(jié)護(hù)壁鉆井液后，開始正常鉆進(jìn)。該鉆孔在后續(xù)施工中，無重大孔內(nèi)事故發(fā)生，順利完成2100米的鉆進(jìn)任務(wù)，實現(xiàn)巖芯采取率93％以上。

實施例2：深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液，各組分質(zhì)量百分比為：

氯化鉀2％，聚丙烯酰胺0.6％，磺化丙酮甲醛縮合物，0.8％，碳酸鈉2％；木質(zhì)素磺酸鈉3％；磺化褐煤0.6％；硫酸鋁0.5％，三乙醇胺4％，聚甲基硅氧烷2％，水84.5％。

深部鉆探破碎地層固結(jié)護(hù)壁鉆井液現(xiàn)場制備過程與實施例1相同。

實施例2使用效果：ZK15H6鉆孔為頁巖氣、煤層氣調(diào)查孔，設(shè)計深度2100米，全孔取芯。當(dāng)鉆進(jìn)至1870米儲層位置時，鉆孔孔壁失穩(wěn)，鉆井液全部漏失，巖芯采取率僅有50％，提鉆阻力大，判斷遇到破碎垮塌性地層，地層露頭見圖2。提鉆完畢后，在鉆井液攪拌罐中制備固結(jié)護(hù)壁鉆井液，然后緩慢加入泥漿池中，開啟泥漿泵并下鉆，同時對采取上的部分巖芯展開浸泡對比試驗，如圖3所示，固結(jié)護(hù)壁效果十分明顯，圖中1為本發(fā)明的固結(jié)護(hù)壁鉆井液處理后的效果，2為普通鉆井液處理后的效果。該鉆孔在后續(xù)施工中，無重大孔內(nèi)事故發(fā)生，超額完成2230米的鉆進(jìn)任務(wù)，實現(xiàn)巖芯采取率95％以上。