HPAM和LHP高低分子混合泥漿在地熱井鉆進中的應用

張 海 花

(山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中　030620)

?

HPAM和LHP高低分子混合泥漿在地熱井鉆進中的應用

張 海 花

(山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中030620)

摘要：以某地熱井工程為例，介紹了上覆復雜層段的泥漿選型方法，分析了HPAM和LHP高低分子混合泥漿在地熱井鉆進中的應用效果，并探討了安全鉆穿復雜層段的措施，對類似基巖深井的安全施工具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：地熱井，低分子LHP，高分子HPAM，混合泥漿，應用效果

1工程概況

1.1地質情況

某地熱井位于靈石縣靜升鎮許家坡底村村北，該地熱井設計井深1 900 m，開孔口徑400 mm，終孔口徑152 mm，開采目的層為深部奧陶系中、下統以及下寒武系巖溶裂隙含水層。主要含水巖組為奧陶系中統上、下馬家溝組、奧陶系下統亮甲山組、寒武系中、下統巖溶裂隙含水層，巖性主要由石灰巖、豹皮狀灰巖、白云質灰巖、白云巖、鮞狀灰巖、竹葉狀灰巖、泥質灰巖、角礫狀泥灰巖、泥灰巖等組成。該地熱井地處郭莊巖溶泉域東北部徑流帶上，為埋藏型巖溶水類型，碳酸鹽巖巖溶裂隙較發育，連通性較好。

1.2施工簡況

該工程于2013年4月1日正式開鉆，在井深736.89 m～796.00 m孔段，鉆遇破碎帶，孔內坍塌、掉塊嚴重，卡鉆事故頻發，無法正常鉆進，先后灌注水泥三次護壁，未能穿過這層破碎帶。針對這個“攔路虎”，經專家指導，引用了聚丙烯酰胺體系泥漿。經多次復配、試驗、調整，找到最佳配方，順利穿過了破碎帶，于孔深982.00 m，順利下入了φ244.5 mm石油套管，并完成水泥止水作業。2013年12月30日終孔，終孔深度1 936.12 m。

2泥漿復配試驗及應用效果

2.1泥漿復配試驗

1)存在的突出問題。該井開孔后，我們首先使用不分散低固相泥漿體系，發揮其低摩阻、低失水、流動性好、護壁性能強的特點。該泥漿體系主要材料為：清水、高粘纖維素、廣譜護壁劑、燒堿、鈉土等。配制的泥漿性能指標范圍：馬氏漏斗粘度28 s～40 s，相對密度1.05 g/cm3～1.15 g/cm3，APL失水量小于18 mL/(30 min)，pH值9～10，隨著鉆遇地層變化及循環時間的加長，隨時對泥漿體系的性能指標進行維護與調整。采用該泥漿體系成功的完成了上覆松散地層、二疊系地層及石炭系地層的安全鉆進與成孔，鉆進深度達630余米。

進入中奧陶峰峰組地層后，鉆至孔深736 m時，遇到破碎帶，孔內坍塌、掉塊非常嚴重，巖粉很快增多，泥漿粘度調整到45 s，孔內復雜狀況依然沒有明顯改善，卡鉆事故頻發，無法正常鉆進，先后三次灌水泥，固井造壁，也沒有安全穿過這層破碎帶。

2)泥漿復配試驗。

a.高、低分子聚丙烯酰胺單液護壁效果。我們根據聚丙烯酰胺的特性，分別使用了山東大學研制生產的低分子PAM，簡稱LHP和江蘇江都生產的高分子PAM，簡稱HPAM兩種產品。粘土使用河北磁縣粘土。首先，單獨使用了LHP化學漿液，用了8 d時間，鉆進至孔深758 m后，孔內復雜情況沒有明顯改善，事故隱患不能排除。隨后，又單獨使用了HPAM化學漿液，也用了8 d時間，鉆進至孔深776 m處，孔內復雜情況的控制仍未達到預期的效果。

