HPAM和LHP高低分子混合泥浆在地热井钻进中的应用

张 海 花

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中　030620)



HPAM和LHP高低分子混合泥浆在地热井钻进中的应用

张 海 花

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中030620)

摘要：以某地热井工程为例，介绍了上覆复杂层段的泥浆选型方法，分析了HPAM和LHP高低分子混合泥浆在地热井钻进中的应用效果，并探讨了安全钻穿复杂层段的措施，对类似基岩深井的安全施工具有一定的借鉴作用。

关键词：地热井，低分子LHP，高分子HPAM，混合泥浆，应用效果

1工程概况

1.1地质情况

某地热井位于灵石县静升镇许家坡底村村北，该地热井设计井深1 900 m，开孔口径400 mm，终孔口径152 mm，开采目的层为深部奥陶系中、下统以及下寒武系岩溶裂隙含水层。主要含水岩组为奥陶系中统上、下马家沟组、奥陶系下统亮甲山组、寒武系中、下统岩溶裂隙含水层，岩性主要由石灰岩、豹皮状灰岩、白云质灰岩、白云岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩、泥质灰岩、角砾状泥灰岩、泥灰岩等组成。该地热井地处郭庄岩溶泉域东北部径流带上，为埋藏型岩溶水类型，碳酸盐岩岩溶裂隙较发育，连通性较好。

1.2施工简况

该工程于2013年4月1日正式开钻，在井深736.89 m～796.00 m孔段，钻遇破碎带，孔内坍塌、掉块严重，卡钻事故频发，无法正常钻进，先后灌注水泥三次护壁，未能穿过这层破碎带。针对这个“拦路虎”，经专家指导，引用了聚丙烯酰胺体系泥浆。经多次复配、试验、调整，找到最佳配方，顺利穿过了破碎带，于孔深982.00 m，顺利下入了φ244.5 mm石油套管，并完成水泥止水作业。2013年12月30日终孔，终孔深度1 936.12 m。

2泥浆复配试验及应用效果

2.1泥浆复配试验

1)存在的突出问题。该井开孔后，我们首先使用不分散低固相泥浆体系，发挥其低摩阻、低失水、流动性好、护壁性能强的特点。该泥浆体系主要材料为：清水、高粘纤维素、广谱护壁剂、烧碱、钠土等。配制的泥浆性能指标范围：马氏漏斗粘度28 s～40 s，相对密度1.05 g/cm3～1.15 g/cm3，APL失水量小于18 mL/(30 min)，pH值9～10，随着钻遇地层变化及循环时间的加长，随时对泥浆体系的性能指标进行维护与调整。采用该泥浆体系成功的完成了上覆松散地层、二叠系地层及石炭系地层的安全钻进与成孔，钻进深度达630余米。

进入中奥陶峰峰组地层后，钻至孔深736 m时，遇到破碎带，孔内坍塌、掉块非常严重，岩粉很快增多，泥浆粘度调整到45 s，孔内复杂状况依然没有明显改善，卡钻事故频发，无法正常钻进，先后三次灌水泥，固井造壁，也没有安全穿过这层破碎带。

2)泥浆复配试验。

a.高、低分子聚丙烯酰胺单液护壁效果。我们根据聚丙烯酰胺的特性，分别使用了山东大学研制生产的低分子PAM，简称LHP和江苏江都生产的高分子PAM，简称HPAM两种产品。粘土使用河北磁县粘土。首先，单独使用了LHP化学浆液，用了8 d时间，钻进至孔深758 m后，孔内复杂情况没有明显改善，事故隐患不能排除。随后，又单独使用了HPAM化学浆液，也用了8 d时间，钻进至孔深776 m处，孔内复杂情况的控制仍未达到预期的效果。

b.高、低分子聚丙烯酰胺混合液护壁效果。通过咨询有关专家，查阅相关资料，决定试用HPAM和LHP混合浆液来解决不稳定层段的安全、顺利钻进与成孔问题。单液及混合浆液不同配方使用效果对比见表1。

c.高、低分子聚丙烯酰胺混合液优选配方。经过多次试验对比及研究分析：LHP虽然提粘絮凝能力比较弱，但降失水性能却比

较强；HPAM提粘絮凝能力比较强，可降失水能力又较差，而将HPAM和LHP高、低分子浆液按7∶3或6∶4的比例进行混合，复配成低固相化学泥浆，很好地解决了该地热井施工中孔内复杂层段的钻进与成孔问题。

