一种煤矿井下强抑制性钻孔液及其使用方法与流程

1.本发明属于煤矿钻孔技术领域，涉及一种煤矿井下强抑制性钻孔液及其使用方法。


背景技术：

2.在煤矿井下进行定向钻孔时，使用清水钻遇复杂地层时，容易出现垮孔、掉块和卡钻等事故，加之钻孔轨迹为近水平孔，在孔底堆积了一定的岩屑，在处理事故过程中，继而出现断钻具、埋仪器等复杂事故，造成钻孔报废、仪器、钻具埋弃，带来较大的经济损失和声誉影响。
3.现有煤矿井下采用清水钻孔，遇到水敏性泥页岩地层，加速了水敏性地层的水化作用，造成地层坍塌，而清水的悬浮效果差，大量的塌块携带不出孔眼，容易造成卡钻事故。现有清水钻孔技术钻水敏性泥页岩地层，钻达120m左右就无法继续钻孔作业；同时由于环保要求，钻孔液需要净化处理才能排放或者二次利用，而常规清水钻孔用水量较大，钻一个孔(长度500m，孔径98mm)，大约需要钻5天，清水消耗量大约在2000～2500m3。造成水资源的极大浪费。而清水api中压滤失量达到100ml以上，进一步加速了泥页岩地层的水化；清水的塑性粘度、动切力、静切力均为零，没有悬浮和携渣能力，仅靠钻具搅动和清水冲刷达到排渣的效果。
4.目前其它行业钻孔也有采用钻孔液钻孔的方式，如在石油行业上称作钻井液或者钻井泥浆，用来解决石油钻井过程中的泥页岩水化、防止地层坍塌的钻井难题。而石油钻井中开发的油气层大多埋藏较深(3000m以上)，其钻井液需要一定的抗温性能(温度在100℃以上)，导致钻井液需要使用一定量的抗温材料，如磺甲基酚醛树脂，磺化褐煤，磺化单宁等，具有一定的生物毒性，对地层及环境会造成污染。同时，地面的石油钻井因为钻井液充满井眼，有液柱压力支撑地层，所以有钻井液滤失到地层或者与地层之间有作用。而煤矿井下采用近水平钻孔，没有液柱压力平衡地层，因此现有钻进液并不适用于煤矿钻孔施工，亟需开发一种适用于煤矿钻孔的钻孔液。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于解决现有清水钻孔的缺陷，提出一种煤矿井下强抑制性钻孔液及其使用方法。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种煤矿井下强抑制性钻孔液，其特征在于：钻孔液按重量百分数配制，成分含量如下：碱度调节剂：0.1～0.3％，坂土粉：0.5～5％，护胶剂：0.3～1.1％，包被剂：0.1～0.5％，防塌剂：1～5％，抑制剂：3.1～10.6％，余量为水。
8.进一步，所述碱度调节剂为氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾，用于除去配浆水中的钙镁离子，调整ph值在8～10，同时，提供钾离子可以作为抑制剂成分；
9.进一步，所述护胶剂为羧甲基淀粉、水解聚丙烯晴铵盐、磺化酚醛树脂、腐植酸多
元共聚物、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素中的一种或一种以上组合物，用于增加液相粘度，降低钻孔液滤液滤失量，从而减少钻孔液中水对地层的影响；
10.进一步，所述包被剂为两性离子聚合物或阳离子聚合物，用于防止地层、钻屑进一步水化膨胀和分散，加强钻屑的包被抑制作用；
11.进一步，所述防塌剂为阳离子改性沥青、磺化沥青、天然沥青粉、阳离子乳化沥青、胶体沥青、胶乳、乳化石蜡中的一种或一种以上组合物，其吸附在地层表面或裂隙中，阻止水敏性地层进一步水化膨胀和分散；
12.进一步，所述抑制剂为钾钙复合抑制剂、氯化钾、硅酸钾、甲酸钾、有机盐、胺基聚合物和季铵盐阳离子中的一种或一种以上组合物，利用阳离子的镶嵌理论与压缩双电层原理，抑制水敏性地层进一步水化膨胀和分散，抑制地层坍塌。
13.一种煤矿井下强抑制性钻孔液使用方法，包括如下步骤：
14.(1)钻孔液配制：采用循环配制方式按上述煤矿井下强抑制性钻孔液的成分配比进行配制；
15.所述循环配制方式为依次串联设置第一罐体、旋流器、第二罐体、第三罐体、泥浆泵，形成闭环，在第三罐体依次加入配浆水、碱度调节剂、坂土粉，并搅拌均匀，形成基浆，水化24小时；而后启动泥浆泵，使基浆循环流动，在第三罐体中依次加入护胶剂、包被剂，并循环1～2小时，再加入抑制剂、防塌剂，继续循环至混合均匀；
16.(2)钻孔：将第三罐体通过管道与钻具连通，并在孔口设置回收装置，钻进过程中，将钻孔中的钻孔液回收至第一罐体，进行循环利用。
17.进一步，在回收装置与第一罐体之间设置振动筛，对钻孔液中携带的矿渣进行过滤。
18.进一步，在钻孔过程中检测钻孔液中离子含量，并控制抑制剂有效成分含量大于30g/l。
19.本发明的有益效果在于：
