泥浆在钻井中的使用一般原则及现场调配

肖海龙

（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

泥浆在钻井中的使用一般原则及现场调配

肖海龙

（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

北京地区生产水井钻井泥浆现状，还是以细分散泥浆体系为主的。通过一口地质条件较为复杂的地热井改细分散体系泥浆为共聚物体系泥浆的对比，揭示了泥浆工作在钻井工程中的重要性。阐述了泥浆使用要保证安全、高效、经济的原则及要注意的技术要求，要结合地层岩性、现场设备条件、钻探工艺、孔深孔径和井身设计要求等综合考虑。分类列举了针对北京地区不同地层如松散回填层、第四系砂卵石层、第四系粘泥层、完整基岩稳定地层、水敏性地层、漏失地层等所应选用的不同泥浆体系，进行了理论分析。强调不同的泥浆体系一定要与地层岩性相匹配，根据地层选择合理的泥浆体系是钻井工作能否顺利、高效完成，甚至是钻井成败的关键。对泥浆工作的现场调配与使用从试验、调配到安装布局做了原则总结，较全面的论述了现场泥浆使用中要注意的各种事项。

泥浆；地层岩性；钻探工艺

0 前言

钻井液通常又称泥浆，被喻为钻井工程的血液，可见其在钻井工程中的重要性。

我院在北京朝阳某工地施工了1眼水井，设计井深2500m，1750m以下为目的层。在目的层

1830m以下钻探中钻遇了大段的严重缩径、坍塌地层。开始使用的是常规细分散泥浆，配方为优质钠土、CMC、纯碱。结果目的层多次严重缩径、坍塌，造成了两次埋钻事故，埋进钻具两套，报废进尺400多米，耽误工期4个多月，经济损失惨重。后来，我们结合现场情况，分析了之前使用的泥浆，发现其不适合的地方主要在于失水量较大，抑制性差，遇粘泥层增稠迅速，泵压升高太快。通过仔细研究地层结构和钻时各种信息，结合现场泵量情况，制定出一套抑制性、低失水，适当比重的泥浆体系。主要是在原细分散泥浆体系的基础上，按比例加入了包被剂、共聚物、接枝淀粉、磺化沥青、随钻堵漏剂等添加剂。即把细分散体系泥浆作为基浆，向共聚物体系泥浆做了改性。该泥浆具有低失水、抑制泥岩水化分散、流动性好、携带岩粉能力强等特点，防缩颈、防塌作用明显。我们派有专人在现场调配和维护。顺利的钻穿该套地层并成功钻至设计深度2500m，高质量的完成了目的层的钻井工作。

可见，泥浆工作不仅关系着钻探工作的质量与效率，有时甚至决定了一口井的成败。

1 泥浆工作的原则

1.1 一般性原则

使用泥浆要保证安全、高效、经济，具体使用时一定要结合地层岩性、现场设备条件、钻探工艺、孔深孔径和井身设计要求等综合考虑。这就要求泥浆能起到如下作用：清除钻屑并携带出地表、稳定井壁、防缩径坍塌，同时还要有较好的流动性、润滑性、冷却性能，不毒害人员、不腐蚀设备、不侵害环境、不影响测井和洗井等工作。

1.2 不同地层常用的泥浆体系

根据以上原则，结合生产实践，构建适合北京地区的泥浆体系，包括细分散体系、共聚物体系、低固相体系、无固相体系等，作为井队钻井施工中泥浆工作的一般性指导。

（1）一开钻进开孔阶段往往会碰上一层松散回填层：该层往往会有严重的塌、漏现象，一般采用极稠的细分散体系泥浆快速钻穿，然后水泥浆灌注加固或下孔口护筒。

（2）第四系砂卵石层：使用较稠的细分散泥浆，提高粘度，增加泥浆中粘土含量，加入有机或无机增粘剂等措施来实现（乌效鸣等，2002）。根据砂卵石的密实度控制泥浆粘度，一般在40秒以上。要求小泵量，以能携带岩粉为宜，避免大泵量冲刷井壁造成坍塌失稳。

（3）第四系粘泥层：一般要求低粘度、低失水泥浆。原来使用的泥浆体系主要为钠土、CMC、纯碱，后来又加入了铵盐。但这种泥浆体系增稠现象严重，易造成除砂困难和泥包钻头等问题。后来使用低固相和无固相泥浆体系，均取得了不错的效果。无固相泥浆主要是使用聚丙烯酰胺（PAM）等絮凝剂，加上腐植酸钾（KHm)、CMC等降失水提粘；低固相泥浆主要是在原浆的基础上使用部分水解聚丙烯酰胺（PHP）或PAC141+80A51为主要添加剂，对泥浆中的固相进行选择性絮凝。这两种泥浆体系均有抑制性强、流性好、成膜作用强、润滑性好等特点，可以有效避免泥浆增稠、缩径和钻头泥包等问题。现场要求做好地面除砂工作，尽量使用大泵量。以上两种泥浆区别在于无固相泥浆进尺会更快些，但失水大、切力小，一般用于井壁稳定的浅井段。

（4）完整基岩稳定地层：这种地层要做到增速增效，降低消耗。可使用低固相或无固相泥浆。以减少泥浆材料消耗，减小钻具及泵件磨损、降低扭矩、增加钻速、延长钻头使用寿命、提高单钻头回次进尺等。