成孔原因分析：该复杂孔段要求泥浆具有低失水量、强絮凝能力的特性。若泥浆失水量过大，必然会导致孔壁稳定性恶化，形成恶性循环；泥浆絮凝能力太差，泥浆中有害固相不能及时排出，形成的泥饼质量太差，势必影响其护壁质量，进而危及孔壁稳定。两者按照优选的配方进行混合，取长补短，在基浆配方不变的情况下，形成了适合该孔复杂层段的化学泥浆体系。

d.PAM加量及配制、维护方法。PAM加量。将PAM的浓度加水稀释成：LHP：2%，HPAM： 0.7%；水解度30%，在泥浆中的加量见表2。配制方法。现场使用PAM泥浆时，其配制方法简单，操作简便，用搅拌机配浆，每立方米泥浆可加粘土80 kg～120 kg，先搅拌15 min～20 min，再加入2%～3%的NaOH或Na2CO3，使pH值保持在8～9之间，搅拌10 min～15 min，再加入LHP，HPAM或者LHP与HPAM溶液搅拌5 min～10 min即可。配制出的泥浆表观性状：红里透白，在阳光反射下晶莹有泽，手感滑腻，流动时有自然花纹，滤失泥饼薄而致密光滑。维护方法。可按泥浆循环周期，适时给泥浆中加入PAM溶液，以确保其在泥浆体系中有足够的浓度，其方法是：在泥浆循环槽缓缓加入，谨防局部絮凝和性能突变。

PAM泥浆使用效果周期长，一次加足量后在10 d～15 d内都有絮凝、沉砂能力，在使用过程中要注意清捞絮凝物、清除劣质砂屑，适时加入碱溶液，保持pH值在碱性范围，使PAM泥浆体系基本稳定。

在热储层钻进时，要密切注视由于温度上升对泥浆体系稳定性的影响，适时适量给泥浆体系加入热稳定处理剂。甚至，根据温度高低，彻底更换与之相适应的泥浆体系。

3)PAM化学泥浆护孔机理初探。聚丙烯酰胺(简称PAM)是一种线型高分子聚合物，它的分子式(—CH2—CH)N，它的种类有胶状，粉状，水解和未水解之分，它的 CONH2分子量小到5万～7万，大到200万～350万不等。

PAM在碱性条件下，由羧胺基(—CONH2)转化成羧钠基(—COONa)；在酸性条件下产生—COOH。在PAM长分子上—COONa基的多少，即—CONH2与—COONa基的比值为PAM的水解度，一般认为比值愈大，水解度越高，与此相反，比值愈小，水解度越小。

PAM水解度小，其絮凝能力强；水解度大，不仅能提高泥浆的稳定性，而且其降失水能力要优于水解度小的PAM，通常认为：水解度在30%左右时，应用效果较为理想。

PAM泥浆防塌机理在于其分子链上有很多吸附基，由于渗透半径大，吸附基与孔壁的破碎带之间形成多点吸附，使得在孔壁上形成有长链分子结合的吸附壁，增加了孔壁的塑性强度。覆盖在孔壁岩石表面的泥饼，隔水性好，粘结强度大，有阻止和抑制岩层分散、水化和膨胀作用，因此起到护壁、防塌作用。

PAM分子上的C为四面体，C—C—之夹角108°29′，C键可自由转动，故具有柔顺润滑能力，它可使流阻由100降至65。PAM水解后—CONH2可絮凝泥浆中的岩屑和劣质粘土，—COONa有助于提高泥浆中优质粘土的水化能力，增强泥浆的切力与稳定性。

