一种用于煤矿钻探的钻井液及其使用方法

本发明涉及煤矿钻探，尤其涉及一种用于煤矿钻探的钻井液及其使用方法。

背景技术：

1、钻探是一种工程技术和地质勘探方法，用于获取地下地质信息、获取土壤或岩石样本，或在地下开采资源。它需要使用特殊工具和设备，如钻机、钻头、管柱、钻井液等，来穿透地表并进入地下，以获取有关地下条件和地质特征的数据。钻井液是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体总称，又称钻孔冲洗液，用来冷却和润滑钻头、运输钻屑、维持钻孔稳定性以及提供钻探数据。

2、但是，在钻探过程中，煤层易发生坍塌，这是由于页岩的紧密程度低，力学强度低，钻井过程中钻井液极易侵入，使岩石强度进一步降低，在外力作用下易破碎，进而引发井壁垮塌。当前主要通过循环时经常变换钻头位置、及时带出垮塌物，严重时则采用水泥补壁的方法来防止坍塌。但是以上措施操作复杂，且难以及时并彻底的解决坍塌问题。

3、因此，本发明通过对传统钻井液进行改良，通过增强井壁稳定性，减少钻探过程中煤层的坍塌。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的是提供一种用于煤矿钻探的钻井液及其使用方法，解决钻探过程中煤层易坍塌的问题。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、一种用于煤矿钻探的钻井液，所述钻井液的原料如下：水、膨润土、碳酸钙粉末、氯化钾、聚丙烯酸钾、磺化沥青、维稳剂，其质量比为(90-100):

4、(1-2):(1-2):(2-2.5):(2-3):(1-1.5):(0.5-0.8)。

5、进一步，所述碳酸钙粉末粉末的粒径为30-40μm。

6、进一步，所述维稳剂的原料如下：四甲基氢氧化铵、甘露醇、海藻酸丙二醇酯、棕榈酸异丙酯、琥珀辛酯磺酸钠、氨基甲酰肼。

7、进一步，所述维稳剂的原料比例如下：

8、四甲基氢氧化铵、甘露醇、海藻酸丙二醇酯、棕榈酸异丙酯、琥珀辛酯磺酸钠、氨基甲酰肼的质量比为(1.5-2):(1.2-1.5):(0.8-1.2):(1-1.3):

9、(0.1-0.12):(0.6-0.9)。

10、进一步，所述维稳剂的制备方法如下：

11、(1)将琥珀辛酯磺酸钠加入到清水中，在200-300r/min的条件下搅拌5-10min，得到琥珀辛酯磺酸钠溶液，然后加热溶液温度至70-80℃，将棕榈酸异丙酯加入到琥珀辛酯磺酸钠溶液，充分搅拌至完全溶解，得到乳化液；

12、(2)将四甲基氢氧化铵加入到清水中，加热溶液温度至70-80℃，在200-300r/min的条件下搅拌10-15min，得到四甲基氢氧化铵溶液，然后将甘露醇、海藻酸丙二醇酯、氨基甲酰肼加入到四甲基氢氧化铵溶液中，继续搅拌至完全溶解，得到混合液；

13、(3)将乳化液缓慢加入到混合液中，加入的过程中不停搅拌，搅拌均匀后，进行保温,得到维稳剂。

14、进一步，所述步骤(3)中维稳剂的保温操作为：于60-70℃的条件下保温1-2h。

15、进一步，所述钻井液的使用方法如下：

16、s1:将水、膨润土、碳酸钙粉末、氯化钾、聚丙烯酸钾、磺化沥青、维稳剂混合均匀，配制成钻井液；当钻头进入地层时，通过钻杆将钻井液从井口注入到井眼中，开始进行钻井液循环；

