复杂地层钻探冲洗液技术研究

复杂地层钻探冲洗液技术研究

王吉昆

王吉昆

昆明荣盛地质勘探有限公司云南省昆明市650000

摘要：在地质钻探过程中经常遇到异常压力地层，这时就要提高冲洗液密度，平衡地层的压力，稳定孔壁。但冲洗液的密度增高会形成泥浆的流变性差、失水量大，泵压增加，进一步影响钻进效率。本文主要讲了两个方面：一、复杂地层钻探的概述，包括发展、特点及对冲洗液技术的要求；二、对复杂地层地质钻探冲洗液技术的研究与分析。

关键词：复杂地层；地质钻探；冲洗液；技术研究

在复杂地层的情况下，要控制和维护好冲洗液的性能，冲洗液的密度高会形成泥浆的总体积与液相体积差较大，冲洗液就不会保持良好的流变性能，进一步影响了钻进的效率以及施工的质量。加强冲洗液的类型选择及处理剂的使用，是解决复杂地层钻探冲洗液技术问题的首要条件[1]。

一、地质钻探概述

㈠、发展

随着社会经济的发展，我国日益对矿产资源的需求量越来越大，但开采的资源远远达不到人们的需求，只能依靠进口，这不仅浪费了我国的大量资源，还加大了经济输出。因此，我国目前加强了对矿资源的开采和开发的力度，制定了相关的矿资源勘查计划。勘查的矿源深度也在不断的加深，目前已经达到了2000m深度的地质岩心钻探孔，其中最深孔已经远远大于2700m，同时勘查的区域逐渐向西部地区扩展。同时，国家也越来越重视深部地球的研究，加大了科学研究的投入力度，并实施了有关于大陆钻探项目和柴达木盆地的资源钻探项目，还包括深部探测计划、地震钻探、白垩纪钻探和天然气钻探等钻探项目。我们所研究的钻探项目大部分位于地层断裂带或是高原冻土地带，由于钻孔的深度会远远大于3000m，而且钻探的地质条件很复杂，因而对钻探的效率、技术和取心的质量都提高了要求。面对这些较为复杂的地质条件进行钻探，使用冲洗液是首要条件，且其在技术上有很大的重要性，因此冲洗液有很大的发展潜力。

㈡、特点

地质的岩心钻探技术、地质及要求不同于石油钻井，它具有口径小、转速快、间隙小，取心质量高等特点。我国一般采取绳索取心钻对岩心钻探和科学钻探进行研究，这种方法效率快，钻口径，环空间隙小，而且冲洗液的压力高，这就要求钻探的泥浆具有较好的流动性及薄而韧质量的泥饼。我国的地矿绳索取心钻具的规格一般为：φ46mm、φ56mm、φ59mm、φ75mm、φ91mm、φ95mm，过渡规格的是φ56mm、φ91mm，常用的口径是φ59mm、φ75mm，要求钻具和环形间隙不能大于3mm。若冲洗液使用错误，就会加大流动阻力，出现蹩泵的现象，最后导致循环的漏失以及孔壁坍塌。绳索取心钻探的泵量较低，岩粉浓度高且细。通常泵量为每分钟15-30升，在地表除砂的前提下，上返液流的岩粉浓度会超过其泵量的3-5%之间，但岩粉的粒度不会超过0.074mm。由于泥浆的总体积和液相体积相差较大，且净化较差，转速高，那么产生的离心力就会大，容易在钻杆的内壁形成泥皮。这不仅影响了打捞器和取心内管总成的运行，还影响着捞取岩心的效果，因此要降低泥浆的切力和加强固控的系统。在转速较高的情况下，回转的阻力就会大，这时泥浆就需要很好的润滑性，降低钻探泥浆的粘度、切力、泥浆的总体积与液相体积差。对泥浆的指标如图表1所示。除此之外，在面对盐膏层的钻探时，要求冲洗液具有良好的抑制性、失水造壁性和抗盐钙的能力。