b.高、低分子聚丙烯酰胺混合液護壁效果。通過咨詢有關專家，查閱相關資料，決定試用HPAM和LHP混合漿液來解決不穩定層段的安全、順利鉆進與成孔問題。單液及混合漿液不同配方使用效果對比見表1。

c.高、低分子聚丙烯酰胺混合液優選配方。經過多次試驗對比及研究分析：LHP雖然提粘絮凝能力比較弱，但降失水性能卻比

較強；HPAM提粘絮凝能力比較強，可降失水能力又較差，而將HPAM和LHP高、低分子漿液按7∶3或6∶4的比例進行混合，復配成低固相化學泥漿，很好地解決了該地熱井施工中孔內復雜層段的鉆進與成孔問題。

成孔原因分析：該復雜孔段要求泥漿具有低失水量、強絮凝能力的特性。若泥漿失水量過大，必然會導致孔壁穩定性惡化，形成惡性循環；泥漿絮凝能力太差，泥漿中有害固相不能及時排出，形成的泥餅質量太差，勢必影響其護壁質量，進而危及孔壁穩定。兩者按照優選的配方進行混合，取長補短，在基漿配方不變的情況下，形成了適合該孔復雜層段的化學泥漿體系。

d.PAM加量及配制、維護方法。PAM加量。將PAM的濃度加水稀釋成：LHP：2%，HPAM： 0.7%；水解度30%，在泥漿中的加量見表2。配制方法。現場使用PAM泥漿時，其配制方法簡單，操作簡便，用攪拌機配漿，每立方米泥漿可加粘土80 kg～120 kg，先攪拌15 min～20 min，再加入2%～3%的NaOH或Na2CO3，使pH值保持在8～9之間，攪拌10 min～15 min，再加入LHP，HPAM或者LHP與HPAM溶液攪拌5 min～10 min即可。配制出的泥漿表觀性狀：紅里透白，在陽光反射下晶瑩有澤，手感滑膩，流動時有自然花紋，濾失泥餅薄而致密光滑。維護方法。可按泥漿循環周期，適時給泥漿中加入PAM溶液，以確保其在泥漿體系中有足夠的濃度，其方法是：在泥漿循環槽緩緩加入，謹防局部絮凝和性能突變。

PAM泥漿使用效果周期長，一次加足量后在10 d～15 d內都有絮凝、沉砂能力，在使用過程中要注意清撈絮凝物、清除劣質砂屑，適時加入堿溶液，保持pH值在堿性范圍，使PAM泥漿體系基本穩定。

在熱儲層鉆進時，要密切注視由于溫度上升對泥漿體系穩定性的影響，適時適量給泥漿體系加入熱穩定處理劑。甚至，根據溫度高低，徹底更換與之相適應的泥漿體系。

3)PAM化學泥漿護孔機理初探。聚丙烯酰胺(簡稱PAM)是一種線型高分子聚合物，它的分子式(—CH2—CH)N，它的種類有膠狀，粉狀，水解和未水解之分，它的 CONH2分子量小到5萬～7萬，大到200萬～350萬不等。

PAM在堿性條件下，由羧胺基(—CONH2)轉化成羧鈉基(—COONa)；在酸性條件下產生—COOH。在PAM長分子上—COONa基的多少，即—CONH2與—COONa基的比值為PAM的水解度，一般認為比值愈大，水解度越高，與此相反，比值愈小，水解度越小。

PAM水解度小，其絮凝能力強；水解度大，不僅能提高泥漿的穩定性，而且其降失水能力要優于水解度小的PAM，通常認為：水解度在30%左右時，應用效果較為理想。

PAM泥漿防塌機理在于其分子鏈上有很多吸附基，由于滲透半徑大，吸附基與孔壁的破碎帶之間形成多點吸附，使得在孔壁上形成有長鏈分子結合的吸附壁，增加了孔壁的塑性強度。覆蓋在孔壁巖石表面的泥餅，隔水性好，粘結強度大，有阻止和抑制巖層分散、水化和膨脹作用，因此起到護壁、防塌作用。

