膨潤(rùn)土含量過 高，最終凝膠強(qiáng)度也會(huì)過高，這是因?yàn)檎惩令w粒的（電位和吸附膜的厚度對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 度有關(guān)。若是由于高分子聚合物在粘土顆粒上吸附形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其形成速度較快且強(qiáng)度 較小。所以，低固相不分散泥漿的切力和觸變性比較容易滿足非開挖泥漿技術(shù)要求。
[0033]在液體壓力差的作用下，泥漿中的自由水通過孔壁空隙或裂隙向地層中滲透，稱 為泥漿的失水。失水的同時(shí)，泥漿中的固相顆粒附著在孔道內(nèi)壁上形成泥皮（泥餅），稱為 造壁。以濾失量來描述濾失性能的強(qiáng)弱，泥漿濾失需滿足如下前提條件：孔內(nèi)泥漿與地層裂 隙液體之間存在壓力差。
[0034]鉆孔中的壓力差是造成泥漿失水的動(dòng)力，它是由于鉆孔中泥漿的液壓力與地層、 裂隙中流體的液壓力不等而形成的。為了防止地層流體進(jìn)入鉆孔，泥漿的靜液柱壓力必須 大于地層孔隙內(nèi)流體的壓力。地層中的孔隙、裂隙是泥漿失水的通道條件，它的大小和密集 情況是由現(xiàn)場(chǎng)土層的性質(zhì)客觀決定的。除了較大的裂隙和空隙外，一般地層的孔、裂隙較 小，只允許自由水通過，而粘土顆粒周圍的吸附水隨著粘上顆粒及其他固相附著在井壁上 構(gòu)成泥皮，不再滲入地層。孔壁上形成泥皮后，滲透性減小，減慢泥漿的繼續(xù)失水。若泥漿 中的細(xì)粒粘土多而且水化效果好，則形成的泥皮致密而且薄，泥漿失水便小。反之，泥漿中 的粗顆粒多且水化效果差，則形成的泥皮疏松而且厚，泥漿的失水量便增大。
[0035] 泥漿在循環(huán)過程中，對(duì)于泥頁(yè)巖地層，其濾失量過大將導(dǎo)致地層水化膨脹、剝落， 進(jìn)而使得井徑擴(kuò)大或縮小。隨著井徑的擴(kuò)大或者縮小，可能引起卡鉆。鉆桿折斷等事故，降 低施工效率。對(duì)于破碎性地層來說，泥漿濾液滲透進(jìn)入破碎層的裂隙，減小層面間的接觸摩 擦力，鉆桿敲擊時(shí)破碎巖土體落入孔內(nèi)易導(dǎo)致卡鉆。
[0036] 泥漿的失水有兩種情況：一種是鉆進(jìn)停止時(shí)，泥皮不受液流沖刷，此時(shí)的液壓力 只是泥漿靜水壓力，這時(shí)的失水稱為靜失水；另一種是鉆進(jìn)進(jìn)行時(shí)，泥漿受到鉆頭旋轉(zhuǎn)擠壓 而貼在孔壁形成的泥皮。另外，在鉆頭鉆進(jìn)過程中，形成新的自由面的瞬間，泥漿接觸新的 自由面，還未形成或很少形成泥皮，泥漿中的自由水以很高的速率向新自由面失水，這時(shí)的 失水稱為瞬時(shí)失水或初失水。靜失水時(shí)，泥皮逐漸增厚，失水速率逐漸減小。此時(shí)壓力較 小，泥皮較厚，失水速率比動(dòng)失水小。動(dòng)失水時(shí)，泥皮不斷在增厚，同時(shí)又不斷被沖刷掉，當(dāng) 增厚速率與被沖刷速率相等時(shí)，泥皮厚度動(dòng)態(tài)恒定，失水速率也就基本不變。一般情況下， 瞬時(shí)濾失時(shí)間很短，但是濾失速率最大；動(dòng)濾失時(shí)間最長(zhǎng)，其濾失速率中等；靜濾失時(shí)間較 長(zhǎng)，濾失的速率最小。所謂濾失速率，也即單位時(shí)間內(nèi)濾失液體的體積。對(duì)于非開挖鉆進(jìn)而 言，鉆孔內(nèi)泥漿的濾失作用是在相同溫度和壓差下向巖土層進(jìn)行滲透的，溫度和壓差對(duì)泥 漿律師性能的影響有限。國(guó)內(nèi)外通常采用API濾失量對(duì)泥漿的濾失量加以評(píng)價(jià)，也即在規(guī) 定壓差作用下在30min內(nèi)通過一定滲濾斷面的濾失量來衡量，單位為ml/30min。
[0037] 在大多數(shù)情況下,泥漿的失水性大則對(duì)鉆孔的危害較大。例如,厚泥皮會(huì)加大對(duì)鉆 具的吸附，增加鉆具與泥皮的接觸面積，使鉆桿摩阻力增大，回轉(zhuǎn)阻力增加，環(huán)空內(nèi)過流面 積減小。因此，需要采取一些措施來降低泥漿失水量，同時(shí)又能滿足注入要求。泥漿中固相 含量增加，濾失量減小，泥餅增厚。而泥餅的滲透率才是影響濾失量的主要因素，因此，控制 泥漿濾失量的途徑主要是降低泥餅的滲透率。泥餅的滲透率取決于構(gòu)成泥餅的粘土及其它 顆粒的尺寸、形狀與水化程度。顆粒越小，形狀越呈扁平狀，在壓力下越易變形；水化膜越厚 者，滲透性越小。由此可見，泥漿濾失水量這個(gè)參數(shù)實(shí)際上反映了泥漿的膠體性質(zhì)，分散的、 較細(xì)的膠體粒子占了相當(dāng)數(shù)量，才有可能把泥漿的濾失量控制在較小的數(shù)值之內(nèi)。