㈢、对冲洗液的要求

1）当泥浆的总体积与液相体积差较小或等于0时，证明没有粘土固相，此时泥浆的密度为1.0-1.02g/cm3；

2）绳索取心钻的泥浆细且散，因此入孔的泥浆总体积与液相体积差中的80%-90%以上的粒度不能大于10μm；

3）降低泥浆的粘度、切力，粘度应小于3-5mPa?s，泥浆的韧性应小于0.05-0.1MPa，流动状态应接近于静止；

4）适当的失水，有抑制水敏性地层的能力，保持失水量小于15mL；

5）泥浆的种类越少越好，简单的配制，便于维护；

6）制定固控的装置以及净化的系统，保证泥浆质量。

当绳索取心冲洗液具备这些要求时，还应加强绳索取心钻进技术对泥浆的要求：

1）减少环空动压，避免出现漏压、裂压、孔壁地层坍塌的现象；

2）环空流动尽量处于静止的状态，保持孔壁的干净，预防泥皮缩径，造成粘附卡钻的现象；

3）钻杆内够进行紊流冲刷，实现除垢和防垢的目的；

4）净化除砂特性较好，减少结垢颗粒的现象；

5）还应有堵漏的材料[2]。

二、技术研究

㈠、技术及冲洗液的选择

由于以前对矿产钻探资源的工作忽视，开展的科研工作不顺，使冲洗液技术在地质钻探的发展上有一定的约束。但目前我国又提出了地质钻探技术不同于油气井钻探的要求，不能根据冲洗液在石油钻井的技术进行研究，尤其是绳索取心的地质钻探技术。这种钻探技术在进行冲洗液时会遇到很多难题，包括：孔径较小、地层的变化大、地质复杂等，但对于石油钻井来说，它的孔径大，很难进行冲洗液的调配与维护。面对复杂的地质条件，应采用绳索取心钻进和孔底动力钻进，这两种钻进方法能够提高钻进对冲洗液的性能要求，加大冲洗液现场配制和维护的要求。冲洗液的选择、材料构成以及技术利用对于复杂地层钻探的作用都很重要，冲洗液的配置与维护，决定钻孔的效果。复杂的地层，包括强水敏性、松散破碎、盐膏层、异常压力等地层。其中强水敏性的地层，吸水容易膨胀，缩小径口，遇到水泥浆就会散，孔壁就会脱落，容易坍塌，不能控制泥浆的流变性能，形成钻速低，需排放泥浆。在地质钻探过程中经常遇到异常压力地层，这时就要提高冲洗液密度，平衡地层的压力，稳定孔壁，但冲洗液的密度高会影响良好的流变性能、钻进的效率以及施工的质量。

㈡、无固相泥浆技术

在复杂地层的钻探中，冲洗液面主要面对的技术难题是：不能使用泥浆的总体积与液相体积差解决孔壁的稳定；利用膨润土相的泥浆钻进，会加大钻杆内壁结垢。除此之外，还面临着泥浆的润滑性、抗污性、抗温性等问题的提出，现阶段较多的钻探单位对泥浆的技术要求较低，包括材料选择、配制以及使用上都有很多的错误。由于地质钻探的勘测条件简单，没有充足的固控设备，对冲洗液的配置与维护很难进行，受到极大的限制。所以，加强冲洗液的材料选择及处理剂的使用，是面对复杂地层地质钻探冲洗液技术的首要条件。采用无固相泥浆技术，不仅是为了满足孔壁的稳定，降低泥浆的成本，提高钻速，还能防止绳钻钻杆内壁出现结垢的现象。若在地质钻探中遇到胶结性较差的松散、破碎等地层，由于无固相泥浆的造壁性能低，泥浆滤失量大，不能解决孔壁的稳定问题，这就需要采用低固相泥浆技术。

㈢、固相含量

总的来看，在石油行业中国内固控技术的使用比较成熟，但对地质钻探的使用相对而言就很少。一般会通过降低冲洗液泥浆的总体积与液相体积差，即加清水或加泥浆，同时加入其他处理剂，使泥浆的容量越来越大。在固相含量较高时，冲洗液性能较差，此时必须使用新泥浆，但会加大钻进的成本，并且废浆的排放会造成环境污染，随着复杂地层地质钻探对冲洗液技术的提高，控制泥浆固相含量是目前解决泥浆技术的基本前提。

结语

无固相泥浆的总体积与液相体积差为零是现阶段绳索取心冲洗液最常用的技术。国外使用的无固相泥浆技术是由高分子聚合物配制而成，而我国除了采用水解的聚丙烯酰胺外，还使用植物胶技术等。因此对钻探的效率、技术和取心的质量都提高了要求，面对这些较为复杂的地质条件进行钻探，使用冲洗液是首要条件，在技术上有很大的重要性，因此冲洗液有很大的发展潜力。

参考文献：

[1]周志雄.复杂地层地质钻探冲洗液技术现状[J].四川地质学报，2014，（S1）：104-107.

[2]冉恒谦，张金昌，谢文卫，张永勤，宋志彬，向军文，刘凡柏，冯起赠，鄢泰宁，贾美玲，陶士先，胡继良.地质钻探技术与应用研究[J].地质学报，2011，（11）：1806-1822.

[3]水文地质钻探冲洗液成果简介[J].水文地质工程地质，2010，（04）：2.