本发明涉及环保型冲洗液
技术领域：
，具体涉及一种地质钻探环保型冲洗液体系及其制备方法。
背景技术：
：地质勘查作为国民经济建设的基础性、先行性和战略性工作，长久以来占据着举足轻重的地位，为保证国民经济持续、快速、协调发展作出了不可磨灭的贡献。然而，伴随着我国经济高速发展，大规模、粗放式的矿产勘查开发活动导致的土壤污染、水污染、空气污染、生物多样性破坏和次生地质灾害等现象屡见不鲜，环境保护与资源保障之间的矛盾日益突显。现有技术中以合成基、水基、甲基葡萄糖等为主的环保型冲洗液不能满足在高原地区煤系复杂地层钻探中的维护孔壁稳定需要，而且很难获取到环保冲洗液准确配方，且添加剂材料成本投入很大，不适合在规模程度相对较小的地质钻探工作中使用。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种地质钻探环保型冲洗液体系及其制备方法，该冲洗液体系具有较强的抑制能力，能够抑制水敏性地层的分散、造浆以及缩径等现象，具有较低的冲洗液失水量、阻止自由水进入地层，影响孔壁稳定，具备适当的比重，维持孔内压力平衡，并且具有无毒、容易生物降解，对环境影响小等绿色环保性能特点。为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种地质钻探环保型冲洗液体系，包括质量百分比为1-4％的基质、0.1-0.5％的增粘剂、0.1％-0.2％的包被剂、0.8-1％的降失水剂、0.1-0.2％的抑制剂，其余组成为清水；所述基质选自膨润土。进一步的，所述降失水剂由改性淀粉、水解铵盐、硅酸盐、封堵剂、石墨粉构成的复合型降失水剂。进一步的，一种地质钻探环保型冲洗液体系，包括质量百分比为4％的基质、0.3％的增粘剂、0.2％的包被剂、1％的降失水剂、0.2％的抑制剂，其余组成为清水。进一步的，所述膨润土为钠基膨润土；进一步的，所述增粘剂为羧丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素钠盐中的一种或两种；进一步的，所述包被剂为两性离子fa367型包被剂或人工合成fa141型包被剂中的一种或两种；进一步的，所述抑制剂为聚丙烯酸钾或硅酸钾中的一种或两种。一种地质钻探环保型冲洗液体系的制备方法，按上述质量百分比选取原料，并按照以下步骤进行制备，s1.在现场配浆搅拌罐内装入清水；s2.在清水中加入基质，并充分搅拌混合均匀；s3.向搅拌均匀的混合物中再加入增粘剂；s4.向步骤3中得到的混合物中加入降失水剂，搅拌使其溶解；s5.向步骤4中得到的混合物中加入包被剂，充分搅拌；s6.向步骤5中得到的混合物中加入抑制剂，混合搅拌完成制备。进一步的，所述的步骤s2中的搅拌时间为10-15min。所述的步骤s4中的搅拌时间为10-12min。所述的步骤s5中的搅拌时间为20-25min。所述的步骤s6中的搅拌时间为20-25min。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1.本发明选用聚丙烯酸钾或硅酸钾作为抑制剂，因为聚丙烯酸钾或硅酸钾中的钾离子具有防止水化分散、抑制缩减的作用，可以有效抑制煤系地层水敏性泥岩的水化膨胀、剥落掉块、抑制岩粉及地层黏土颗粒水化分散造浆。2.本发明选用复合型环保降水剂作为降失水剂，因为复合型环保降水剂中大量的纤维状封堵材料，可以对煤系地层中纳米级细微孔隙、裂隙进行封堵，有效防止冲洗液中自由水进入地层，稳定煤系地层泥岩孔壁岩石强度。