聚磺鉆井液在煤炭資源勘探瓦斯鉆井中的應用探討

■胥宏

（甘肅煤田地質局慶陽資源勘查院甘肅慶陽745000）

聚磺鉆井液在煤炭資源勘探瓦斯鉆井中的應用探討

■胥宏

（甘肅煤田地質局慶陽資源勘查院甘肅慶陽745000）

通過在甘肅慶陽地區屬鄂爾多斯盆地煤田鉆井的應用，"聚磺鉆井液體系"具有抑制水敏性地層水化膨脹等良好性能，從而具有確保沉積巖地層鉆進安全、高效特點。本文通過對"聚磺鉆井液體系"應用與技術探討，希望能為煤炭資源勘探鉆井液發展提供些具有參考價值性依據。

聚磺鉆井液 抑制性 井壁穩定

1　前言

針對甘肅隴東地區各區塊地層巖性特征，易坍塌泥巖和煤層、瓦斯采集的準確性、井身質量、煤層保護以及長裸眼井段等對鉆井液要求，經分析與現場實驗，選用聚磺鉆井液體系能解決鉆井施工中存在的難點問題。該鉆井液抑制性強，填堵效果好，懸浮攜帶能力強，井徑擴大系數小，護臂防塌潤滑效果好，可減少井內事故發生，能達到井壁穩定，機械鉆速高，建井周期短的目的。

2　地層的巖性特征

甘肅慶陽地區屬鄂爾多斯盆地隴東斜坡隆起區塊,為高山深壑。一般黃土層厚約100～300m,為立狀土,膠結松散,分散度高，對流體沖蝕敏感，地層承壓能力差，易坍塌、漏失,漏失嚴重時可造成井口塌陷，在黃土層以下沉積的巖性以砂質泥巖為主,膠結疏松,造漿性差,也會漏失。環河組和華池組以砂巖和泥巖為主,地層穩定,可鉆性好;洛河組以砂巖、礫巖、泥巖為主,孔隙度大,滲透率高,易漏失，該地層段裂縫連通性能好,易發生井漏或地層涌水現象。安定組以泥巖夾砂巖、礫巖、泥灰巖為主,可鉆性差,存有承壓水層。安定組底部、直羅組屬砂泥巖互層，上部泥巖夾砂巖為主,中下部粗砂巖夾泥巖,下部粗砂巖為主；該層段泥巖中含大量伊蒙混層，水化不均衡，井壁不穩定，易坍塌、縮徑，造漿性差，起下鉆及電測困難，易造成沉砂卡鉆或粘卡。延安組以泥巖、砂巖夾薄煤層為主,易發生泥頁巖吸水膨脹，造成縮徑，易造漿，同時井壁易發生坍塌或漏失。

3　施工中遇到主要技術難題及對鉆井液要求

（1）黃土層沉積厚度，地層承壓能力較差，鉆井液沖蝕后，極易發生漏失，一旦發生漏失，進行堵漏工作量大，成功率不高；所以該層段要求鉆井液密度不大，粘度不高，濾失量小，潤滑性好。

（2）環河組、華池組、洛河組層段地層穩定、可鉆性好、孔隙度大,滲透率高；技術難題就是防漏失、防縮徑粘卡、防涌水；故此井段鉆進要求鉆井液具有低失水量，良好潤滑性和暫堵性。洛河層防漏失是重點，因洛河組漏層發育一般是水平裂縫和垂直裂縫，漏層裂縫發育程度和裂縫通道的多變性會導致較嚴重井漏。

（3）安定組底部、直羅組和延安組，因巖層結構因素，泥巖、泥頁巖水敏性強，均易吸水膨脹，造成坍塌、縮徑、井徑擴大、粘卡、鉆頭泥包、起下鉆遇阻等現象；防塌工作是各層段鉆進工作重點和難點。所以要求鉆井液能抑制巖層水化分散，預防坍塌，盡量降低和保持鉆井液的低失水量以及較好的流變性，有較好的造壁性能和潤滑性。

（4）在煤系地層鉆進時會遇到高溫、井漏、煤層坍塌等技術難題，同時因煤系地層存在多層煤層、煤線，煤巖彈性模量較低，抗壓、抗拉強度弱，脆性大、膠結性差，在鉆進中受到鉆井液與鉆具振動時易剝落，極易形成“糖葫蘆”井眼或產生井斜。

4　鉆井液選用與作用機理

聚磺鉆井液是將聚合物鉆井液與三磺鉆井液結合在一起而形成的鉆井液體系。其基本組成為具有強抑制性聚丙烯酰胺等有機聚合物類和磺化瀝青類、磺化褐煤、磺化酚醛樹脂等處理劑。

4.1鉆井液選用

在鉆進脆性、破碎、易坍塌、水敏性等不穩定地層時，須控制好失水量，同時提高粘度，使其具有良好流變性和排屑能力。據慶陽地區地層結構和各層段巖石發育特點，采用防塌性能好、抑制性強聚磺合物鉆井液體系，該體系配制簡單，使用與維護方便，利于防塌和防漏，提高機械鉆速，縮短鉆井周期。