20.(1)本发明中钻孔液所采用的抑制剂会影响钻孔液中阳离子的浓度，从而影响钻孔液的防塌效果；护胶剂、防塌剂和包被剂会影响钻孔液的漏斗粘度、api中压滤失量、塑性粘度、动切力、静切力，其吸附在泥页岩地层表面或缝隙，抑制进一步水化，从而提高钻孔液的防塌效果。
21.(2)本发明中的钻孔液与现有石油钻井液相比，无需刻意降低滤失量，且在常温下具有较好的防塌效果，封堵效果明显。
22.(3)本发明中钻孔液具有一定的粘切，比较现有钻孔液(清水)，悬浮携带性能好，能及时清除孔内岩屑，避免因地层坍塌造成的卡钻事故。
23.(4)本发明中钻孔液使用时采用循环配制方式进行配制，设备简单，占用空间小，易于现场实施，并对钻孔液进行回收循环利用，用水量大幅度减少，由2000～2500m3减少至6～15m3。
24.(5)本发明中钻孔液满足环保要求，bod5/codcr≥25％，可以直接排放，无需除砂器、除泥器、离心机等地面净化设备。
25.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可
以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
26.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
27.图1为本发明中钻孔液使用过程示意图。
28.附图标记：1
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第一罐体；2
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第二罐体；3
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第三罐体；4
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泥浆泵；5
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旋流器；6
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振动筛；7
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钻具；8
‑
回收装置。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
31.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
32.实施例1
33.请参阅图1，为一种煤矿井下强抑制性钻孔液使用方法，包括如下步骤：
34.(1)钻孔液配制：采用循环配制方式按如下重量百分比数进行配制：
35.k2co3：0.1％，koh：0.1％，坂土粉：0.2％，cmc
‑
lv：0.1％，nh4‑
hpan：0.1％，fa
‑
367：0.1％，nfa
‑
25：1％，kcl：5％，cao：0.1％，余量为水。
36.其中，循环配制方式为依次串联设置第一罐体1、旋流器5、第二罐体2、第三罐体3、泥浆泵4，形成闭环，在第三罐体3依次加入配浆水、碱度调节剂、坂土粉，并搅拌均匀，形成基浆，水化24小时；而后启动泥浆泵4，使基浆循环流动，在第三罐体3中依次加入护胶剂、包被剂，并循环1～2小时，再加入抑制剂、防塌剂，继续循环至混合均匀。
37.(2)钻孔：将第三罐体3通过管道与钻具7连通，并在孔口安装回收装置8，钻进过程中，将钻孔中的钻孔液通过回收装置8回收至第一罐体1，进行循环利用，并在回收装置8与第一罐体1之间设置振动筛6，对钻孔液中携带的矿渣进行过滤。
38.在钻孔过程中检测钻孔液中离子含量，并控制抑制剂有效成分含量大于30g/l。
39.本实施例中钻一个孔径为98mm，长度为500m的孔，钻孔液用量在6～15m3。
40.实施例2
41.本实施例与实施例1的区别在于，钻孔液的成分按如下百分数配制：
42.k2co3：0.3％，koh：0.2％，坂土粉：0.6％，cmc
‑
lv：0.5％，nh4‑
hpan：0.5％，fa
‑
367：0.5％，nfa
‑
25：3％，kcl：7％，cao：0.6％，余量为水。
43.将实施例1与实施例2的钻孔液性能进行检测，结果如下表所示：
[0044][0045]
本实施例中的钻孔液所达到的漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力指标，能更好的悬浮、携带钻渣，减少钻孔卡钻的风险。
[0046]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。