3.本发明提供的一种地质钻探环保型冲洗液体系，其体系中中无固液分层现象，选取的原料之间相容性好，流动性好，冲洗液体系失水量较低，滤失性能良好，并能较好的改善泥饼质量。4.本发明提供的一种地质钻探环保型冲洗液体系，其体系组成原料具有良好护壁性能，组成原料来源广泛、性能稳定、并且环保无毒。5.本发明提供的一种地质钻探环保型冲洗液体系，其制备方法简单、成本低廉，方便大规模化生产，具有较好的市场推广应用价值。6.该环保型冲洗液体系生物降解性降解率≥70％；生物毒性ec50值＞10×10mg/l。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：实施例一：一种地质钻探环保型冲洗液体系，包括质量百分比为1％的基质、0.1％的增粘剂、0.1％的包被剂、0.8％的降失水剂、0.1％的抑制剂，其余组成为清水；所述基质选自膨润土；降失水剂由改性淀粉、水解铵盐、硅酸盐、封堵剂、石墨粉构成的复合型降失水剂。所述膨润土为钠基膨润土；所述增粘剂为羧丙基甲基纤维素；所述包被剂为两性离子fa367型包被剂；所述抑制剂为聚丙烯酸钾；一种地质钻探环保型冲洗液体系的制备方法，按上述质量百分比选取原料，并按照以下步骤进行制备。s1.在现场配浆搅拌罐内装入清水；s2.在清水中加入基质，并充分搅拌混合均匀；s3.向搅拌均匀的混合物中再加入增粘剂；s4.向步骤3中得到的混合物中加入降失水剂，搅拌使其溶解；s5.向步骤4中得到的混合物中加入包被剂，充分搅拌；s6.向步骤5中得到的混合物中加入抑制剂，混合搅拌完成制备。进一步的，所述的步骤s2中的搅拌时间为10min。所述的步骤s4中的搅拌时间为10min。所述的步骤s5中的搅拌时间为20min。所述的步骤s6中的搅拌时间为20min。实施例二：一种地质钻探环保型冲洗液体系，包括质量百分比为2％的基质、0.3％的增粘剂、0.15％的包被剂、0.9％的降失水剂、0.15％的抑制剂，其余组成为清水；所述基质选自膨润土；所述降失水剂由改性淀粉、水解铵盐、硅酸盐、封堵剂、石墨粉构成的复合型降失水剂。所述膨润土为钠基膨润土；所述增粘剂为羧甲基纤维素钠盐；所述包被剂为人工合成fa141型包被剂；所述抑制剂为硅酸钾。一种地质钻探环保型冲洗液体系的制备方法，按上述质量百分比选取原料，并按照以下步骤进行制备。s1.在现场配浆搅拌罐内装入清水；s2.在清水中加入基质，并充分搅拌混合均匀；s3.向搅拌均匀的混合物中再加入增粘剂；s4.向步骤3中得到的混合物中加入降失水剂，搅拌使其溶解；s5.向步骤4中得到的混合物中加入包被剂，充分搅拌；s6.向步骤5中得到的混合物中加入抑制剂，混合搅拌完成制备。进一步的，所述的步骤s2中的搅拌时间为12min。所述的步骤s4中的搅拌时间为11min。所述的步骤s5中的搅拌时间为22min。所述的步骤s6中的搅拌时间为22min。实施例三：一种地质钻探环保型冲洗液体系的制备方法，包括质量百分比为4％的基质、0.5％的增粘剂、0.2％的包被剂、1％的降失水剂、0.2％的抑制剂，其余组成为清水；所述基质选自膨润土；所述降失水剂由改性淀粉、水解铵盐、硅酸盐、封堵剂、石墨粉构成的复合型降失水剂。