植物膠泡沫鉆井液在裂隙巖溶地層中的應(yīng)用研究.pdf

1、泡沫流體鉆進工藝應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，尤其是在干旱缺水地區(qū)或破碎地層鉆進時，更是成為一種常見的施工工藝，這方面的應(yīng)用研究也進行了很多。但本論文研究的總體思路是在湘中南地區(qū)富含水的巖溶裂隙地層區(qū)域，結(jié)合泡沫流體鉆進工藝的特點，提出植物膠泡沫鉆井液介質(zhì)的概念，對該類植物膠泡沫介質(zhì)的配制及其鉆進工藝方法進行研究，并在工程應(yīng)用方面進行了現(xiàn)場實踐，取得了良好的效果。
　　 論文對湘中南地區(qū)裂隙巖溶地層的基本特征及其形成機理進行了分析，歸納出裂

2、隙型地層、洞穴型地層和破碎與坍塌型地層三大類，并對影響地層滲漏通道形成的張開度、間距、粗糙度、連通性和充填物等五大主要因素進行了闡述，對該類地層易產(chǎn)生松散、溶脹、剝落、溶蝕等井壁失穩(wěn)和鉆井液的漏失等鉆探特征進行了描述。在巖溶發(fā)育特點研究方面得出巖溶塌陷的發(fā)育過程具有階段性、同步性、持續(xù)性、周期性和重復(fù)性等特征，它的形成機理主要表現(xiàn)為:機械潛蝕作用致塌、重力作用致塌、真空吸蝕作用致塌、氣爆作用致塌和化學溶蝕作用致塌。
　　 它的鉆

3、探特征主要表現(xiàn)為鉆井液的漏失或被稀釋、孔壁易坍塌、易發(fā)生孔內(nèi)鉆探事故。本文較為全面地探討了裂隙巖溶地層的鉆進工藝技術(shù)和護壁堵漏技術(shù)。結(jié)合該類地層的特征，對“卡、埋、燒鉆”、“鉆具折斷、脫落及跑鉆”和“套管”等事故的預(yù)防與處置技術(shù)進行了描述。
　　 通過室內(nèi)實驗和野外工程實踐，建立了植物膠泡沫液介質(zhì)的基本模型，并得出配方為:植物膠體積含量比例為2.5％～3％，發(fā)泡劑十二烷基苯磺酸鈉(ABS)體積含量比例為0.2％，水解聚丙烯酰胺體

4、積含量比例為0.05％～0.08％之間，氣態(tài)相與液態(tài)相的體積含量比例控制在20∶1范圍內(nèi)。通過實踐檢驗及具體分析后認為它的護壁堵漏特征主要表現(xiàn)為:植物膠泡沫泥皮防塌、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)防漏、低失水性、粘彈性與低密度防漏以及低速塞流與巖屑聚結(jié)堵漏。(1)植物膠泡沫泥皮防塌特征主要表現(xiàn)在兩個方面:一方面，泡沫流體本身就具有較強疏水的特征，它易于吸附在鉆井的井壁上而形成了疏水的泡沫壁;另一方面，鉆井液中的高分子聚合物具有長鏈架橋結(jié)構(gòu)特點，使得鉆井液介質(zhì)

5、形成了致密的群體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且具有較強的結(jié)構(gòu)粘度，對井壁表面介質(zhì)的水化起到了明顯的抑制作用。(2)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)防漏作用主要表現(xiàn)為:當鉆進至漏失地層段時，在鉆井壓力的作用下，植物膠泡沫鉆井液介質(zhì)滲入到井壁四周漏失裂隙中，與鉆渣或裂隙中的殘留物相互粘結(jié)并迅速地聚集形成群體聚結(jié)狀態(tài)。首先，它在漏失通道內(nèi)保持著較低的剪切速率，較好地降低了鉆井液在通道內(nèi)的流動能量;其次，隨著這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的堆積疊加，使得已經(jīng)聚集成的泡沫流體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以曲面彈性變形的

6、方式黏結(jié)吸附后來的鉆井液介質(zhì)三相體，較好地延緩了鉆井液的流動沖擊，進一步減緩了它的剪切速率，伴隨著井壁漏失裂隙通道不斷地被這種泡沫流體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所填充、堆塞，逐漸地形成了良好的疏水泡沫流體屏障，起到了減弱甚至阻礙了鉆井液滲漏的作用。(3)低失水性特征主要表現(xiàn)為:一是，植物膠泡沫鉆井液介質(zhì)的結(jié)構(gòu)粘度比一般低固相鉆井液要高得多，更有利于群體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，且具有致密性的結(jié)構(gòu)特點，有效地抑制了自由水的流動，它的固相顆粒組分增大植物膠泡沫鉆井液

7、的流動阻力，有效地減少了鉆井液介質(zhì)水分子的損失;二是，植物膠泡沫鉆井液介質(zhì)表面是一種混合膜的結(jié)構(gòu)體，因其粘度比鉆井液中的自由水的粘度高，在鉆井液的流動過程中一方面促使各分子間形成一種相互吸引的牽引力，在這種牽引力的作用下較好地抑制了自由水流動，另一方同時在低靜液柱壓力、循環(huán)密度和井壁內(nèi)部壓力的共同作用下，在井壁地層中形成一層較為堅固的防水薄膜層，較好地阻止了水介質(zhì)與井壁之間的接觸，減緩了地層的水化作用，起到了預(yù)防井壁坍塌作用。(4)粘彈

8、性與低密度防漏特征主要表現(xiàn)為:在植物膠泡沫鉆井液介質(zhì)中的木質(zhì)素或半纖維素的氫鍵、酯鍵或醚鍵的化學作用下，不僅增強了鉆井液介質(zhì)的結(jié)構(gòu)強度，而且還使得鉆井液介質(zhì)具備一定的可壓縮性和膨脹性，粘彈性特征明顯，有效地減緩了鉆井液的抽吸負壓及鉆進沖壓對井壁的沖刷作用，起到了較好的防塌作用。(5)低速塞流與巖屑聚結(jié)堵漏特征主要表現(xiàn)為:植物膠泡沫流體的懸浮和吸附能力不是依靠鉆探工藝本身較高的上返速度，而是取決于植物膠泡沫流體所形成的相互疊加的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體