2.2应用效果

1)对用普通化学泥浆及两种单液泥浆，所揭露的736 m～776 m孔段，重新造壁、护壁作用效果一般，孔壁稳定性没有得到彻底改善。2)对剩余的776 m～796 m坍塌、破碎、稳定性很差的孔段，在使用PAM高、低分子混合泥浆后，钻进与成孔的综合工况环境明显得到改善，回转阻力减小，转速由16转/min～270转/min，提高到470转/min～670转/min、提升负荷变轻、下钻顺畅、自如，井底岩屑较少、钻进施工的安全隐患基本排除。3)由于使用PAM混合液泥浆彻底改善了坍塌破碎孔段的稳定性，对换径之前的796 m～982 m孔段的安全钻进与成孔提供了有力的保证，维修泥浆泵及断钻具、钻杆的次数明显下降，顺利地钻进至井深982 m处，并实现了安全下管与固井作业。4)由于PAM混合液泥浆在钻进中表现出的诸多优点，为982 m～1 636 m(漏失层以上)裸眼孔段的安全钻进与成孔提供了根本保证，提升与回转负荷较小，强力操作工况很少。在现场主要设备能力略显不足的情况下，圆满、顺利地完成了该地热深井的施工任务。

3结语

1)在地热深井或普通基岩深井施工中，使用PAM不分散低固相泥浆体系，能够改善或解决钻进中的一些常见问题，它具有取材方便、价格适宜、配制简单、润滑减阻及携带岩粉较强、事故发生概率低等特点，应当推广应用。

2)对于坍塌、破碎、水敏性强的复杂孔段，选用PAM高、低分子混合泥浆，能有效地改善或解决复杂状况，应根据不同工程的岩性特征，在分析研究的基础上，进行改进应用，不可照搬。

3)对于深井施工项目，泥浆体系的正确选用与及时调整是关系项目成败的关键技术措施之一。没有“万能”的泥浆体系，只有把“发现问题、分析问题、解决问题”的工作思路贯彻于施工中，才能保证深井施工项目的顺利完成。

参考文献：

[1]姜桂春.聚炳烯酰胺无固相冲洗液在复杂地层中的应用研究.探矿工程(岩土钻掘工程)，2015(1)：34-37.

[2]魏碧波.钻井成井工艺对出水量的影响分析及技术措施.探矿工程(岩土钻掘工程)，2013(1)：31-34.

[3]陈忠恒.双聚防塌钻井液在准格尔盆地中的应用.西部探矿工程，2015(6)：45-47.

The application of HPAM and LHP high andlow molecular mixing mud in geothermal well drilling

Zhang Haihua

(ShanxiThirdGeologicalEngineeringSurveyInstitute,Jinzhong030620,China)

Abstract: Taking a geothermal well engineering as an example, this paper introduced the mud selection method of complex overlying layer, analyzed the complex layers measures of HPAM and LHP high and low molecular mixing slurry in geothermal well drilling, had certain reference for similar bedrock deep well safety construction.

Key words: geothermal well, low molecular LHP, high molecular HPAM, mixing mud, application effect

On application of SNS flexible protective nets in high steep rocky slopes protection

Wang Hongmei

(TaiyuanJinwantongRoadSurveyandDesignCo.,Ltd,Taiyuan030032,China)

Key words:road, slope, SNS flexible protective nets, money-saving

Abstract:According to the collapses and falling rocks at the roadbed slops of some section along the coal transportation special line in Caohu-Wangjialing Industrial Park in Baode County, the paper points out the basic principle for the slope protection, illustrates its application technique in the slope protection, and points out the protective system is convenient in construction with lower cost and better landscape effect, so as to promote its application.

文章编号：1009-6825(2016)14-0070-02

收稿日期：2016-03-05

作者简介：张海花(1964- )，女，工程师

中图分类号：P634

文献标识码：A