PAM分子上的C為四面體，C—C—之夾角108°29′，C鍵可自由轉動，故具有柔順潤滑能力，它可使流阻由100降至65。PAM水解后—CONH2可絮凝泥漿中的巖屑和劣質粘土，—COONa有助于提高泥漿中優質粘土的水化能力，增強泥漿的切力與穩定性。

2.2應用效果

1)對用普通化學泥漿及兩種單液泥漿，所揭露的736 m～776 m孔段，重新造壁、護壁作用效果一般，孔壁穩定性沒有得到徹底改善。2)對剩余的776 m～796 m坍塌、破碎、穩定性很差的孔段，在使用PAM高、低分子混合泥漿后，鉆進與成孔的綜合工況環境明顯得到改善，回轉阻力減小，轉速由16轉/min～270轉/min，提高到470轉/min～670轉/min、提升負荷變輕、下鉆順暢、自如，井底巖屑較少、鉆進施工的安全隱患基本排除。3)由于使用PAM混合液泥漿徹底改善了坍塌破碎孔段的穩定性，對換徑之前的796 m～982 m孔段的安全鉆進與成孔提供了有力的保證，維修泥漿泵及斷鉆具、鉆桿的次數明顯下降，順利地鉆進至井深982 m處，并實現了安全下管與固井作業。4)由于PAM混合液泥漿在鉆進中表現出的諸多優點，為982 m～1 636 m(漏失層以上)裸眼孔段的安全鉆進與成孔提供了根本保證，提升與回轉負荷較小，強力操作工況很少。在現場主要設備能力略顯不足的情況下，圓滿、順利地完成了該地熱深井的施工任務。

3結語

1)在地熱深井或普通基巖深井施工中，使用PAM不分散低固相泥漿體系，能夠改善或解決鉆進中的一些常見問題，它具有取材方便、價格適宜、配制簡單、潤滑減阻及攜帶巖粉較強、事故發生概率低等特點，應當推廣應用。

2)對于坍塌、破碎、水敏性強的復雜孔段，選用PAM高、低分子混合泥漿，能有效地改善或解決復雜狀況，應根據不同工程的巖性特征，在分析研究的基礎上，進行改進應用，不可照搬。

3)對于深井施工項目，泥漿體系的正確選用與及時調整是關系項目成敗的關鍵技術措施之一。沒有“萬能”的泥漿體系，只有把“發現問題、分析問題、解決問題”的工作思路貫徹于施工中，才能保證深井施工項目的順利完成。

參考文獻：

[1]姜桂春.聚炳烯酰胺無固相沖洗液在復雜地層中的應用研究.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2015(1)：34-37.

[2]魏碧波.鉆井成井工藝對出水量的影響分析及技術措施.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013(1)：31-34.

[3]陳忠恒.雙聚防塌鉆井液在準格爾盆地中的應用.西部探礦工程，2015(6)：45-47.

The application of HPAM and LHP high andlow molecular mixing mud in geothermal well drilling

Zhang Haihua

(ShanxiThirdGeologicalEngineeringSurveyInstitute,Jinzhong030620,China)

Abstract: Taking a geothermal well engineering as an example, this paper introduced the mud selection method of complex overlying layer, analyzed the complex layers measures of HPAM and LHP high and low molecular mixing slurry in geothermal well drilling, had certain reference for similar bedrock deep well safety construction.

Key words: geothermal well, low molecular LHP, high molecular HPAM, mixing mud, application effect

On application of SNS flexible protective nets in high steep rocky slopes protection

Wang Hongmei

(TaiyuanJinwantongRoadSurveyandDesignCo.,Ltd,Taiyuan030032,China)

Key words:road, slope, SNS flexible protective nets, money-saving

Abstract:According to the collapses and falling rocks at the roadbed slops of some section along the coal transportation special line in Caohu-Wangjialing Industrial Park in Baode County, the paper points out the basic principle for the slope protection, illustrates its application technique in the slope protection, and points out the protective system is convenient in construction with lower cost and better landscape effect, so as to promote its application.

文章編號：1009-6825(2016)14-0070-02

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：張海花(1964- )，女，工程師

中圖分類號：P634

文獻標識碼：A