深孔“繩鉆”沖洗液選配工藝

何建文

摘 要： 主要介紹了深孔金剛石繩索取心鉆探的沖洗液性能要求，常用沖洗液類型及工程實例應用情況。

關鍵詞： 深孔； 繩索取心鉆探； 護壁堵漏； 沖洗液。

前言

深孔金剛石繩索取心鉆探對沖洗液性能的要求更高、更嚴，相關的問題主要有：

（1）遇到力學不穩定地層和水敏性地層孔壁穩定難度大；

（2）回轉阻力大；

（3）鉆桿內壁結垢及環空壓力大：結垢會導致內管打撈困難，環空壓力增高會壓裂地層造成漏失或產生較大的壓力波動壓垮或抽跨地層；

（4）深部固體礦產鉆探多在構造破碎帶附近進行，漏失時有發生；

（5）鉆桿與孔壁間隙小，與孔壁接觸面積大，若沖洗液不能有效抑制水敏性地層吸水膨脹或沖洗液失水量大、泥皮質量差、潤滑性能差，易發生粘附卡鉆事故。

要求沖洗液應具有較低固相或無固相，有良好的護壁、潤滑、流變、堵漏性能，盡可能保持低粘度和低切力。能有效維護孔壁穩定，對水敏性地層，有較低的失水量﹑較強的抑制性；能有效降低摩擦阻力，減小回轉阻力，防止產生粘附卡鉆；能有效解決輕微及中等漏失問題，減少灌注水泥漿堵漏等工序。

1. 不分散低固相聚合物泥漿

低固相是指泥漿體系中的固相含量（造漿粘土和鉆屑等所有固相）按體積計不超過4%；所謂不分散，有3層含義：①粘土顆粒因高聚物存在而變得較粗；②對進入泥漿體系的巖屑起絮凝作用，不使其分散，利于除渣凈化泥漿；③對井壁不起分散作用而起抑制保護作用。

不分散低固相聚合物泥漿孔壁粘土顆粒膠結性好，固相含量低，能有效防止在鉆桿內結泥皮，剪切稀釋特性好，孔內清潔循環壓力小，激動壓力小，可用于鉆進坍塌地層。

2. 無固相高聚物沖洗液

無固相高聚物沖洗液依靠無機和有機的高聚物來獲得沖洗液所需的流變性和失水特性，其具有小的粘度和界面張力﹑良好的剪切稀釋特性﹑良好的紊流減阻作用﹑高效潤滑作用，較強的抑制巖屑和孔壁分散的能力，是一種適合于復雜地層深孔繩索取心鉆探采用的沖洗液類型。

實際施工中常采用的無固相高聚物沖洗液主要有：

2.1 PHP系列沖洗液

PHP是由聚丙烯酰胺（PAM）水解而成，PHP沖洗液具有較好的護壁性能，對水敏性地層可減輕泥漿濾液對地層的侵蝕作用，對破碎地層，因阻止濾液滲入裂縫和多點吸附膜的保護而不易產生坍塌掉塊。

2.2 植物膠類無固相沖洗液

植物膠在巖土表面能很快形成吸附網膜，有很好的護壁性能。但是，植物膠無固相沖洗液的粘度較高，流變參數高，細小巖粉不易沉淀清除。巖粉參與循環并積累，會引起繩索鉆桿內結皮。

2.3 含水玻璃的無固相沖洗液

使用的水玻璃模數都在4.0以下，模數高即SiO2含量高，膠團大，膠粘性強，但膠團太大時會下沉，引起水玻璃不穩定。

水玻璃對巖石的膠結作用除有SiO2凝膠與巖石表面的物理吸附作用之外，還有化學吸附作用存在，護壁性能好。但水玻璃在鉆桿和孔壁表面形成的SiO2硬質薄膜清除了原有的潤滑膜，加之沖洗液的pH值高，常用的含陰離子乳化劑的乳狀液潤滑性會變差。

當加入可使SiO2膠團凝聚的凝聚劑（如酸或銨鹽類）時，在可控的時間內使沖洗液凝成不流動的凍膠，封堵漏失層，可實現不停鉆的隨鉆堵漏。

2.4 PVA無固相沖洗液

PVA即聚乙烯醇，PVA分子在巖土顆粒表面上有很快的吸附成膜性和對巖土顆粒具有很強的膠結性，吸附到孔壁巖石的PVA聚合物，每個分子都有許多鏈節與巖石表面吸附，吸附的鏈節都有可能有多種作用力與巖石結合。吸附構型又屬“平臥式”吸附，所以吸附牢固，不易被沖刷下來，提高巖石的固結能力，起到防塌作用，

PVA沖洗液還具有攜巖﹑泥粉能力強、孔內干凈﹑潤滑作用好、機械鉆速高的特點，通過加FeCl3等助劑調整性能，使PVA分子部分產生交聯，可堵塞細小裂隙通道，堵住微裂隙漏失層。

2.5 復合型無固相沖洗液

在實際使用中，常采用兩種以上高聚物配制成復合型無固相沖洗液，從而獲得更好的沖洗液性能。如PHP—水玻璃沖洗液，PHP—PVA沖洗液等。

3. 工程實例

廣東省清遠市某度假區溫泉勘探ZK10-2孔設計孔深為1600m，實際鉆進深度1647.73m，鉆孔為直孔。鉆遇地層上部以砂礫巖﹑礫巖為主，中部以泥質頁巖﹑炭質頁巖為主，下部主要為泥質灰巖夾泥巖。

該鉆孔地層情況十分復雜，主要特點有：

（1）孔壁破碎﹑水敏﹑漏失三種復雜情況共存；

（2）501m以深幾乎全是水敏性地層，且部分巖層松散，護壁難；

（3）鉆孔中部大部分地層裂隙發育，漏失孔段長，堵漏難度大；

（4）501m～888m孔段巖層極為松散，取心難，巖心采取率低。

套管僅下至孔深183米位置，其余孔段全部采用沖洗液護壁堵漏，上部砂礫巖﹑礫巖層對沖洗液要求較低，用PHP無固相沖洗液護壁，鉆進效率高，經濟性好。501m以深后地層復雜，對沖洗液性能要求高：

（1）漏失孔段長且漏失量大，要求沖洗液有很好的堵漏性能；

（2）地層水敏性強，沖洗液須能較好地抑制泥﹑頁巖分散膨脹；

（3）孔壁穩定性差，沖洗液護壁性能要好；

（4）鉆桿在孔內回轉摩擦阻力大，鉆桿磨損嚴重，要求沖洗液潤滑性能優良；

（5）沖洗液應具有低密度﹑低粘度﹑低切力等性能，從而提高機械鉆速，提高效率；

（6）成本低，易于配制。

選用多種泥漿處理劑配制無固相沖洗液，配方如表1：

現場測得沖洗液性能參數如表2：

沖洗液性能良好，使用中能高效堵漏，抑制孔壁分散，潤滑鉆具，實現高效鉆進，達到了要求。

參考文獻：

[1] 李世忠. 鉆探工藝學[M]. 地質出版社， 1992.

[2] 孫丙倫， 陳師遜， 陶士先. 復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術探討與實踐[J]. 探礦工程（巖土鉆掘工程）， 2008， 35（5）：13-15.

[3] 王洪濤， 馬永吉， 劉瑞年. 西烏珠穆沁旗博和銅多金屬礦區大厚度破碎地層巖心鉆探技術[J]. 西部資源， 2016（5）：50-53.

[4] 桂運安， 李延平. 安徽廬樅地區打出科學鉆探最深孔[J]. 西部資源， 2013（6）.