泥浆材料在地质岩芯钻探施工中的重要性

泥浆材料在地质岩芯钻探施工中的重要性

贾卫权

甘肃省地质调查院甘肃兰州730050

摘要：地质岩芯钻探施工作业中，钻孔冲洗是地质钻探钻井的重要工艺组成部分，钻孔冲洗液统称泥浆。泥浆的科学选择与调配是地质岩芯钻探高效钻进，完整取芯，顺利终孔的根本保证。使地质岩芯钻探真正实现经济高效、节能环保、绿色勘查。

关键词：地质岩芯钻探钻孔冲洗泥浆材料泥浆泵经济高效节能环保绿色勘查

地质岩芯钻探钻进过程中，利用泥浆泵将冲洗液输入钻孔内，形成循环流动，以冷却钻头并携出岩屑，称为钻孔冲洗。钻孔冲洗是地质钻探钻井的重要工艺组成部分。钻孔冲洗液统称泥浆材料（简称泥浆）。钻孔冲洗是通过地质专用设备泥浆泵完成。可以说：泥浆泵是地质岩芯钻探钻进作业的心脏，泥浆是血液。

泥浆泵是地质钻探专用设备，是一种往复式柱塞泵，它通过曲柄连杆机构，把马达的旋转运动转换为十字头及活塞的往复直线运动，把低压的泥浆压缩成高压泥浆，在钻井过程以高压向孔底输送泥浆，用以冷却钻头、润滑钻具、稳定孔壁、冲洗孔底、从孔底返回时携带出岩屑，是地质钻探作业最重要的工艺设备之一。

钻进过程中，根据泥浆循环途径不同，钻孔冲洗可分为正循环、反循环、和孔底反循环三种类型。

1正循环是指泥浆液经钻杆钻具内输入孔底冲洗钻头后将岩粉（削）从钻具与孔壁之间的环形空隙携出地表。

2反循环与正循环相反，指泥浆液由孔口密封装置压入，经钻具与孔壁之间的环形空隙冲洗钻头后，将岩粉（屑）从钻具钻杆内返回地表。

3孔底反循环是正循环与反循环的结合，广泛应用于硬、脆、碎岩层钻进。指泥浆液经钻杆钻具内压入粗径钻具内，再经反循环钻具（或接头），使部分泥浆直接经环形空隙返回地表，部分泥浆液吸入孔底冲洗钻头后将岩粉（屑）从钻具与孔壁之间携出地表。

为保证优质高效安全地进行钻进，正确使用泥浆液具有十分重要的作用。地质钻探过程中泥浆的重要作用为:

1，清洗孔底，冷却钻头，润滑钻具，携带和悬浮岩粉（屑），防止埋钻；

2，平衡地层压力，维持孔壁稳定，防止坍塌掉块；

3，防止水敏地层（对水敏感的岩层）膨胀、崩塌、缩径、垮孔；

4，泥皮造壁，防止渗漏，堵塞孔壁孔隙，处理孔内漏水；此外，在反循环钻进中可用于输送岩芯；作为传递动力介质；传递井底信息等。

泥浆是粘土、水或油按一定比例组成的多相分散体系，一般为胶质悬浮体，根据分散相和分散介质的不同可分为水基泥浆、乳化泥浆和油基泥浆。常用的泥浆材料多为粘土类，膨润土，高岭石，海泡石，高岭土，凹凸棒石等。

由于粘土具有分散性、带电性、离子交换性及吸附性能不同。使粘土在水中的分散程度和水化程度不同。因而具有不同的内部结构，表现出一系列的性能。主要为粘度、比重、含沙量、失水量、酸碱值（PH值）、胶体率和稳定性等。在地质岩芯钻探作业现场，常用泥浆分析仪进行泥浆主要性能检测分析，根据钻孔地层岩性构成进行科学合理的调配泥浆。满足岩芯钻探钻进安全、高效、顺利钻进。

在地质岩芯钻探钻井施工中，采用单一粘土泥浆无法满足复杂地层钻孔的需要，就要在粘土泥浆中加入一定的无机或有机试剂与泥浆进行化学反应，以达到改善泥浆性能满足钻进要求的目的。此过程称泥浆的化学处理。

