硅酸盐冲洗液体系与注浆材料的研究

【摘要】硅酸盐作为一种常见材料在钻井工程中有非常广泛的应用，比较常见的是用作硅酸盐冲洗液和水玻璃注浆材料。普遍认为硅酸盐冲洗液是除了油基与合成基冲洗液以外，能够有效解决复杂地层孔壁失稳的最佳冲洗液体系。SZK004现场应用表明硅酸盐冲洗液能较好的保护孔壁，抑制页岩水化，有效解决塌孔与埋钻等问题。但也存在一些不足：现场应用硅酸盐冲洗液大多依靠工人的经验配制，冲洗液配方没有明确，缺乏一套行之有效的维护措施，冲洗液体系中的固相含量往往较高，会发生流变性突变的问题等等。针对硅酸盐冲洗液现场应用的不足，本文在详细调研国内外相关文献基础上，通过室内实验优选膨润土、硅酸盐、KCl、Na-CMC、聚合醇作为硅酸盐冲洗液添加剂，采用正交实验的方法，综合考虑密度、流变性、滤失量等性能因素，通过调整添加剂的加量使各项指标达到最优值，得到的防塌硅酸盐冲洗液配方为：5%硅酸盐，3%膨润土，pH为12，KCl为3%，Na-CMC为0.4%，聚合醇2%。不同的地层对冲洗液的性能要求也不同，现场要根据地层情况综合考虑调整添加剂加量。当遇到较大的裂隙、溶洞或极易垮塌地层，常规冲洗液随钻堵漏难以封堵和控制时，就需要采用注浆方法来封堵裂隙、保护地层。硅酸盐水玻璃注浆材料能够增强岩土体的工程力学强度和水力学性质，增加岩土体的完整性和结构的整体性。本文选用有机凝胶剂乙酸乙酯与甲酰胺可以在很大范围内调节浆材凝胶时间，并大幅度增强凝胶体力学强度，选用十二烷基磺酸钠为表面活性剂可以有效解决水玻璃与有机凝胶剂相溶问题。采用正交实验的方法，分别对硅酸盐水玻璃凝胶时间、可泵性、固砂体力学强度等方面进行实验分析，得到影响上述性能主要因素。通过调整添加剂配比得到凝胶时间在0.5～9h内可以调节，粘度低，可泵性好，封堵强度高，力学性能好（固砂体强度达到6.86MPa），配制简单，施工方便，且无污染的新型注浆材料，对现场施工生产有较好的指导意义。
【作者】刘维平；
【导师】郑秀华；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），钻井工程，2014，硕士
【关键词】硅酸盐冲洗液；注浆材料；凝胶时间；可泵性；固砂体强度；

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