4.2聚磺鉆井液優點

具有很好的抑制性和防塌能力；具有較低高溫高壓濾失量，良好造壁性及流變性；③具有良好抗高溫和抗鹽、抗鈣污染能力;④良好適宜膨潤土含量特性;⑤在易漏失層段鉆進，加入單封和超細碳酸鈣等酸溶性暫堵劑，可保護煤層及瓦斯氣層不受污染。

4.3應用效果

通過現場試驗與使用，該鉆井液具有以下優勢：性能穩定，抑制性、防塌效果好，有效地防止煤系地層的坍塌，抑制地層造漿；熱穩定性好，具有良好流變性和抗污染能力；③濾失量小，潤滑性好，泥餅質量好，井壁穩定，保證起下鉆、取芯、電測等施工順利；④大幅度地降低井內事故，提高機械鉆速，確保鉆井質量，縮短完井和鉆井周期，降低鉆井成本。

4.4聚磺鉆井液作用機理分析

4.4.1聚磺鉆井液抑制性作用機理

從防塌機理來看，這種鉆井液體系不但具有高分子聚合物包被作用和無機鹽離子作用防塌機理，且還具有磺化瀝青類強吸附與附壁作用的防塌機理。通常鉆井液體系中水溶性聚合物可很好吸附在井壁巖層或粘土礦物表面，形成一層高分子吸附膜，為此就可抑制泥頁巖水化膨脹。具體講就是利用聚合物分子形成長鏈，以多點形式吸附在井壁泥頁巖的表面，形成防止進一步滲透吸附膜，有效阻止水分子進入孔壁地層；同時又封閉泥頁巖微裂縫，增強巖層間交接強度，從而有效地抑制井壁泥頁巖粘土水化膨脹。

4.4.2封堵作用機理

主要是利用磺化瀝青處理劑中陰離子聚合物具有較強親水性特點，通過磺化瀝青所帶有負電荷與巖層裂隙邊緣上帶有的正電荷相吸，使得磺化瀝青微利粘附在井壁，初步濾失后形成優質壓縮性泥餅，從而達到阻止水滲入地層目的。

4.5聚磺鉆井液使用要點

4.5.1聚磺鉆井液性能要求

聚磺鉆井液推薦性能指標：超低固相，密度在1.02～1.05g/cm3；極細分散，入井漿液中固相粒度≤20μm的微粒應控制在80～90%；低粘低切，粘度在30～35S，屈服值≤0.05～0.1Pa，靜切力IG/10G值都趨近于零；失水量適當，具有一定抑制性，一般要求API失水量≤10～15ml/30min；PH值控制在7～9間。

4.5.2現場配制及維護

在施工現場一般由上部地層所使用的雙聚高分子鉆井液在井內轉化而成，據所測試：PH值、粘度、密度、濾失量、含沙量等鉆井液性能，利用配方按照所需量，配置成混合液加入。

在聚磺鉆井液加入前，對原雙聚鉆井液進行處理，利用上漿池的量，排掉沉淀池鉆井液到廢漿池經過后再利用，同時清理沉淀池與循環槽的沉砂。

高、中分子聚合物丙烯酸鹽類處理劑在加入前，須進行堿化處理，混合液靜置2～3小時后再加入，加入到上漿池后，須采用泥漿泵小循環。

正常鉆進時要做好鉆井液維護、凈化，并據測試鉆井液性能變化，適當調整混合液中各種處理劑配比。

若測得泥餅質量差，濾失量大，就及時增大磺甲基酚醛樹脂、磺甲基褐煤（或是磺化樹脂褐煤、磺化酚醛樹脂）及磺化瀝青粉的加量；若井壁穩定性差，有少量掉塊，抑制效果不佳，可增大高、中分子聚合物丙烯酸鹽類處理劑的加量，并適當加入鹽。

5　結束語

聚磺鉆井液經寧縣和盛荔堡煤炭資源勘查項目區塊H2105井和H2204井現場施工，取得良好效果。該體系配制簡單，使用與維護方便。良好熱穩定性好、流變性和抗污染能力，克服鉆遇高溫、井漏、縮徑等技術難題。性能穩定、防塌效果，解決在多套煤層、煤線，煤巖彈性模量較低，抗壓、抗拉強度弱，脆性大，膠結性差，受到鉆井液沖刷與鉆具振動時易剝落，極易形成“糖葫蘆”井眼等難題。濾失量小，泥餅質量好，井壁穩定，保證起下鉆、取芯、電測等施工順利。

該鉆井液體系推廣使用，提高機械鉆速，降低井內事故率，減少鉆井成本，有效縮短建井周期，確保勘探施工的順利，提高成井率和地下煤炭資源的準確評價。

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P694[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～304～1