用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方组成比例

本发明专利技术涉及一种非开挖钻孔敷设的长水平孔段的钻井液配方，适用于松散破碎层和水敏性地层。一种用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方，包括：0.5～3%的碱度调节剂，0.5～3%的有机土，0～3%的降粘剂或者增粘剂，0～5%的降滤失剂，水相为50～95%的氯化钙水溶液；其中，百分比是按添加剂重量占钻井液体积的百分比计算。本发明专利技术的钻井液配方对于松散破碎层，能增加井壁颗粒之间的胶结力，使孔壁的稳定性增强；应对水敏性地层，能降低成孔液的失水量以及增强孔壁岩土的抗水敏性、抑制分散。本发明专利技术的钻井液配方能满足松散破碎层和水敏性地层的非开挖钻进对钻井液的要求。

Trenchless Directional Drilling fluid formulation for loose fractured and water sensitive formations

The invention relates to a drilling fluid formula for trenchless drilling with long horizontal holes, which is suitable for loose fractured strata and water sensitive strata. A Trenchless Directional Drilling fluid formulation for unconsolidated fractured and water-sensitive formations includes: 0.5-3% alkalinity modifier, 0.5-3% organic soil, 0-3% viscosity reducer or tackifier, 0-5% filtrate reducer, and 50-95% aqueous calcium chloride solution in aqueous phase, in which the percentage is in proportion to the weight of the additive. The percentage of product is calculated. The drilling fluid formulation of the invention can increase the cementing force between wellbore particles and enhance the stability of the hole wall for the loose fractured layer, and can reduce the water loss of the pore forming fluid for the water sensitive formation, enhance the water sensitivity of the rock and soil on the hole wall and inhibit dispersion. The drilling fluid formulation of the invention can meet the requirements of trenchless drilling for loose fractured layer and water sensitive formation.