[0038] 可見，控制泥漿的濾失量在非開挖鉆進(jìn)過程中意義重大，應(yīng)當(dāng)從控制泥餅厚度入 手。然而，濾失量并不是決定泥餅厚度的唯一因素，不同泥漿的泥餅厚度相同的情況下，其 濾失量不一定相同；反之，濾失量相同的情況下，其泥餅厚度不一定相同。濾失量過大導(dǎo)致 孔壁不穩(wěn)，但是，濾失量過小也會(huì)造成泥漿成本增加，鉆速下降。總體來說，在鉆進(jìn)過程中保 持泥漿形成的泥餅一定要薄、致密、堅(jiān)韌的同時(shí)，其濾失量也要適當(dāng)控制，具體要結(jié)合實(shí)際 施工面對(duì)的地層、孔深等因素綜合考慮加以確定。
[0039] 若不考慮瞬時(shí)濾失，濾失量與濾失時(shí)間的平方根兩者之間為過原點(diǎn)的一條直線。 所以，7. 5min時(shí)的濾失量將會(huì)是30min濾失量的一半，一般情況下用7. 5min濾失量的兩倍 來表征API濾失量。但是泥漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所繪制出的直線并不是通過原點(diǎn)，而是與縱軸 相交于一點(diǎn)，也即有一定截距。
[0040] 實(shí)際上，測(cè)量濾失量包含兩個(gè)過程，沒有泥餅到泥餅開始形成的瞬時(shí)濾失階段，以 及泥餅不斷增厚的靜濾失階段。該濾失量是在較短時(shí)間內(nèi)測(cè)得的，如果測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，濾失 總量的增長(zhǎng)速度越來越慢，最終穩(wěn)定，并非保持起初的直線關(guān)系。所以，對(duì)于一些泥漿而言， 7. 5min的濾失量乘以二倍顯然大于其30min時(shí)的濾失量，因此對(duì)于具體泥漿應(yīng)該確定其相 應(yīng)的測(cè)量時(shí)間。對(duì)于濾失量較小的泥漿，測(cè)量時(shí)間應(yīng)該取30min。
[0041] 壓力差越大，泥漿的濾失量也就越大。由于泥漿的組成不同，濾失過程中形成泥餅 的壓縮性也不相同。隨著壓差的增大，泥漿滲透速率減小的程度也不盡相同，所以泥漿的濾 失量與壓力差的關(guān)系也就不同。對(duì)于非開挖而言，其施工地層多為較淺地層，且鉆孔為水 平，其壓差相對(duì)恒定，此時(shí)泥漿的濾失性能主要與所添加的處理劑有關(guān)。
[0042] 泥餅中固相越少，泥漿中固相含量越高，泥漿的濾失量也就越小。然而，泥漿中的 固相含量增大會(huì)導(dǎo)致機(jī)械鉆速明顯降低，泥餅的厚度也會(huì)增加，這樣一來通過增大固相含 量的方法來降低濾失量不可取。普遍采用的方法是減小泥餅中固相含量的方法來減小濾失 量，采用優(yōu)質(zhì)的造漿土和添加有機(jī)處理劑可以做到這點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)造漿土分散性能好，固相粘土 顆粒細(xì)而多，水化性能優(yōu)良，并且形成的泥餅滲透率較低。大量的研究結(jié)果表明，在泥漿中 固相含量相同的情況下，泥漿的濾失量會(huì)隨著泥餅中固相含量的減少而降低。如表1所示。 一般泥楽中的固相含量為4%?6%時(shí)，泥餅中的固相含量大概為10%?20%。
[0043]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平定向鉆進(jìn)淤泥土層，包括膨潤(rùn)土，其 特征在于，各組分及含量如下 ： 2%?3%來安土或2%的哈利土、 0· 24%?3%防塌劑、 0· 18%?0· 21 %聚丙烯酰胺、 0. 27%?0. 31 %降失水劑、 0. 27 %?0. 32 %磺化酚醛樹脂、 0.28%?0.32%潤(rùn)滑劑， 余量為水； 其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙青粉、磺化浙青粉及煤堿劑中的任意一種， 降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中的任意一種， 潤(rùn)滑劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任意一種。
2. 如權(quán)利要求1所述的非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，其特征在于，各組分的含量 優(yōu)選如下： 2. 5%來安土、 0.25 %防塌劑、 0. 18 %聚丙烯酰胺、 0. 28%降失水劑、 0. 3%磺化酚醛樹脂、 0. 3 %潤(rùn)滑劑， 余量為水。