常用无机处理剂有碱类处理剂（氢氧化钠，氢氧化钙）、碳酸盐类处理剂（碳酸钠，碳酸氢钠）、氯化物处理剂（氯化钠，氯化钙）、硫酸盐类处理剂（硫酸钠，硫酸钙，硫酸铁）等。还有专门用于提高泥浆比重的处理剂，称加重剂。包括重晶石粉，磁铁矿粉，碳酸钡粉，石棉纤维等。

常用有机处理剂品种很多，主要按作用机理不同可分为：

1降失水剂降低泥浆失水量，如聚丙烯酸钠、纤维素等；

2稀释剂（或称减稠剂）降低泥浆的粘度和切力，如丹宁碱液等；3絮凝剂加速泥浆中有害固体的清除，如聚丙烯酰胺等;

4增稠剂在无固相或低固相泥浆中，可提高泥浆粘度，增加悬浮和携带岩屑的能力，如高聚合度水解聚丙烯酰胺；

5乳化剂（表面活性剂）稳定混油泥浆，如腐殖酸钠等；

6起泡剂稳定泡沫泥浆中的泡沫；十二烷基磺酸钠等；硬脂酸铝等；

7消泡剂使泥浆中泡沫消失防止泥浆比重降低，如硬脂酸铝等；

8减摩剂主要是减摩润滑减少钻具与孔壁的摩擦力，减少功率消耗，提高钻进效率和钻具使用寿命，有利于防卡和解卡钻具，如改质甘油三酯、126钻探润滑剂等；

9防塌剂防止孔壁坍塌和掉块，如腐殖酸钾、磺化沥青等。

泥浆制备一般用专用设备泥浆搅拌机完成，即节省人力又提高效率。制备好的泥浆是一种符合钻探要求的多相溶液，钻进过程中，由于岩粉侵入泥浆，使泥浆比重、粘度、切力和含砂量发生变化，使钻具，钻头和泥浆泵的磨损增加。钻速降低，并易造成孔内事故。因此需要对泥浆进行定时检测和循环净化处理。方法有循环系统沉砂（重力除砂）、水力旋流器和振动筛净化法。需要将泥浆净化设备接入泥浆循环系统，构成一套完整的泥浆制备净化循环系统。调制好的岩芯钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻探工艺方法和地层变化情况及钻探操作要求进行科学调配机动掌握，满足复杂地层地质岩芯钻探的需要。

复杂地层岩芯钻探钻进过程中经常发生钻孔坍塌、掉块、漏水、缩径、涌水、井喷等钻孔事故。钻进复杂地层时，应注意观察各种异常现象和发生异常的钻孔准确深度，钻机及动力机的运转状况，同时认真发现用水量消耗、水泵压力、孔内泥浆位等变化。全面分析判断钻孔内复杂情况，做出复杂地层技术处理方法。

1填充堵塞法：采用化学浆液、粘土调配泥浆等填充堵塞钻孔孔壁的裂隙孔洞，对于较大的裂隙孔洞可在泥浆中加入植物纤维絮凝材料，以堵塞并胶结裂隙。

2套管隔离法：对采用填充堵塞法无法控制的坍塌超径，老溶洞，地下河等严重漏失，可下套管封闭，并于套管底部封闭止水。

3控制液柱压力法：采用泡沫泥浆降低液柱压力防止漏失，使用加重泥浆防止井喷，采用无泵钻进及孔底局部循环通过水溶性地层和坍塌破碎地层。

4地勘专用水泥护壁堵漏：多用于坍塌严重，涌水裂隙较大的复杂地层。

综上所述，面对复杂多变的地质地层，泥浆在地质岩芯钻探钻进过程中的作用非常重要。具有清洗孔底、冷却钻头、润滑钻具、悬浮岩屑、平衡孔内压力、泥浆造壁、防止孔内坍塌、漏水等重要作用。同时根据钻孔和地层具体情况净化、调制、调配好满足地质岩芯钻探需要的泥浆。随着新材料科技的发展和钻探新工艺的创新，实现地质岩芯钻探高效钻进，完整取芯，顺利终孔。真正实现经济高效、节能环保、绿色勘查。

参考文献：

[1]汤风林《岩芯钻探学》中国地质大学出版社2009.10

[2]王扶志《地质工程钻探工艺与技术》中南大学出版社2008.8

作者简介：贾卫权男（1967——）陕西经济师长期从事地质矿产物资设备经济管理工作