【技术实现步骤摘要】
用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方
本专利技术涉及一种非开挖钻进的钻井液（或泥浆），尤其涉及一种非开挖钻孔敷设的长水平孔段的钻井液配方，适用于松散破碎层和水敏性地层。
技术介绍
水平定向钻穿越敷管施工，是一项常用的地下管线施工技术。随着地下管网的大规模建设，现被广泛应用于城市地下管网和各类长输管线建设。水基钻井液是由膨润土、水（或盐水）、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。从流体介质角度看水基钻井液，其就是以水为连续流体介质的钻井液。在岩土钻探和水平定向穿越敷管工程施工中，钻井液是钻进的工具，是定向穿越施工的血液，钻井液工艺是关系到工程成败的主要因素。钻井液的主要功能包括悬浮、排除钻渣、保护孔壁、堵漏、平衡地层压力、冷却钻头、润滑钻具、软化岩土和导向水射流等。在不同地层钻进时常会出现孔壁坍塌、孔壁遇水膨胀和缩径、漏失地层、抱钻卡等问题，以致造成严重的工程事故。所以统一的泥浆配方并不能解决实际问题，必需根据不同地层的具体特点，采用针对性的泥浆配方和用量进行施工。通过对施工区域的土层情况进行三维量化建模，得到土层的各项性能参数，包括：土性名称，土体重度，土的天然含水量，土体内摩擦角，土体孔隙比，塑性指数等。根据实际施工的地层记录资料，将各地层特性进行分类和统计，并存储到数据库内。常见的六种地层包括：松散破碎层、水敏性地层、水溶性地层、高压蠕变层、低压漏失层、坚硬岩石，对于不同的地层，长输管线非开挖钻进对钻井液的要求也不同，实际施工中松散破碎层和水敏性地层较多，采用针对性的泥浆配方和用量进行施工是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方，该钻井液配方能满足松散破碎层和水敏性地层的非开挖钻进对钻井液的要求。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方，包括：0.5～3%的碱度调节剂，0.5～3%的有机土，0～3%的降粘剂或者增粘剂，0～5%的降滤失剂，水相为50～95%的氯化钙水溶液；其中，百分比是按添加剂重量占钻井液体积的百分比计算。所述碱度调节剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钠、氢氧化镁中的一种或复配使用。所述有机土和增粘剂为有机膨润土、有机蒙脱石、聚酰胺树脂、脂肪酸皂中的一种或复配使用。所述降粘剂为聚醚类化合物。所述降滤失剂为磺化沥青、改性磺化沥青、天然沥青、腐殖酸酰胺、褐煤树脂、乳化沥青中的一种或复配使用。本专利技术用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方能满足松散破碎层和水敏性地层的非开挖钻进对钻井液的要求。常见的六种地层类型为：松散破碎层、水敏性地层、水溶性地层、高压蠕变层、低压漏失层、坚硬岩石层。实际施工中松散破碎层和水敏性地层较多，应对松散破碎层，解决问题的关键是增加井壁颗粒之间的胶结力，使孔壁的稳定性增强。应对水敏性地层，尽量减少成孔液对地层的渗水，也就是降低成孔液的失水量以及增强孔壁岩土的抗水敏性、抑制分散是最为关键的问题。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。一种用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方，是在高速搅拌的情况下，依次加入碱度调节剂、有机土、降粘剂或者增粘剂、降滤失剂等，搅拌均匀后加入水相，使体系充分乳化后制成钻井液（或泥浆）。该泥浆具有高的动塑比、低的塑性粘度、抑制性强等特点，在低温和高温下都具有较好的稳定性。一种松散胶结地层施工时的优化泥浆配方选择方案，具体优化泥浆方案如下：在松散胶结地层施工时，颗粒之间缺乏胶结，钻进时孔壁之间很容易坍塌，成孔难度很大，这类地层称为机械分散地层。对这类地层，解决问题的关键是增加井壁颗粒之间的胶结力。粘性较大的浆液适当渗入井壁地层中，可以明显增加砂、砾之间的胶结力，使孔壁的稳定性增强。提高浆液粘度，主要是通过使用高分散度泥浆（细分散泥浆）、增加泥浆中的粘土含量、加入有机或无机增粘剂以及采用高粘化合物钻进粉等措施来实现。由以下配方制得一种非开挖钻进的水基钻井液。其中，百分比是按添加剂占钻井液体积的百分比计算；流变性测试温度为50℃。实施例1，Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆这是一类主要用来调节钻井液性能的处理剂，一般就是用在降滤失和增粘方面。Na-CMC可进一步提粘和降失水。配方为：优质造浆粘土150～200g+水1000ml+纯碱5～10g+Na-CMC6g左右。其中：优质造浆粘土150～200g+水1000ml造有一定粘度的浆；纯碱5～10g：0.5～１%的碱度调节剂；Na-CMC6g：0.６%左右的增粘剂；水相为50～95%的氯化钙水溶液．其中，百分比是按添加剂（重量）占钻井液体积的百分比计算。实施例2，木质素磺酸盐泥浆木质素磺酸盐取材于亚硫酸纸浆废液，一般与煤碱剂配合使用，以在提粘的基础上解决防絮凝和降失水。配方为：1m3泥浆用80～200kg粘土+30～40kg亚硫酸纸浆废液+10～20kg煤碱剂+5～10kgNaOH+5～10kg消泡剂+900～940L水。其中：1m3泥浆用80～200kg粘土，造高粘度浆；30～40kg亚硫酸纸浆废液+10～20kg煤碱剂：类似于增粘剂，在提粘的基础上解决防絮凝和降失水；5～10kg消泡剂：相当于1～２%的降滤失剂；5～10kgNaOH：0.5～１%的碱度调节剂；900～940L水：水相为50～95%的氯化钙水溶液；其中，百分比是按添加剂（重量）占钻井液体积的百分比计算。实施例3，XC-PAM复合泥浆该泥浆配方为：6%土粉+0.02%XC+0.02%PAM其中：6%土粉：相当于有机土；0.02%XC：提供良好的动切力，提高动塑比。XC，简称XC生物聚合物，其水溶胶具有很强的剪切稀释特性，粘度与切力也比较高，是一种很好的增粘剂、流型改进剂。0.02%PAM：是一种水溶性线型高分子物质，能提高泥浆质量。PAM：聚丙烯酰胺，具有高分子化合物的水溶性以及其主链上活泼的酰基。该泥浆提粘效果较好，详细参数如表1所示。表1泥浆配方详细参数表1说明：Ф600：钻井液在六速旋转粘度计600r/min转速下的读数，格。Ф300：钻井液在六速旋转粘度计300r/min转速下的读数，格。Ф200：钻井液在六速旋转粘度计200r/min转速下的读数，格。Ф100：钻井液在六速旋转粘度计100r/min转速下的读数，格。Ф6：钻井液在六速旋转粘度计6r/min转速下的读数，格。Ф3：钻井液在六速旋转粘度计3r/min转速下的读数，格。n：流性指数公式：n=3.322×lg(∮600÷∮300)式中：n——流性指数，无因次。∮600——600转读数。∮300——300转读数。：动切力（或称屈服值），Pa；：塑形粘度，mPa.s；FL：API滤失量，ml；MF：微泡沫发泡剂，s。一种水敏地层施工时的优化泥浆配方选择方案，具体优化泥浆方案如下：在粘土、泥页岩中钻进，突出问题之一是孔壁遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。其原因是粘土、泥页岩中存在大量的粘土矿物，尤其是蒙脱石粘土矿物的存在，使孔壁粘土接触到孔液中的水分时，发生粘土的吸水、膨胀、分散。这样的地层称为水敏性地层。对于水敏性地层，尽量减少成孔液对地层的渗水，也就是降低成孔液的失水量以及增强孔壁岩土的抗水敏性、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方，其特征是：包括：0.5～3%的碱度调节剂，0.5～3%的有机土，0～3%的降粘剂或者增粘剂，0～5%的降滤失剂，水相为50～95%的氯化钙水溶液；其中，百分比是按添加剂重量占钻井液体积的百分比计算。

【技术特征摘要】
1.一种用于松散破碎层和水敏性地层的非开挖定向钻井液配方，其特征是：包括：0.5～3%的碱度调节剂，0.5～3%的有机土，0～3%的降粘剂或者增粘剂，0～5%的降滤失剂，水相为50～95%的氯化钙水溶液；其中，百分比是按添加剂重量占钻井液体积的百分比计算。2.根据权利要求1所述的非开挖定向钻井液配方，其特征是：所述碱度调节剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钠、氢氧化镁中的一种或复配使...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玲，陈强，董利民，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，上海置诚城市管网工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31