所述膨润土为钠基膨润土；所述增粘剂为羧丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素钠盐；所述包被剂为两性离子fa367型包被剂和人工合成fa141型包被剂；所述抑制剂为聚丙烯酸钾和硅酸钾；一种地质钻探环保型冲洗液体系的制备方法，按上述质量百分比选取原料，并按照以下步骤进行制备。s1.在现场配浆搅拌罐内装入清水；s2.在清水中加入基质，并充分搅拌混合均匀；s3.向搅拌均匀的混合物中再加入增粘剂；s4.向步骤3中得到的混合物中加入降失水剂，搅拌使其溶解；s5.向步骤4中得到的混合物中加入包被剂，充分搅拌；s6.向步骤5中得到的混合物中加入抑制剂，混合搅拌完成制备。进一步的，所述的步骤s2中的搅拌时间为15min。所述的步骤s4中的搅拌时间为12min。所述的步骤s5中的搅拌时间为25min。所述的步骤s6中的搅拌时间为25min。实施例四：一种地质钻探环保型冲洗液体系，包括质量百分比为包括质量百分比为4％的基质、0.3％的增粘剂、0.2％的包被剂、1％的降失水剂、0.2％的抑制剂，其余组成为清水；所述基质为钠基膨润土；所述降失水剂由改性淀粉、水解铵盐、硅酸盐、封堵剂、石墨粉构成的复合型降失水剂；所述增粘剂为羧丙基甲基纤维素；所述包被剂为两性离子fa367型包被剂；所述抑制剂为聚丙烯酸钾。一种地质钻探环保型冲洗液体系的制备方法，按上述质量百分比选取原料，并按照以下步骤进行制备。s1.在现场配浆搅拌罐内装入清水；s2.在清水中加入基质，并充分搅拌混合均匀；s3.向搅拌均匀的混合物中再加入增粘剂；s4.向步骤3中得到的混合物中加入降失水剂，搅拌使其溶解；s5.向步骤4中得到的混合物中加入包被剂，充分搅拌；s6.向步骤5中得到的混合物中加入抑制剂，混合搅拌完成制备。进一步的，所述的步骤s2中的搅拌时间为15min。所述的步骤s4中的搅拌时间为12min。所述的步骤s5中的搅拌时间为25min。所述的步骤s6中的搅拌时间为25min。对上述实施例四的环保型冲洗液配方进行综合性能评价1抑制性能评价煤系地层属于沉积地层，在钻探工程也被称为水敏性地层，该地层具有水化分散和水化膨胀的特征，因此冲洗液抑制性能的评价是衡量冲洗液能否满足煤系沉积地层钻探施工的重要指标，本次环保冲洗液抑制性能评价分别采用岩屑回收率实验、相对膨胀率实验、样品浸泡实验三种主要方法进行评价。1.1岩屑回收率实验环保冲洗液优选基本配方岩屑回收率评价实验，主要采用xgrl-4型高温滚子炉和lhg-2型陈化斧进行室内滚动分散实验，岩样选自青海省内木里矿区典型的煤系地层上侏罗统泥质粉砂岩，岩样从现场取来之后进行预处理，首先将吸附的杂质清除，然后用研体将岩样粉碎，再用10目和6目标准检验筛收集小于10目大于6目的颗粒，存放于广口瓶中备用。称取10-6目岩样颗粒50g放入陈化斧中，向其分别加入350ml不同的实验溶液及环保冲洗液体系溶液，将陈化斧放入滚子炉中滚动16小时，之后取出陈化斧冷却至室温，将其中冲洗液和岩屑倒入40目标准筛中筛洗，将筛余物在恒温干燥箱105°度温度下干燥4小时并在空气中放置24小时之后称重，实验结果见表1。