復(fù)雜地層鉆探?jīng)_洗液技術(shù)研究

摘要：在地質(zhì)鉆探過程中經(jīng)常遇到異常壓力地層，這時就要提高沖洗液密度，平衡地層的壓力，穩(wěn)定孔壁。但沖洗液的密度增高會形成泥漿的流變性差、失水量大，泵壓增加，進一步影響鉆進效率。本文主要講了兩個方面：一、復(fù)雜地層鉆探的概述，包括發(fā)展、特點及對沖洗液技術(shù)的要求；二、對復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)的研究與分析。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；地質(zhì)鉆探；沖洗液；技術(shù)研究

在復(fù)雜地層的情況下，要控制和維護好沖洗液的性能，沖洗液的密度高會形成泥漿的總體積與液相體積差較大，沖洗液就不會保持良好的流變性能，進一步影響了鉆進的效率以及施工的質(zhì)量。加強沖洗液的類型選擇及處理劑的使用，是解決復(fù)雜地層鉆探?jīng)_洗液技術(shù)問題的首要條件[1]。

一、地質(zhì)鉆探概述

㈠、發(fā)展

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國日益對礦產(chǎn)資源的需求量越來越大，但開采的資源遠遠達不到人們的需求，只能依靠進口，這不僅浪費了我國的大量資源，還加大了經(jīng)濟輸出。因此，我國目前加強了對礦資源的開采和開發(fā)的力度，制定了相關(guān)的礦資源勘查計劃?？辈榈牡V源深度也在不斷的加深，目前已經(jīng)達到了2000m深度的地質(zhì)巖心鉆探孔，其中最深孔已經(jīng)遠遠大于2700m，同時勘查的區(qū)域逐漸向西部地區(qū)擴展。同時，國家也越來越重視深部地球的研究，加大了科學(xué)研究的投入力度，并實施了有關(guān)于大陸鉆探項目和柴達木盆地的資源鉆探項目，還包括深部探測計劃、地震鉆探、白堊紀鉆探和天然氣鉆探等鉆探項目。我們所研究的鉆探項目大部分位于地層斷裂帶或是高原凍土地帶，由于鉆孔的深度會遠遠大于3000m，而且鉆探的地質(zhì)條件很復(fù)雜，因而對鉆探的效率、技術(shù)和取心的質(zhì)量都提高了要求。面對這些較為復(fù)雜的地質(zhì)條件進行鉆探，使用沖洗液是首要條件，且其在技術(shù)上有很大的重要性，因此沖洗液有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

㈡、特點

地質(zhì)的巖心鉆探技術(shù)、地質(zhì)及要求不同于石油鉆井，它具有口徑小、轉(zhuǎn)速快、間隙小，取心質(zhì)量高等特點。我國一般采取繩索取心鉆對巖心鉆探和科學(xué)鉆探進行研究，這種方法效率快，鉆口徑，環(huán)空間隙小，而且沖洗液的壓力高，這就要求鉆探的泥漿具有較好的流動性及薄而韌質(zhì)量的泥餅。我國的地礦繩索取心鉆具的規(guī)格一般為：φ46mm、φ56mm、φ59mm、φ75mm、φ91mm、φ95mm，過渡規(guī)格的是φ56mm、φ91mm，常用的口徑是φ59mm、φ75mm，要求鉆具和環(huán)形間隙不能大于3mm。若沖洗液使用錯誤，就會加大流動阻力，出現(xiàn)蹩泵的現(xiàn)象，最后導(dǎo)致循環(huán)的漏失以及孔壁坍塌。繩索取心鉆探的泵量較低，巖粉濃度高且細。通常泵量為每分鐘15-30升，在地表除砂的前提下，上返液流的巖粉濃度會超過其泵量的3-5%之間，但巖粉的粒度不會超過0.074mm。由于泥漿的總體積和液相體積相差較大，且凈化較差，轉(zhuǎn)速高，那么產(chǎn)生的離心力就會大，容易在鉆桿的內(nèi)壁形成泥皮。這不僅影響了打撈器和取心內(nèi)管總成的運行，還影響著撈取巖心的效果，因此要降低泥漿的切力和加強固控的系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速較高的情況下，回轉(zhuǎn)的阻力就會大，這時泥漿就需要很好的潤滑性，降低鉆探泥漿的粘度、切力、泥漿的總體積與液相體積差。對泥漿的指標(biāo)如圖表1所示。除此之外，在面對鹽膏層的鉆探時，要求沖洗液具有良好的抑制性、失水造壁性和抗鹽鈣的能力。

㈢、對沖洗液的要求

1）當(dāng)泥漿的總體積與液相體積差較小或等于0時，證明沒有粘土固相，此時泥漿的密度為1.0-1.02g/cm3；

2）繩索取心鉆的泥漿細且散，因此入孔的泥漿總體積與液相體積差中的80%-90%以上的粒度不能大于10μm；

3）降低泥漿的粘度、切力，粘度應(yīng)小于3-5mPa·s，泥漿的韌性應(yīng)小于0.05-0.1M Pa，流動狀態(tài)應(yīng)接近于靜止；

