聚合物无固相泥浆在煤田地质钻探中的应用研究

2016-04-14李勇

地球 2016年8期

关键词：钻屑煤田钻井液

■李勇

（甘肃煤田地质局一四五队甘肃张掖734000）

聚合物无固相泥浆在煤田地质钻探中的应用研究

■李勇

（甘肃煤田地质局一四五队甘肃张掖734000）

本文首先阐述聚合物无固相泥浆的适用地层和性能特点，进而对煤田钻井液技术难点进行分析，最后介绍聚合物无固相泥浆钻井液体系及应用。

聚合物无固相泥浆煤田地质钻探应用研究

1　前言

在钻井技术应用广泛的煤田行业，钻井液的要求条件较为严格，钻井液的好坏影响着钻井的速度，钻头的使用寿命，钻井井壁的质量等，我国煤田行业一直在聚合物钻井液，目前常用的聚合物无固相泥浆钻井液由于其固相含量低，钻井性能卓著，抑制性能强，满足煤田行业钻井施工的多项要求，创造了良好的经济效益，受到煤田和石油钻井业的一致好评。

2　聚合物无固相泥浆的适用地层和性能特点

2.1聚合物无固相泥浆的适用地层

实践表明，聚合物无固相泥浆适用于大西铁路客专渭洛河特大桥桥址处所有地质层，主要为第四系全新统冲积黏质黄土、砂质黄土、细砂、中砂、粗砂、砾砂和冲积粉质黏土、粉土及第四系上更新统冲积粉质黏土，细砂、中砂、粗砂、砾砂、粉土和冲湖积粉质黏土、粉土，以及部分不良地质、特殊岩土层（液化性土层、湿陷性黄土、松软土）［1］。煤层钻探的目的层是煤层，煤层节理、微裂缝发育，胶结疏松，脆性大，容易发生破裂造成坍塌。含煤岩层水敏性强，毛细效应突出，容易吸附水。含煤岩系中的粘土、泥岩等遇水后极易产生吸水膨胀、崩塌，常造成钻孔坍塌、埋钻等事故。所以煤层段的防塌、堵漏就成了无固相钻井液技术的重点。

2.2聚合物无固相泥浆的性能特点

（1）配制简单：采用“清水+碱+聚合物”配制泥浆便于现场操作。

（2）护壁性强：钻孔过程中，在孔壁周围形成了一层薄的半透明的糊状保护层，加强了钻孔作业中孔壁强度，固壁性强，有效防止了地下水渗透。

（3）沉渣速度快：一是聚合物无固相泥浆在较低的浓度条件下即可创造极佳的粘度环境，其越均匀粘度就越强，沉淀凝聚速度也就越快。旋挖钻在钻孔过程中钻具（钻杆、钻头）的连续运动使孔内泥浆形成了二次搅拌，提高了钻屑黏聚能力，利于钻屑快速清除出钻孔，也避免钻孔施工中出现埋钻、埋杆、孔壁塌方等事故，有效提高钻进速度和成孔效率。施工中大量实际统计数据表明，在钻孔完毕后静停15～40分钟，再用旋挖钻头捞取一次沉渣，即可达到灌注前沉渣厚度控制在高速铁路验标要求的10cm以内［2］。

3　煤田钻井液技术难点分析

3.1井壁稳定性

通过钻井现场取出的岩心观察，上部比较完整，下部比较破碎，呈块状，片状，而且煤层中部还含有一层夹矸。煤岩内外生裂隙发育，形成多期裂缝。而且煤机械强度弱，脆而软，即容易出现压性破裂又易张性破裂。因此，在煤层段施工水平井，煤层水平段的井壁稳定是水平井工艺的关键。先前，煤层气水平井使用清水钻进，清水在井壁不能形成有效的泥饼来支撑井壁，故存在很大的井壁失稳风险。

3.2煤层保护

煤层气和天然气的储层不同，主要表现在煤层孔隙和裂隙发育；而且煤层一般是低压储层；机械强度低，应力敏感，低渗透率，煤层中的水容易与外来的流体发生化学反应等等。因此，在钻井施工过程中，钻井液的固相颗粒、处理剂分子流体的入侵、煤层的长时间浸泡以及钻井液的液柱压力都会对煤层产生影响。而且在煤层段也极易发生井漏的风险。

4　聚合物无固相泥浆钻井液体系及应用

4.1无固相聚合物钻井液体系

针对上部地层特点，配制高粘度高切力的膨润土浆，提高携砂能力，稳定井眼，防止漏失。进入下部地层和煤层水平段，由于煤层上部地层比较古老，钻速慢，容易形成很细的钻屑，增加钻井液的密度，进而增加了漏失的风险，针对这种情况，我们在钻井液中加入一定量的聚合物NH4HPAN和KPAM进行处理，改成无固相聚合物钻井液，这种钻井液滤失量小，絮凝能力强，固相容易分离，易于维持低密度，能够很好的起到防漏和防塌能力，在钻进中及时补充聚合物让其含量始终维持在2%左右。维持钻井液的粘度控制在45～50s，API失水控制在在3ml以内，pH值控制在7～8，固相含量控制在5%以下。这种钻井液体系在煤层段钻进中，钻井液能够迅速在井壁形成一层薄而致密的泥饼，可以有效的封堵煤层的微裂缝，并在水平段长时可以在钻井液中加入5%的乳化石蜡，来提高其润滑性，而且该钻井液的API失水可以控制在3ml以内，这样可以尽量减小滤液对煤层的侵害。而且无固相钻井液体系可以很好的控制其动速比，进而加强钻井液的携岩能力，保证井眼清洁。

4.2应用实例

ZK020是该矿段的一口钻井，孔深设计是490m，使用XY-4型钻机，采用金刚石绳索取心钻进。当钻进到313m时，钻孔漏失严重，钻井液损失过大。当钻进到315m时，钻孔漏失现象依然严重。由于即将进入煤层钻进，所以要求通过钻井液性能的调节来维持钻进的稳定。

起钻后通过6次观测孔内的水位情况，发现最后水位维持在40m左右。观察岩心情况，发现308m处时取上来的岩心有裂隙存在，确定孔深为315m时在孔深为40m和308m处有2个裂隙形成了一个地下水的封闭水圈。最终决定采用无固相钻井液的方案，并在钻井液中加入一定量的惰性材料――锯末进行堵漏，取得了较好的钻进效果。

由于钻孔马上要进入煤层，堵漏和防塌是钻井液施工的关键。鉴于在进入煤层前会有一段碳质泥岩，后会进入粘土层，这两个地层都有一定的造浆性，使得钻井液密度迅速升高，不利于控制钻井液性能，所以一定要控制钻井液的低密度和低粘度，密度一般为1.03g/cm3，粘度为22s，同时可添加锯末材料进行随钻堵洞。

4.3应用效果

通过使用实践表明，所用钻井液性能稳定，孔内钻进平稳，井眼比较稳定，顺利钻完煤层，取芯比较顺利。说明此种无固相聚丙烯酰胺钻井液体系完全可以满足矿区一般煤层的钻进要求。