表1岩屑回收率实验数据表配方试验液岩屑回收质量g岩屑回收率％1#水13.2526.502#7％氯化钾溶液42.6085.203#10％氯化钠溶液24.6549.304#3％硅酸钠溶液31.3562.705#3％硅酸钾溶液40.7081.506#30％氯化钠溶液30.6561.307#环保冲洗液溶液43.6587.30实验结果：由表1可以看出，环保冲洗液体系配方溶液滚动分散16小时之后岩屑回收质量为43.65克，岩屑回收率87.30％，说明能有效提高岩屑回收率，环保冲洗液溶液的岩屑回收率高于2#配方7％氯化钾溶液和4#配方3％硅酸钾溶液的岩屑回收率，说明本次室内优选的环保冲洗液体系具有很强的抑制性能及良好的抑制煤系地层泥页岩分散的功能。1.2相对膨胀率实验环保冲洗液优选基本配方相对膨胀率评价实验，主要采用np-01型页岩膨胀测试仪，岩心样品采用宁夏中卫纳基膨润土压制，在恒温干燥箱105℃条件下烘4小时，称取纳基膨润土10g，在专用压力机上加压至4mpa并维持10分钟制得人工岩心样品。将样品安装在页岩膨胀仪上，分别用不同的溶液、冲洗液、试验液浸泡岩心样品，测定6h内每小时的线膨胀量，并计算相对膨胀率和相对膨胀降低率，实验结果见表2。表2线膨胀量测定表配方试验液1h2h3h4h5h6h1#蒸馏水6.57mm8.51mm9.15mm9.52mm9.63mm9.69mm2#5％氯化钾溶液4.46mm5.78mm6.20mm6.47mm6.54mm6.58mm3#4％植物胶溶液4.00mm5.19mm5.58mm5.80mm5.87mm5.91mm4#环保冲洗液2.95mm3.82mm4.11mm4.28mm4.33mm4.36mm5#钾基冲洗液2.49mm3.23mm3.47mm3.61mm3.65mm3.68mm6#聚合物冲洗液3.35mm4.34mm4.66mm4.85mm4.91mm4.94mm表3相对膨胀率实验数据表配方试验液相对膨胀率相对膨胀降低率1#蒸馏水100％0％2#5％氯化钾溶液68％32％3#4％植物胶溶液61％39％4#环保冲洗液45％55％5#钾基冲洗液38％62％6#聚合物冲洗液51％49％实验结果：由表2、3可以看出，环保冲洗液体系配方溶液相对膨胀率45％，虽然线膨胀量与相对膨胀率高于钾基冲洗液溶液，但是低于聚合物冲洗液及其它2种溶液相对膨胀率。按膨胀率理论定义分析相对膨胀率越高、相对膨胀降低率越低，说明冲洗液抑制泥页岩水化膨胀的性能越差，反之，其抑制性能就越来，根据本次实验数据及结果表明：环保冲洗液及优选基本配方体系具有较好的的抑制性能，基本能满足煤系沉积地层钻探施工需要。1.3岩心样品浸泡实验取纳基膨润土40g，装入压力桶中放在压力机上在8mpa下压60min制成岩心样品，将岩心样品分别浸入不同试液中，观察岩心样品随时间的变化情况，实验结果见表4。表4岩心浸泡实验数据表配方试液现象1#自来水1min少量剥落、2h15`完全解体2#5％氯化钾5min少量剥落、3h完全解体3#4％植物胶3min少量剥落、6h完全解体4#1％聚合物3min少量剥落、2h30`完全解体5#环保冲洗液3min少量剥落、36h产生裂纹、48h仍未剥落6#钾基冲洗液3min少量剥落，24h产生裂纹、48h部分剥落实验结果：由表4可以看出，用环保冲洗液配方溶液浸泡的岩心样品明显比用其它试液浸泡的岩心样品稳定，48小时之后后仍未剥落，且用环保冲洗液溶液浸泡的岩心表面很硬，表明环保冲洗液能在岩心样品表面形成一个水化保护膜，从而减少溶液中自由水进入，保证样品内部力学结构稳定，防止岩心样品失稳坍塌。