4）適當(dāng)?shù)氖?，有抑制水敏性地層的能力，保持失水量小?5mL；

5）泥漿的種類越少越好，簡單的配制，便于維護；

6）制定固控的裝置以及凈化的系統(tǒng)，保證泥漿質(zhì)量。

當(dāng)繩索取心沖洗液具備這些要求時，還應(yīng)加強繩索取心鉆進技術(shù)對泥漿的要求：

1）減少環(huán)空動壓，避免出現(xiàn)漏壓、裂壓、孔壁地層坍塌的現(xiàn)象；

2）環(huán)空流動盡量處于靜止的狀態(tài)，保持孔壁的干凈，預(yù)防泥皮縮徑，造成粘附卡鉆的現(xiàn)象；

3）鉆桿內(nèi)夠進行紊流沖刷，實現(xiàn)除垢和防垢的目的；

4）凈化除砂特性較好，減少結(jié)垢顆粒的現(xiàn)象；

5）還應(yīng)有堵漏的材料[2]。

二、技術(shù)研究

㈠、技術(shù)及沖洗液的選擇

由于以前對礦產(chǎn)鉆探資源的工作忽視，開展的科研工作不順，使沖洗液技術(shù)在地質(zhì)鉆探的發(fā)展上有一定的約束。但目前我國又提出了地質(zhì)鉆探技術(shù)不同于油氣井鉆探的要求，不能根據(jù)沖洗液在石油鉆井的技術(shù)進行研究，尤其是繩索取心的地質(zhì)鉆探技術(shù)。這種鉆探技術(shù)在進行沖洗液時會遇到很多難題，包括：孔徑較小、地層的變化大、地質(zhì)復(fù)雜等，但對于石油鉆井來說，它的孔徑大，很難進行沖洗液的調(diào)配與維護。面對復(fù)雜的地質(zhì)條件，應(yīng)采用繩索取心鉆進和孔底動力鉆進，這兩種鉆進方法能夠提高鉆進對沖洗液的性能要求，加大沖洗液現(xiàn)場配制和維護的要求。沖洗液的選擇、材料構(gòu)成以及技術(shù)利用對于復(fù)雜地層鉆探的作用都很重要，沖洗液的配置與維護，決定鉆孔的效果。復(fù)雜的地層，包括強水敏性、松散破碎、鹽膏層、異常壓力等地層。其中強水敏性的地層，吸水容易膨脹，縮小徑口，遇到水泥漿就會散，孔壁就會脫落，容易坍塌，不能控制泥漿的流變性能，形成鉆速低，需排放泥漿。在地質(zhì)鉆探過程中經(jīng)常遇到異常壓力地層，這時就要提高沖洗液密度，平衡地層的壓力，穩(wěn)定孔壁，但沖洗液的密度高會影響良好的流變性能、鉆進的效率以及施工的質(zhì)量。

㈡、無固相泥漿技術(shù)

在復(fù)雜地層的鉆探中，沖洗液面主要面對的技術(shù)難題是：不能使用泥漿的總體積與液相體積差解決孔壁的穩(wěn)定；利用膨潤土相的泥漿鉆進，會加大鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢。除此之外，還面臨著泥漿的潤滑性、抗污性、抗溫性等問題的提出，現(xiàn)階段較多的鉆探單位對泥漿的技術(shù)要求較低，包括材料選擇、配制以及使用上都有很多的錯誤。由于地質(zhì)鉆探的勘測條件簡單，沒有充足的固控設(shè)備，對沖洗液的配置與維護很難進行，受到極大的限制。所以，加強沖洗液的材料選擇及處理劑的使用，是面對復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)的首要條件。采用無固相泥漿技術(shù)，不僅是為了滿足孔壁的穩(wěn)定，降低泥漿的成本，提高鉆速，還能防止繩鉆鉆桿內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象。若在地質(zhì)鉆探中遇到膠結(jié)性較差的松散、破碎等地層，由于無固相泥漿的造壁性能低，泥漿濾失量大，不能解決孔壁的穩(wěn)定問題，這就需要采用低固相泥漿技術(shù)。

㈢、固相含量

總的來看，在石油行業(yè)中國內(nèi)固控技術(shù)的使用比較成熟，但對地質(zhì)鉆探的使用相對而言就很少。一般會通過降低沖洗液泥漿的總體積與液相體積差，即加清水或加泥漿，同時加入其他處理劑，使泥漿的容量越來越大。在固相含量較高時，沖洗液性能較差，此時必須使用新泥漿，但會加大鉆進的成本，并且廢漿的排放會造成環(huán)境污染，隨著復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探對沖洗液技術(shù)的提高，控制泥漿固相含量是目前解決泥漿技術(shù)的基本前提。

結(jié)語

無固相泥漿的總體積與液相體積差為零是現(xiàn)階段繩索取心沖洗液最常用的技術(shù)。國外使用的無固相泥漿技術(shù)是由高分子聚合物配制而成，而我國除了采用水解的聚丙烯酰胺外，還使用植物膠技術(shù)等。因此對鉆探的效率、技術(shù)和取心的質(zhì)量都提高了要求，面對這些較為復(fù)雜的地質(zhì)條件進行鉆探，使用沖洗液是首要條件，在技術(shù)上有很大的重要性，因此沖洗液有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻：

[1]周志雄.復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)現(xiàn)狀[J].四川地質(zhì)學(xué)報，2014，（S1）：104-107.

[2]冉恒謙，張金昌，謝文衛(wèi)，張永勤，宋志彬，向軍文，劉凡柏，馮起贈，鄢泰寧，賈美玲，陶士先，胡繼良.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報，2011，（11）：1806-1822.

[3]水文地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液成果簡介[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，（04）：2.