煤田地質勘探中的鉆孔沖洗介質應用

劉治成

（黑龍江省煤田地質二○四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600）

鉆孔沖洗介質是鉆進中在地表和孔內循環使用的液體、氣體或泡沫介質，又稱“沖洗液”。

1 沖洗介質的用途及其性能要求

1.1 沖洗介質的種類

1.1.1 清水

在穩定巖層中鉆進使用清水洗孔，鉆進效率高，鉆頭冷卻效果好，使用方便。

1.1.2 泥漿

泥漿是黏土分散在清水中形成的沖洗介質。鉆進不穩定巖層時，使用泥漿的護壁效果良好。

1.1.3 乳化液及乳化泥漿

小口徑金剛石鉆進時為使鉆具能開高鉆速，一般采用水包油型乳化液、乳化泥漿或表面活性劑水溶液沖洗鉆孔。

1.1.4 空氣

采用壓縮空氣或天然氣沖洗鉆孔，有利于提高機械轉速，并適應于在缺水地區及漏失地層中采用。如果采用高壓空氣作為介質，能作為動力，也可沖洗鉆孔。

1.2 沖洗介質的功能

鉆孔沖洗介質的功能是：排除鉆進中產生的巖粉并攜帶至地表，冷卻鉆頭、潤滑鉆具，保護孔壁。還有平衡地層壓力，輔助破碎巖石和提供所鉆地層的信息等功能。沖洗是預防孔壁坍塌的主要技術措施，也是治理孔壁坍塌的主要技術方法。使用強護壁性沖洗液來處理孔內坍塌或坍塌但不嚴重漏失地層時，能取得較好的效果。針對不同的地層條件和鉆探目的，要求沖洗介質有以下功能：其一，冷卻散熱能力和潤滑性能。其二，剪切稀釋功能。其三，護壁、防漏和抵御外界影響的能力。其四，不發酵變質和不腐蝕鉆具的性能。

2 鉆孔沖洗方式與沖洗液添加劑

2.1 鉆孔沖洗方式

其一，全孔正循環。即來自泵的沖洗介質通過鉆桿柱中心進入孔底，由鉆頭水口處流出，經鉆桿與孔壁間隙上返至孔口，流入地面循環槽中。由于介質流動的方向與巖粉在離心力作用下的排出方向一致，因此，有利于排除巖粉。正循環方式在鉆進施工中用的最多。

其二，全孔反循環。全孔反循環孔口一定要密封，并允許鉆桿柱能自由回轉和上下移動。因孔底介質流動的方向與巖心進入方向一致，因此，有利于提高巖礦心采取率或進行連續取心，但鉆孔漏失時則不適用。

其三，孔底局部反循環。孔底局部反循環包括噴射式反循環，無泵鉆進法和空氣生液器鉆進法等循環方式。

2.2 沖洗液護壁

隨著鉆孔加深，巖石連續暴露形成新的孔壁，失去原始狀態的平衡；同時鉆具不斷在孔內回轉、升降，會摩擦和碰撞孔壁。保護孔壁是鉆探的關鍵技術，除了在特殊孔段下套管外，常用的辦法是用沖洗液護壁。

保護孔壁穩定的實質是充分利用孔壁巖石自身的強度，并在此基礎上調整沖洗液柱壓力及其他工藝參效，來維護力學不穩定地層。對遇水不穩定巖層，要盡可能防止水對巖層的影響。

2.3 沖洗液添加劑

2.3.1 沖洗液處理的目的與要求

為使沖洗液性能適應各種地層的要求，必須對沖洗液進行處理。主要采用化學處理方法，它包括初步處理和補充處理。初步處理在泥漿造漿時進行，通過加入化學藥劑幫助黏土顆粒分散或適度絮凝，使新配制出的各種沖洗液性能指標都能達到鉆進的要求。補充處理是按鉆進工藝要求，加入化學處理劑對沖洗液性能進行調節。

需要調節的沖洗液性能主要包括：降低沖洗液的失水量，增加或降低沖洗液的黏度、切力、密度以及防漏、絮凝、乳化、發泡、消泡性能，調節沖洗液的pH，增加沖洗液的潤滑、防卡、防腐蝕、殺菌等性能。

2.3.2 沖洗液添加劑的作用機理

無機處理劑的作用原理主要是：分散作用、控制絮凝作用、調節pH、離子交換作用、有機處理劑的溶解或水解、沉淀作用、絡合作用、抑制溶解作用、形成溶膠作用。

3 各種沖洗液的適用范圍

3.1 不同巖性對沖洗液的要求

3.1.1 黏土層

黏土層易造漿，使沖洗液的密度和黏度升高，要求入井沖洗液的黏度盡可能低一些。

3.1.2 砂巖

砂巖易侵入沖洗液，使沖洗液的密度和黏度升高。要求沖洗液有較低的密度、黏度和適當高的切力，并應采用一些防坍塌性能較好的沖洗液，嚴格控制沖洗液的含砂量。

3.1.3 礫巖

礫巖膠結性極差，無黏土充填，要求沖洗液有較高的黏度和切力，應采用防塌效果好的沖洗液。

3.1.4 鹽膏層

要求沖洗液具有一定的抗鹽、抗鈣能力，并適當提高沖洗液的密度，增大靜液壓力，確保孔壁穩定。

3.2 地層物理性質對沖洗液性能的要求

A.低滲透性地層。要求沖洗液具有較低的失水量，不然形成厚泥餅會使孔徑縮小。

B.高滲透性地層。要求沖洗液具有較低的密度和較高的黏度，防漏效果好。

C.高壓油氣水層。要求沖洗液具有低失水量和密度，以提高靜液壓力避免井噴。

3.3 鉆進工藝對沖洗液性能的要求

3.3.1 噴射鉆進對沖洗液性能的要求

低密度、低含沙量和低固相含量，以減少孔底的靜壓遲效性。低黏度、低切力和低摩擦系數，以減少循環系統中的功率損失。具有剪切稀釋特性，在孔底水眼處黏度低。在環形空間可形成平板型層流，有利于攜帶巖屑和提高鉆速。

3.3.2 回轉鉆進對沖洗液性能的要求

要求低密度，減小孔底壓差，使鉆速更快。同時要求低黏度、低含沙量和適當的切力，濾失量要低，泥餅質量要高。

煤系地層沖洗液的選用要按煤系地層比較松軟和破碎的特點，鉆進過程中易出現卡鉆、坍塌等事故，因此，煤系地層可選擇最適宜的沖洗液為雙聚泥漿。其優點主要包括：固相含量少、相對密度小、黏度低，可有效提高鉆探效率；護壁攜沙能力強、潤滑性能好，能有效避免卡鉆具等事故的出現；有良好的選擇性絮凝能力，能使混入泥漿中的劣質土、巖粉聚結絮凝沉淀排出，減少鉆具的磨損。

總之，雙聚泥漿作為一種高效沖洗液，只要按規定配制、使用和管理，可以有效提高鉆進效率，滿足施工要求，大量節省經費，從而提高經濟效益。

［1］曹代勇.煤炭地質勘查與評價［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2010.

［2］魏孔明.鉆探工程［M］.北京：煤炭工業出版社，2006.