（5）水敏性地层：为不稳定地层之一，主要是粘泥包括断层泥、泥页岩及盐岩或含盐岩地层，这类地层遇水会膨胀造成缩径，还会因不均匀膨胀造成掉块坍塌。针对这类地层泥浆主要使用共聚物体系泥浆。要求做到阻止泥页岩长期吸水，使用抑制性强、低失水泥浆；控制pH值在8.5～9.5之间（鞠德平，1994）。可在基浆中添加包被剂、共聚物、降失水剂、钾盐等。如果为盐岩或含盐岩地层还可以选择盐水泥浆，添加抗盐共聚物等。如果是纯缩径地层，还要视其严重性增加扫孔工作且加大泥浆比重。如果是缩径坍塌同时存在，一般是因为地层不均匀膨胀、地层有细微裂隙或遇水溶解出裂隙，在伊利石和蒙脱石混合或盐岩地层会有这种情况。可以根据现场小型试验适当添加一些钾盐或铵盐，也可以适量加入一些防塌型随钻堵漏剂。

（6）漏失地层：地层裂隙发育，泥浆压力大于地层压力造成漏失。北京地区水井钻遇的地层大都是低压地层，可使用的比重泥浆比如微泡沫泥浆、充气泥浆等进行压力平衡钻进。不具备使用条件时使用的常规泥浆也要低比重、低切力，保持较好的流变性。在保证携砂的情况下使用小泵量，开泵不要太猛，保证流程阻力尽量小。在大口径松散地层的浅井段，也可选择低密度、高粘度的泥浆，增大漏失阻力来防漏堵漏。必要时，需采取专门的堵漏处理。粘泥和泥岩地层的漏失可使用高失水泥浆甚至注入一段清水，提钻静止，待裂隙膨胀后自动堵漏；砂岩渗漏可在泥浆中加入随钻堵漏剂或絮凝剂随钻堵漏；微小漏失可采用加入堵漏材料随钻堵漏或胶体水泥堵漏；大的漏失可采用桥接堵漏、水泥浆堵漏等。使用水泥堵漏时要根据水位、泥浆比重、漏失现象，确定堵漏压力。

北京水井施工主要涉及的是水基泥浆，而油基泥浆和气体型钻井液用的较少。水基泥浆中主要使用的是分散体系、共聚物体系、钾基钻井液体系和低固相钻井液体系，而盐水泥浆和饱和盐水泥浆只是偶尔使用。泥浆体系要与地层及工艺相对应才能事半功倍的解决钻探问题。

2 现场泥浆的调配与维护

泥浆现场调配与维护是关键环节。首先要在安装期间就充分考虑泥浆的循环调配、净化处理、排放等情况，合理布置泥浆系统。第二要养成做试验的习惯，通过做小型泥浆试验得出达到泥浆各参数所需要的各种添加剂的比例，因为不同厂家生产的添加剂性能会有差别。第三要注意各泥浆材料的加入顺序，有些添加剂加入顺序不同，作用差别是较大的，可以用小箱子按顺序调配好补入。第四要有一定预判能力，提前调配泥浆性能，比如要见到水敏性地层了，提前调节泥浆的抑制性和降低失水，将要钻遇力学坍塌地层时提前调高泥浆的比重、切力、动塑比等，预防比复杂发生之后去处理要容易的多。第五要注意水的添加，许多人现场调节泥浆时不敢加水，认为会增大失水，这是不全面的，在钻探过程中，泥浆中的水分持续渗入地层中，地层中的泥沙不断分散进泥浆，会造成泥浆固相含量高、逐渐变稠、切力高、流动性差、泥浆胶性过强、对处理剂不敏感、除砂困难等，以致泥浆老化，孔内泥皮质量变差、泥皮增厚，泵压增高等，这时就要持续、少量的补充一定的水或稀泥浆或者把处理剂溶成液状缓慢补入。第六要掌握好几个点，比如起钻前和设备没保证时不要大处理，井内情况有变化要随时改变处理方法，情况不明不要轻易处理。第七要坚持持续均匀的原则，不要一次处理过猛，要均匀、边测量边调整的处理。第八要做好记录，以利调整有据和总结提高。

3 结语

（1）一口井泥浆的选择与使用，有时能决定一口井的成败。在钻探工作中，必须足够的重视泥浆工作，这是做好泥浆工作的前提。

（2）泥浆体系的选择需要与地质条件、钻探工艺、现场实际紧密结合的。不同的地层、工艺要有针对性的使用不同的泥浆体系。这是做好泥浆工作的根本。

（3）要把握好每个现场调配与维护的环节，这是泥浆工作最终落到实处的关键，是做好泥浆工作的保证。

泥浆工作在钻井中的重要性，毋庸置疑，在接下来施工工作中，还需要我们的泥浆工作者们不断的学习、实践、探索和改进，进一步提高钻探施工工艺，并推动它广泛发展，使之产生更大的经济效益。

[1]乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等. 钻井液与岩土工程浆液[M]. 北京：中国地质大学出版社，2007.

[2]鞠德平. 钻井泥浆[M].石油工业出版社，1994.

General Using Principles and in-situ Confecting Method of Drilling Mud

XIAO Hailong
(Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering, Beijing 100048 )

In Beijing area, the scattered fine mud system is predominant for the water well drilling mud. For a geothermal well with more complicated geological conditions, the scattered and fne mud system is replaced by the copolymer system, and the result reveals that the drilling mud plays an importance in drilling engineering. The drilling mud must be used to ensure the safety, effcient, economic principles and should pay attention to the technical requirements, stratigraphic lithology, feld equipment, drilling technology, hole diameter, depth and the well body design. This paper discussed each mud system in different strata such as loose backfll layer, Quaternary sand and gravel layer, Quaternary clay loam layer, complete bedrock stratum stability, water sensitive layer, leakage layer. Finally, the mud system must be matched with the strata lithology, and the mud system is a key for drilling.

Drilling mud; strata; drilling technology

X741

A

1007-1903（2016）04-0112-03

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.021

肖海龙（1973- ），男，硕士，主要从事钻探工作。