17、s2:钻探至易坍塌地层时，额外补加碳酸钙粉和维稳剂于钻井液中。

18、本发明制备的钻井液能够有效冷却和润滑钻头、运输钻屑、维持钻孔稳定性以及提供钻探数据，由于页岩的紧密程度低，力学强度低，钻探时易发生坍塌，因此于钻井液中加入维稳剂，提高井壁稳定性，防止井眼塌陷和井壁崩塌。在钻井液的制备过程中加入了维稳剂，维稳剂中的四甲基氢氧化铵、甘露醇可协同降低钻井液的表面张力，增加钻井液的湿润性，使钻井液能够更加均匀的分布于井壁上形成连续的液膜，提高井壁的稳定性。同时，维稳剂中还加入了海藻酸丙二醇酯，与井壁的表面分子形成氢键并吸附于井壁表面，形成一层致密的薄膜阻挡水分子的进入，减少井壁与水分子的接触，提高井壁稳定性。但是，钻井液的表面张力降低会导致井壁间的矿石等小分子颗粒移动速率加快，颗粒与井壁之间的摩擦力增大，导致井壁表面的侵蚀和剥蚀，对井壁造成不利影响。因此，在钻井液中还加入了棕榈酸异丙酯、琥珀辛酯磺酸钠，能够协同在钻井的高温条件下维持乳液状态，在钻井液接触到井壁间的小分子颗粒时对其进行包裹，形成一个稳定的包覆结构，从而降低颗粒分子的移动速率，提高井壁稳定性。同时，维稳剂中的氨基甲酰肼可以通过与页岩间的小颗粒分子进行电荷吸附，抑制小分子颗粒的分散和膨胀，进一步降低其运动速率，维持井壁稳定。

19、进一步，所述步骤s2中碳酸钙粉末的补充量为钻井液重量的1-1.5％。

20、进一步，所述步骤s3中维稳剂的补充量为钻井液重量的0.5-1％。

21、在钻探的进行过程中，对钻井液进行部分成分的补充，以适应地层的条件。易坍塌地层含有较多的细颗粒或黏土，页岩的紧密程度低，力学强度低，钻井过程中钻井液极易侵入，导致页岩中的颗粒吸水膨胀，造成井眼塌陷。因此在钻探至易坍塌地层时，补充碳酸钙粉末、维稳剂，可促进钻井液于页岩上形成稠密的过滤膜，减缓钻井液对泥岩的渗透，增强井壁稳定性，防止井壁的坍塌。此方法可以在减少钻井液的成本的同时保证井壁稳定性。

22、有益效果：

23、本发明通过对钻井液进行改良，于制备过程中加入一种用于煤矿钻探的钻井液，能够有效增强井壁稳定性，减小侵蚀和冲刷的可能性，防止井壁的坍塌，延长井壁寿命。同时，还可以提高工作的安全性、效率和生产质量，减少成本和环境风险。且方法简单，易于操作，对环境无害，可广泛应用。

技术特征：

1.一种用于煤矿钻探的钻井液，其特征在于，所述钻井液的原料如下：水、膨润土、碳酸钙粉末、氯化钾、聚丙烯酸钾、磺化沥青、维稳剂，其质量比为(90-100):(1-2):(1-2):(2-2.5):(2-3):(1-1.5):(0.5-0.8)。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻探的钻井液，其特征在于，所述碳酸钙粉末的粒径为30-40μm。

3.根据权利要求1-2任一要求所述的一种用于煤矿钻探的钻井液，其特征在于，所述维稳剂的原料如下：四甲基氢氧化铵、甘露醇、海藻酸丙二醇酯、棕榈酸异丙酯、琥珀辛酯磺酸钠、氨基甲酰肼。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤矿钻探的钻井液，其特征在于，所述维稳剂的原料比例如下：

5.根据权利要求4所述的一种用于煤矿钻探的钻井液，其特征在于，所述维稳剂的制备方法如下：

6.根据权利要求5所述的一种用于煤矿钻探的钻井液，其特征在于，所述步骤(3)中维稳剂的保温操作为：于60-70℃的条件下保温1-2h。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻探的钻井液的使用方法，其特征在于，所述钻井液的使用方法如下：

8.根据权利要求7所述的一种用于煤矿钻探的钻井液的使用方法，其特征在于，所述步骤s2中碳酸钙粉末的补充量为钻井液重量的1-1.5％。

9.根据权利要求8所述的一种用于煤矿钻探的钻井液的使用方法，其特征在于，所述步骤s3中维稳剂的补充量为钻井液重量的0.5-1％。

技术总结本发明公开了一种用于煤矿钻探的钻井液及其使用方法，属于煤矿钻探技术领域，所述钻井液的原料如下：水、膨润土、碳酸钙粉末、氯化钾、聚丙烯酸钾、磺化沥青、维稳剂，其质量比为(90‑100):(1‑2):(1‑2):(2‑2.5):(2‑3):(1‑1.5):(0.5‑0.8)，能够有效提高井壁稳定性，解决了钻探过程中煤层易坍塌的问题。技术研发人员：范玉海,尤继元,谢亚妮受保护的技术使用者：榆林学院技术研发日：技术公布日：2024/6/23