2砂层渗透性评价环保冲洗液优选配方砂层渗透性能评价，主要采用fa-bx渗透滤失测试仪，为了模拟冲洗液在地层中的入渗的过程，实验采用20-40目石英砂作为青海省内煤系沉积地层与新近系、固近系松散高渗透地层模拟砂床，在实验中透过杯体观察冲洗液的渗透情况，通过实验数据进一步评价不同试验液体的渗透量、侵入深度以及形成的泥饼质量，实验结果见表5。表5砂层渗透性实验数据表实验结果：由表5可以看出，3#和4#配方溶液都具有一定的减少渗透封堵作用，但是4#配方溶液加入之后封堵渗透性砂层的能力较强，模拟砂层表面能堵住，形成较致密的泥饼，但从泥饼质量来看3#和4#配方溶液的封闭砂层能力要好于1#、2#配方溶液，环保冲洗液体系4#配方溶液能在较短的时间内形成有效封闭层。从本次实验中发现，冲洗液形成泥饼的方式主要有两种：一种是在岩层的表面，冲洗液颗粒完全无法进入孔隙，出现过滤渗透，在岩层表面形成泥皮，这种情况下出渗水非常干净，几乎不带有冲洗液或土颗粒。另一种方式为，当地层孔隙比部分冲洗液中的颗粒大时，这一部分冲洗液颗粒就有可能进入地层，由于地层孔隙是一个变径通道，进入后的冲洗液中的颗粒可能堵塞在一些孔隙的狭窄部位，后续的冲洗液颗粒则无法通过而在表层聚集，最后由表层聚集转入表面聚集，而后形成泥饼+渗透带。因此，在松散、高渗透性地层中进行冲洗液性能优化选型的关键是不透水或者微透水的泥饼的形成，在泥饼形成过程中的渗透量小，说明泥饼容易形成，泥饼形成后渗透量小，说明泥饼致密，两者均小则说明泥皮质量良好。3.抗地层水污染评价环保冲洗液基础配方抗地层水污染评价，主要采用模拟地层水污染方法测试分析冲洗液性能变化，在环保冲洗液基础配方中分别加入0-20％的模拟地层水，模拟地层水取自大柴旦以东饮马峡附近的地表河水，通过测量被模拟地层水污染后的各项性能，进一步说明该环保冲洗液配方抗地层水污染能力的强弱程度，实验结果见表6。1#配方：环保型冲洗液配方溶液2#配方：环保型冲洗液配方溶液+5％模拟地层水3#配方：环保型冲洗液配方溶液+10％模拟地层水4#配方：环保型冲洗液配方溶液+15％模拟地层水5#配方：环保型冲洗液配方溶液+20％模拟地层水表6模拟地层水污染实验数据表实验结果：由表6可以看出，随着模拟地层水的不断污染，冲洗液体系的密度、漏斗粘度、表观粘度等性能逐渐稀释降低，塑性粘度、动塑比在污染量5％-15％之内变化范围较小，动切力在污染量5％-10％之内变化较小，失水量随着污染量逐渐增大。青海省煤系地层地质钻探一般采用金刚石钻头取芯钻进，钻头研磨所产生的岩粉颗粒尺寸相对较小与孔壁之间的环状间隙也小，一般塑性粘度要求在4-15mpa.s之间、动塑比0.1-0.4pa/mpa.s之间可以满足冲洗液循环过程中携带岩粉及冲洗液停止循环时悬浮岩粉需要。模拟地层水污染实验结果表明，在环保冲洗液基础配方中分别加入0-20％的模拟地层水，虽然1#至5#配方冲洗液的塑性粘度、动切力、动塑比等流变性重要参数变化均在正常需求范围之内，但是5#配方地层水污染达到20％时冲洗液滤失量增加到11ml、冲洗液密度降低至1.02g/cm3，综上所述，环保型冲洗液基本配方抗地层水污染能力及承受污染量在0-15％之内，可以满足煤系地层钻探施工需要。4.抗岩粉入侵评价环保冲洗液基础配方抗岩粉入侵评价，选用木里煤田侏罗地层泥页岩室内研磨成岩粉，在体系中分别加入5％-20％的岩粉，测量被岩屑粉污染后的各项性能，然后进行实验结果评价分析，主要分析岩粉的增加会对冲洗液的粘度造成的影响和冲洗液的稳定性能，进一步说明环保冲洗液基础配方可以抗岩粉侵入能力，实验结果见表7。