復雜地層鉆探沖洗液技術研究

摘要：在地質鉆探過程中經常遇到異常壓力地層，這時就要提高沖洗液密度，平衡地層的壓力，穩定孔壁。但沖洗液的密度增高會形成泥漿的流變性差、失水量大，泵壓增加，進一步影響鉆進效率。本文主要講了兩個方面：一、復雜地層鉆探的概述，包括發展、特點及對沖洗液技術的要求；二、對復雜地層地質鉆探沖洗液技術的研究與分析。

關鍵詞：復雜地層；地質鉆探；沖洗液；技術研究

在復雜地層的情況下，要控制和維護好沖洗液的性能，沖洗液的密度高會形成泥漿的總體積與液相體積差較大，沖洗液就不會保持良好的流變性能，進一步影響了鉆進的效率以及施工的質量。加強沖洗液的類型選擇及處理劑的使用，是解決復雜地層鉆探沖洗液技術問題的首要條件[1]。

一、地質鉆探概述

㈠、發展

隨著社會經濟的發展，我國日益對礦產資源的需求量越來越大，但開采的資源遠遠達不到人們的需求，只能依靠進口，這不僅浪費了我國的大量資源，還加大了經濟輸出。因此，我國目前加強了對礦資源的開采和開發的力度，制定了相關的礦資源勘查計劃。勘查的礦源深度也在不斷的加深，目前已經達到了2000m深度的地質巖心鉆探孔，其中最深孔已經遠遠大于2700m，同時勘查的區域逐漸向西部地區擴展。同時，國家也越來越重視深部地球的研究，加大了科學研究的投入力度，并實施了有關于大陸鉆探項目和柴達木盆地的資源鉆探項目，還包括深部探測計劃、地震鉆探、白堊紀鉆探和天然氣鉆探等鉆探項目。我們所研究的鉆探項目大部分位于地層斷裂帶或是高原凍土地帶，由于鉆孔的深度會遠遠大于3000m，而且鉆探的地質條件很復雜，因而對鉆探的效率、技術和取心的質量都提高了要求。面對這些較為復雜的地質條件進行鉆探，使用沖洗液是首要條件，且其在技術上有很大的重要性，因此沖洗液有很大的發展潛力。

㈡、特點

地質的巖心鉆探技術、地質及要求不同于石油鉆井，它具有口徑小、轉速快、間隙小，取心質量高等特點。我國一般采取繩索取心鉆對巖心鉆探和科學鉆探進行研究，這種方法效率快，鉆口徑，環空間隙小，而且沖洗液的壓力高，這就要求鉆探的泥漿具有較好的流動性及薄而韌質量的泥餅。我國的地礦繩索取心鉆具的規格一般為：φ46mm、φ56mm、φ59mm、φ75mm、φ91mm、φ95mm，過渡規格的是φ56mm、φ91mm，常用的口徑是φ59mm、φ75mm，要求鉆具和環形間隙不能大于3mm。若沖洗液使用錯誤，就會加大流動阻力，出現蹩泵的現象，最后導致循環的漏失以及孔壁坍塌。繩索取心鉆探的泵量較低，巖粉濃度高且細。通常泵量為每分鐘15-30升，在地表除砂的前提下，上返液流的巖粉濃度會超過其泵量的3-5%之間，但巖粉的粒度不會超過0.074mm。由于泥漿的總體積和液相體積相差較大，且凈化較差，轉速高，那么產生的離心力就會大，容易在鉆桿的內壁形成泥皮。這不僅影響了打撈器和取心內管總成的運行，還影響著撈取巖心的效果，因此要降低泥漿的切力和加強固控的系統。在轉速較高的情況下，回轉的阻力就會大，這時泥漿就需要很好的潤滑性，降低鉆探泥漿的粘度、切力、泥漿的總體積與液相體積差。對泥漿的指標如圖表1所示。除此之外，在面對鹽膏層的鉆探時，要求沖洗液具有良好的抑制性、失水造壁性和抗鹽鈣的能力。