3. -種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平定向鉆進(jìn)粘土層，包括膨潤(rùn)土，其特 征在于，各組分及含量如下： 3%?4%哈利土、 0· 24%?3%防塌劑、 0· 18%?0· 21 %聚丙烯酰胺、 0. 27%?0. 31 %降失水劑、 0. 27 %?0. 32 %磺化酚醛樹脂、 0.28%?0.32%潤(rùn)滑劑、 余量為水； 其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙青粉、磺化浙青粉及煤堿劑中的任意一種， 降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中的任意一種， 潤(rùn)滑劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任意一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，其特征在于，各組分的含 量?jī)?yōu)選如下： 3. 5 %哈利土、 0.25 %防塌劑、 0. 18 %聚丙烯酰胺、 0. 28%降失水劑、 0. 3%磺化酚醛樹脂、 0. 3 %潤(rùn)滑劑， 余量為水。
5. -種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平定向鉆進(jìn)粉砂土層，包括膨潤(rùn)土，其 特征在于， 3 %哈利土和4%來安土或3 %來安土和0. 5% CMC、 0· 24%?3%防塌劑、 0· 18%?0· 21 %聚丙烯酰胺、 0. 27%?0. 31 %降失水劑、 0. 27 %?0. 32 %磺化酚醛樹脂、 0.28%?0.32%潤(rùn)滑劑、 余量為水； 其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、浙青粉、磺化浙青粉及煤堿劑中的任意一種， 降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中的任意一種， 潤(rùn)滑劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油浙青中的任意一種。
6. -種控制泥漿濾失量的方法，其特征在于， 提供如權(quán)利要求1-5中任意一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物； 添加 0· 2%?0· 4% NaOH 或 Na2CO3; 添加直徑小于75 μ m膠體微粒； 加快鉆進(jìn)速度5%?20%。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制泥漿濾失量的方法，其特征在于，優(yōu)選方法包括： 提供如權(quán)利要求1-5中任意一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物； 添加 0· 35% NaOH 或 Na2CO3; 添加直徑小于75 μ m膠體微粒； 加快鉆進(jìn)速度15%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非開挖鉆進(jìn)的水基鉆進(jìn)液組合物，用于水平定向鉆進(jìn)淤泥土層、粉砂土層和粘土層，包括膨潤(rùn)土、來安土或哈利土、防塌劑、聚丙烯酰胺、降失水劑、磺化酚醛樹脂、潤(rùn)滑劑，余量為水，其中防塌劑可選自腐殖酸鉀、瀝青粉、磺化瀝青粉及煤堿劑中的任意一種，降失水劑可選自水解聚丙烯腈及鈉羧甲基纖維素中的任意一種，潤(rùn)滑劑可選自極壓潤(rùn)滑劑、聚氧乙烯辛基苯酚醚、磺化妥爾油瀝青中的任意一種。本發(fā)明還公開了一種利用本發(fā)明所述水基鉆進(jìn)液組合物的控制泥漿濾失量方法，在確保孔壁穩(wěn)定、攜帶和懸浮巖屑、穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆具等方面具有良好的功用，使得工程經(jīng)濟(jì)高效地完成，對(duì)于施工單位具有極大地現(xiàn)實(shí)意義。
【IPC分類】E21B21-00, C09K8-24
【公開號(hào)】CN104610942
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410841772
【發(fā)明人】戴斌, 張帆, 趙官慧, 蔡曉春
【申請(qǐng)人】上海煤氣第二管線工程有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日