[发明专利]活性粘土层钻井方法

说明书

本发明涉及一种活性粘土层钻井方法。

已经知道在钻井操作中，钻孔的稳定性是决定钻井能否取得成功的最重要的因素之一。造成钻孔不稳定的实际原因包括浸蚀和构成岩层粘土的弥散，结果出现空穴，造成卡管以至钻孔报废。此外如粘土弥散至泥浆中会降低钻井速度。

避免此种故障可采取的适当措施是在钻井泥浆中补充钾盐以减轻粘土的水化作用。此时钾离子可以和粘土中的钠离子发生交换，由于形成特别的结构使粘土水化的趋势减弱，因而稳定性增强。

已知的这种钻井泥浆可以通过把钾盐(通常是氯化钾或碳酸钾)加入到含有粘土，增粘剂，滤失剂以及适量的流化剂，适量的加重剂，适量的封堵剂及适量的表面活化剂的基溶液中来得到。

应用最广的增粘剂和/或滤失剂是羧甲基纤维素钠。通常以聚合度在500至1500这一范围内的羧甲基纤维素醚的钠盐作为增粘剂，而当其聚合度在150至500的范围内时用作降失水剂。

在钻井泥浆中应用羧甲基纤维素醚时显然还应连续地补充聚合物。因为聚合物在机械，热及氧化的作用下会发生降解作用，使得在应用钠盐时钠离子浓度不断增加而可能与钾离子的浓度相等，甚至超过钾离子的浓度，此时就不再能够保持钻孔的稳定，除非同时也连续地补充钾盐来恢复其最佳浓度。

所以当使用羧甲基纤维素钠时必须连续不断地补充羧甲基纤维素及钾盐。

但在实行上述过程中需连续不断地对钻井泥浆进行测试，测试不仅涉及其粘度及失水量，还涉及含钾的浓度。

本申请人意外地发现现有技术的缺点可以借助于以羧甲基纤维素钾(通常是使用羧甲基纤维素醚的钾盐)来代替钾盐与羧甲基纤维素醚的钠盐的方法来克服。

使用羧甲基纤维素醚的钾盐可以在实际上防止在钻井泥浆中发生前述的钠离子超量供给失控的现象，这种方法的显著优点是只须对一种添加剂进行有关的测量，涉及控制泥浆的流变与失水特性，及抑制粘土来代替对纤维素聚合物与钾盐的分别测量。

本申请人还意外地发现公知的钾离子对粘土因水化作用而发生膨胀的抑制作用，当在以羧甲基纤维素醚的盐类的形式来提供钾离子时比使用氯化钾或碳酸钾时有所促进。即在同样泥浆中，从羧甲基纤维素醚的钾盐中进入钻井泥浆的钾离子与从氯化钾及羧甲基纤维素醚的钠盐的混合物中进入钻井泥浆的钾离子，在其数量相同的情况下，对各种粘土来说前者比后者有明显较高的抑制效果。

“羧甲基纤维素醚”意谓其类的产品成份都可以借助于羧甲基化的纤维素中的脱水葡萄糖单元的羟基群的部分或全部取代来获得。

纤维素类的聚合体的链长的典型的多分散特性及变化这种多分散特性的可能性，羧甲基取代基在锐水葡萄糖环上(当在每个脱水葡萄糖单元上的取代基组确实少于三个时)和沿聚合链上更换和控制分布的可能性，以及调整羧甲基醚的化学构造(借助于沿链引入少量的其它取代基)使羧甲基纤维素醚产品彼此间具有不同的应用效果而使广泛多样化的特征成为可能。

在羧甲基纤维素醚类的化合物中，通常所说的羧甲基纤维素(CMC)是公知的，该化合物具有高或低的聚合度，或是低或高的取代程度。还有所说的聚阴离子纤维素(PAC)，该化合物正如本专业的技术人员所熟知的在溶液中可显示出很好的流变特性，较高的保持力，较大的电解质容限以及对粘土比所说获得的CMC类产品具有较强的抑制能力。羧甲基纤维与聚阴离子纤维素间的区别，正如本专业的技术人员所熟知的，不仅在其化学主要成份上，而更表现于其性能的不同，这一点将在下面的实例中加以说明。

如本发明所公开的，对于所有的羧甲基纤维素醚类的化合物，用其钾盐代替(而不用)钠盐都是有益的。

本发明的含钾钻井泥浆，如前所述含有羧甲基纤维素醚的钾盐，该钾盐是从聚阴离子纤维素的钾盐与羧甲基纤维素的钾盐中精选出来的。

就聚阴离子纤维素的钾盐来说，该盐在这里系指具有以下特征的羧甲基纤维素醚：

a)具有抗电解质的特性(在纯制的产品中测定)，表示为高于0.9的比值。在4％氯化钠溶液和蒸馏水间分别测量以重量计为0.6％的粘度。

b)应用于大多数的钻井泥浆中，在温度高达150℃时具有降失水能力。

而就用于钻井泥浆的羧甲基纤维素的钾盐来说，系指其最低限度羧甲基的取代度为0.8，其抗电离度(按前文中的规定)低于0.9，并且有通常的降失水能力。