復雜地層地質鉆探的沖洗液技術

岳剛

摘要：地質鉆探沖洗液技術在復雜地層鉆探施工生產中的應用是非常重，要的，屬于地質勘探的關鍵技術之一。不僅能夠為地質勘探工作提供安全保障，還能夠確保地質勘探的工作效率與工作質量，為后續勘探工作進度的正常進行提供基本保障。

關鍵詞：復雜地層；地質鉆探；沖洗液技術

1 地質鉆探沖洗液的作用

1.1攜帶巖石碎屑

地質鉆探過程中，在鉆頭的回轉、沖擊作用下，會使巖石因破壞而于孔底形成巖粉、巖屑等沉淀物，此時為保持孔底清潔，則需利用沖洗液的攜帶作用將所產生的巖石碎屑采用正循環或者反循環形式排至地表；同時基于沖洗液觸變特性的利用，沖洗過程中可利用沖洗液的比重變化產生浮力使巖石碎屑上浮，或者使用泥漿泵的正壓力上舉、氣舉反循環的負壓吸出巖屑、巖塊而防止孔底沉渣，從而既避免埋鉆現象的發生，又能促進鉆進效率的提高。

1.2冷卻鉆頭

鉆進過程中，鉆頭所帶機械功大部分用于巖石破碎，而剩余小部分則會因與巖石摩擦而轉化為熱能，從而導致鉆頭溫度升高。例如金剛石鉆頭，其在鉆進過程中溫升可達300℃以上，如若不能及時冷卻，必然造成鉆頭因碳化作用而出現燒鉆現象，最終降低使用壽命。此時通過沖洗液的循環作用，可有效帶走鉆頭熱量，達到降溫目的，避免其因溫度過高而受損和變形。

1.3潤滑減阻

在與巖壁的摩擦作用下，高速旋轉的鉆桿、鉆具會產生較大震動現象，使動力裝置因負荷增大而降低鉆進效率。乳化沖洗液具有良好的潤滑效果，可以極大程度減小鉆桿、鉆具、鉆頭與孔壁的摩擦阻力，進而降低震動現象，減少機械能損失，確保鉆進作業平穩進行。沖洗液的潤滑減阻作用還有利于保護鉆桿鉆具不至于受到額外磨損，既減少了孔內事故的發生，又提高了生產效率。

1.4維護孔壁

由于沖洗液在循環過程中可于孔壁上形成一層較大密度的輕薄泥皮，從而起到護壁效果，防止孔壁塌陷、漏水以及井噴事故的發生，有效提升鉆進過程的安全系數。此外，對于強水敏性地層而言，部分沖洗液（如硅酸鹽沖洗液、正電膠沖洗液、優質聚合物泥漿與粗分散泥漿等）還可顯著提升孔壁穩定性，防止鉆進過程中因孔壁失穩而出現坍塌現象。

2 影響復雜地層地質鉆探沖洗液技術的因素

2.1地層地質條件

地層地質條件是影響地質鉆探沖洗液技術發揮的主要因素之一，也是選擇地質鉆探沖洗液類型、確定地質鉆探沖洗液參數的重要參考依據。針對不同的地層地質條件，所選擇的地質鉆探沖洗液種類也不盡相同。因此，在進行復雜地層地質鉆探施工之前，必須要徹底的對施工地區的地層地質條件進行勘察，主要的勘察內容有：地質年代、地層應力、巖石巖性、巖石膠性、地層完整程度、地層深度等。通過這些因素的綜合考量，確定地層情況，選擇合適的地質鉆探沖洗液。像是面對壓力地層的時候，就應該選擇充氣泥漿、泡沫泥漿來避免漏失的情況。而面對蒙脫石含量比較高的強水敏性地層，就應該選擇優質聚合泥漿等。

2.2地質鉆探沖洗液的日常維護

在進行復雜地層地質鉆探的時候，不僅要考慮地質鉆探沖洗液的選擇，還要考慮到地質鉆探沖洗液的制備和日常維護。在制備地質鉆探沖洗液之前，首先要明確地質鉆探沖洗液的特性，結合現有的配漿設備進行制作，確定相關測試儀器和配置儀器的正常運行。