1#配方：环保型冲洗液配方溶液2#配方：环保型冲洗液配方溶液+5％岩粉3#配方：环保型冲洗液配方溶液+10％岩粉4#配方：环保型冲洗液配方溶液+15％岩粉5#配方：环保型冲洗液配方溶液+20％岩粉表7抗岩粉入侵实验数据表实验结果：由表7可以看出，随着岩粉颗粒的不断入侵，冲洗液体系的密度逐渐增大，其中5#配方加入200克岩粉之后密度增至1.22g/cm3，冲洗液的表观粘度、塑性粘度、动切力、动塑比变化范围较小，1#至5#配方冲洗液失水量变化范围在8-9ml/min30之间，说明环保型冲洗液配方溶液具有较好的抑制性能及抗岩粉入侵能力，能有效控制泥页岩地层黏土颗粒吸水膨胀和岩粉分散造浆、具有较好的絮凝作用。抗岩粉入侵实验结果表明：在环保冲洗液基础配方中分别加入0-20％的岩粉，虽然冲洗液的表观粘度、塑性粘度、动切力、动塑比、滤失量等性能指标都在小范围内变化，但是对冲洗液体系流变性和稳定性影响较小，可以说明环保冲洗液基本配方优选的高分子聚合物对煤系地层岩粉分散的抑制性较好，能够有效抑制钻进过程中岩粉的入侵对冲洗液流变性能的影响。5.环保性能评价冲洗液基础配方环保性能评价，主要从生物毒性、生物降解性、重金属三个方面进行测试评价，其中生物毒性采用发光细菌法测定ec50值进行评价、生物降解性采用bod/cod比值评定方法来评价，重金属通过测定铅、锌、镉、镍、铜、总铬、钡在冲洗液体系中的有效含量进行评价，本项目环保性能检测委托由中石化胜利油田山东胜工监测技术有限公司分析测定，并出具了环保性能检测报告。5.1生物毒性评价本次研究采用发光细菌法对环保型冲洗液配方溶液进行生物毒性测试，评价指标为ec50,发光细菌的发光能力减弱一半时待评价物的浓度ec50值越大，表明待评价物毒性越低。表8油田化学剂及钻井液生物毒性分级q/sy111-2004按国家油田化学剂及钻井液生物毒性分级q/sy111-2004标准(表8)，采用生物毒性检验方法测试了室内优选的冲洗液基本配方的生物毒性，测试结果见表9，测试结果表明：环保型冲洗液配方溶液的ec50值大于＞3×104mg/l，达到直接排放标准。表9生物毒性检测数据表测试结果：由表9检测结果可以看出，冲洗液配方溶液生物毒性显示无毒，满足国家相关环保标准要求。5.2生物降解性评价本次研究采用污水处理常用的bod/cod比值评定方法来评价环保冲洗液配方溶液的生物降解性，生物降解性评价标准见表10，生物降解性检测数据见表11。表10污水处理生物降解性评价标准表11生物降解性检测数据表注：bod5代表5d生化耗氧量。测试结果：优选的环保型冲洗液配方溶液的bod5生化需氧量小于等于≤100mg/l，在污水综合排放标准规定值以内，说明优选的环保型冲洗液配方溶液可被微生物所降解，符合环保要求。5.3重金属评价冲洗液配方溶液重金属影响评价主要参考gb8978-1996《国家污水综合排放标准》第一类污染物，选择的重金属评价项目共7项，分别是铅、锌、镉、铬、镍、铜、钡，检测重金属冲洗液配方溶液中的有效含量，本次检测结果见表12。表12重金属检测数据表测试结果：优选的环保型冲洗液配方溶液的重金属含量均在gb8978-1996《国家污水综合排放标准》标准值以内，说明优选的环保型冲洗液基本配方无潜在的重金属超标污染和毒性危害，符合环保要求。以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。当前第1页12