㈢、對沖洗液的要求

1）當泥漿的總體積與液相體積差較小或等于0時，證明沒有粘土固相，此時泥漿的密度為1.0-1.02g/cm3；

2）繩索取心鉆的泥漿細且散，因此入孔的泥漿總體積與液相體積差中的80%-90%以上的粒度不能大于10μm；

3）降低泥漿的粘度、切力，粘度應小于3-5mPa·s，泥漿的韌性應小于0.05-0.1M Pa，流動狀態應接近于靜止；

4）適當的失水，有抑制水敏性地層的能力，保持失水量小于15mL；

5）泥漿的種類越少越好，簡單的配制，便于維護；

6）制定固控的裝置以及凈化的系統，保證泥漿質量。

當繩索取心沖洗液具備這些要求時，還應加強繩索取心鉆進技術對泥漿的要求：

1）減少環空動壓，避免出現漏壓、裂壓、孔壁地層坍塌的現象；

2）環空流動盡量處于靜止的狀態，保持孔壁的干凈，預防泥皮縮徑，造成粘附卡鉆的現象；

3）鉆桿內夠進行紊流沖刷，實現除垢和防垢的目的；

4）凈化除砂特性較好，減少結垢顆粒的現象；

5）還應有堵漏的材料[2]。

二、技術研究

㈠、技術及沖洗液的選擇

由于以前對礦產鉆探資源的工作忽視，開展的科研工作不順，使沖洗液技術在地質鉆探的發展上有一定的約束。但目前我國又提出了地質鉆探技術不同于油氣井鉆探的要求，不能根據沖洗液在石油鉆井的技術進行研究，尤其是繩索取心的地質鉆探技術。這種鉆探技術在進行沖洗液時會遇到很多難題，包括：孔徑較小、地層的變化大、地質復雜等，但對于石油鉆井來說，它的孔徑大，很難進行沖洗液的調配與維護。面對復雜的地質條件，應采用繩索取心鉆進和孔底動力鉆進，這兩種鉆進方法能夠提高鉆進對沖洗液的性能要求，加大沖洗液現場配制和維護的要求。沖洗液的選擇、材料構成以及技術利用對于復雜地層鉆探的作用都很重要，沖洗液的配置與維護，決定鉆孔的效果。復雜的地層，包括強水敏性、松散破碎、鹽膏層、異常壓力等地層。其中強水敏性的地層，吸水容易膨脹，縮小徑口，遇到水泥漿就會散，孔壁就會脫落，容易坍塌，不能控制泥漿的流變性能，形成鉆速低，需排放泥漿。在地質鉆探過程中經常遇到異常壓力地層，這時就要提高沖洗液密度，平衡地層的壓力，穩定孔壁，但沖洗液的密度高會影響良好的流變性能、鉆進的效率以及施工的質量。

㈡、無固相泥漿技術

在復雜地層的鉆探中，沖洗液面主要面對的技術難題是：不能使用泥漿的總體積與液相體積差解決孔壁的穩定；利用膨潤土相的泥漿鉆進，會加大鉆桿內壁結垢。除此之外，還面臨著泥漿的潤滑性、抗污性、抗溫性等問題的提出，現階段較多的鉆探單位對泥漿的技術要求較低，包括材料選擇、配制以及使用上都有很多的錯誤。由于地質鉆探的勘測條件簡單，沒有充足的固控設備，對沖洗液的配置與維護很難進行，受到極大的限制。所以，加強沖洗液的材料選擇及處理劑的使用，是面對復雜地層地質鉆探沖洗液技術的首要條件。采用無固相泥漿技術，不僅是為了滿足孔壁的穩定，降低泥漿的成本，提高鉆速，還能防止繩鉆鉆桿內壁出現結垢的現象。若在地質鉆探中遇到膠結性較差的松散、破碎等地層，由于無固相泥漿的造壁性能低，泥漿濾失量大，不能解決孔壁的穩定問題，這就需要采用低固相泥漿技術。

㈢、固相含量

總的來看，在石油行業中國內固控技術的使用比較成熟，但對地質鉆探的使用相對而言就很少。一般會通過降低沖洗液泥漿的總體積與液相體積差，即加清水或加泥漿，同時加入其他處理劑，使泥漿的容量越來越大。在固相含量較高時，沖洗液性能較差，此時必須使用新泥漿，但會加大鉆進的成本，并且廢漿的排放會造成環境污染，隨著復雜地層地質鉆探對沖洗液技術的提高，控制泥漿固相含量是目前解決泥漿技術的基本前提。

結語

無固相泥漿的總體積與液相體積差為零是現階段繩索取心沖洗液最常用的技術。國外使用的無固相泥漿技術是由高分子聚合物配制而成，而我國除了采用水解的聚丙烯酰胺外，還使用植物膠技術等。因此對鉆探的效率、技術和取心的質量都提高了要求，面對這些較為復雜的地質條件進行鉆探，使用沖洗液是首要條件，在技術上有很大的重要性，因此沖洗液有很大的發展潛力。

參考文獻：

[1]周志雄.復雜地層地質鉆探沖洗液技術現狀[J].四川地質學報，2014，（S1）：104-107.

[2]冉恒謙，張金昌，謝文衛，張永勤，宋志彬，向軍文，劉凡柏，馮起贈，鄢泰寧，賈美玲，陶士先，胡繼良.地質鉆探技術與應用研究[J].地質學報，2011，（11）：1806-1822.

[3]水文地質鉆探沖洗液成果簡介[J].水文地質工程地質，2010，（04）：2.