2.3地質鉆探沖洗液的固控設備

固控設備主要是用于清理地質鉆探沖洗液的固相，在鉆井過程中，地質鉆探沖洗液使用時間越長，就會產生越多的固相，而這些固相也會對鉆探的過程造成一定的影響，不利于鉆探進度和鉆探質量的發展。據不完全統計，地質鉆探沖洗液產生的固相每增加1%，鉆頭的鉆速會下降5%；每清除10%的固相，能夠提升29%的鉆速。由此可見，對地質鉆探沖洗液產生的固相進行控制是非常必要的。固控設備的存在價值就是對地質鉆探沖洗液產生的固相進行控制，常用的固相控制法有機械清除、化學絮凝、沉淀除砂等。針對某種固相設備進行分析，發現處理前地質鉆探沖洗液的固相顆粒峰值為5μm-80μm，處理后地質鉆探沖洗液的固相顆粒峰值為10μm以下；處理前地質鉆探沖洗液的固相顆粒平均粒徑為22μm，處理后地質鉆探沖洗液的固相顆粒平均粒徑為5μm。

3 推動鉆探沖洗技術技術發展的策略

3.1根據地層情況滿足沖洗液設計條件

不同地層條件對沖洗液有著不同的要求，所謂的設計條件是指沖洗液配制方式，它側重于調節沖洗液性能，從而滿足不同地層的鉆探需求。例如針對破碎性地層的鉆探，由于該地層構造特殊且受到應力的作用可能出現裂縫，在沖洗液的設計方面應當考慮到裂縫的控制與孔壁的保護。因此可以選擇低固相沖洗液進行造壁。應當對破碎性地層的粘度情況進行調查，從而確定沖洗液的比重，使沖洗液能夠與地層情況相適應，保證不影響孔壁強度。

針對強水敏地層，由于該地層受到水化作用的影響，導致其中的黏土膨脹，容易引起孔壁的縮徑，使得在鉆孔過程中巖屑較為分散，使沖洗液的比重大幅度上升，從而影響流體的性能。沖洗液設計時，要充分考慮到沖洗液的失水量，會使之形成泥皮，阻擋自由水進入地層。因此，首先應當在沖洗液配置中需要加入帶有銨根離子與鉀離子的處理劑，以降低水化作用，且具備較強的吸附作用。其次，要封堵毛細血管通道，防止自由水的滲透，避免黏土的膨脹。

3.2恰當選擇鉆探沖洗液類型

復雜地層的地質鉆探，要考慮到孔壁穩定的問題，因此對沖洗液的性能與技術體系要求較高。在鉆進過程中，由于不同地層地質對沖洗液的要求存在著差異，因此應當根據實際地層特點，鉆進工藝等選擇合適的鉆探沖洗液，從而避免鉆頭的磨損，提高使用壽命，并優化鉆探效率。開展花崗巖地層的鉆探工作，首先需要實地勘察地層的地質構造，由于受到長時間風力或流水侵蝕，導致花崗巖地層內部孔壁的穩定性較差，因此可以選擇低固相沖洗液。低固相沖洗液能夠有效分離卡鉆，且在循環過程中能夠在孔壁上形成泥皮，起到保護孔壁的作用，防止出現孔壁坍塌的現象。

3.3合理搭配鉆探沖洗液配方

合適的沖洗液配制對鉆探效率以及取心質量有直接的影響，因此重視鉆探沖洗液的配方，有助于避免安全隱患，提高施工質量。對較完整地層的鉆探，配方選擇上應當優先考慮“水+皂化油或水+聚丙烯”的配制方式，這一沖洗液配方的潤滑性較高，能夠減少鉆頭的摩擦阻力，延長鉆頭的使用壽命，同時也可以提高地層的穩定性，保證施工的安全性，避免井內事故的出現。針對破碎、孔壁穩定性一般的地層鉆探，則可以采取“水+膨潤土+CMC+純堿”的沖洗液配制方式，據地層的變化，適當調節材料使用量，提高沖洗液性能，使鉆探工作能夠高效開展。針對強水敏性地層的鉆探，可以采用“水+膨潤土+純堿+磺化瀝青+磺化褐煤+酚醛樹脂+低粘纖維素+鉀鹽”的沖洗液配制方式，適當增加鉀鹽的加入量，提高沖洗液的降失水性及比重，有效地抑制孔壁巖層吸水膨脹及平衡地層壓力，使鉆探工作能夠高效展開。

結語

基于以上論述，復雜地層鉆探任務的實施對沖洗液技術要求較高，盡管該技術在復雜地層礦產開采中得到了應用，并取得了良好的成果，但是依然在體系設計、材料研制與孔壁穩定性方面存在一定的缺陷，對此仍需在實踐過程中不斷研究與不斷完善，以此更好的服務于我國礦產事業的發展。

參考文獻

[1]周志雄.復雜地層地質鉆探沖洗液技術現狀[A]..四川省地質學會2014年資料匯編[C].：四川省地質學會，2014：4.

（作者單位：遼寧省東煤地質一五五隊有限責任公司）