不分散抗盐防塌冲洗液的研究与应用

2016-11-21陈锡庆赵长亮付帆

地质装备 2016年5期

关键词：失剂抗盐探矿

陈锡庆，赵长亮，付帆

(1.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，西宁 810008； 2. 山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州 253072；3.北京探矿工程研究所，北京 100083)

不分散抗盐防塌冲洗液的研究与应用

陈锡庆1，赵长亮2，付帆3

(1.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，西宁 810008； 2. 山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州 253072；3.北京探矿工程研究所，北京 100083)

不分散抗盐防塌冲洗液是一种针对含有可溶性矿物的松散地层研制的冲洗液体系，同时也适用于需要使用高矿化度卤水配浆的情况。在柴达木盆地钾矿资源调查评价项目及河南省叶舞盐矿普查项目的成功应用表明，该冲洗液对松散地层具有良好的护壁效果，同时抗盐能力强，可以使用高矿化度卤水直接配制，适合用于含有岩盐、钾盐的松散地层钻探。

防塌；卤水；冲洗液；松散地层

0 引言

松散地层[1]钻探施工时，普遍存在孔壁膨胀缩径、坍塌掉块等现象，如果地层中含有可溶性矿物，上述现象会更为严重，严重影响取心质量和钻探施工效率。北京探矿工程研究所针对这一类地层研制了不分散抗盐防塌冲洗液体系[2]，目前已经在《柴达木盆地钾矿资源调查评价项目》及《河南省叶舞盐矿普查项目》等项目中进行了应用，取得显著成果。

1 不分散抗盐防塌冲洗液配方及性能

1.1 不分散抗盐防塌冲洗液配方

经过大量室内实验研究，最终确定钠膨润土作为造浆材料、增黏剂(GTQ)作为流型调节剂、降滤失剂(GPNA)和接枝淀粉[3-4]作为具有抗盐抗钙能力的降滤失剂、包被剂(BBJ)作为抑制剂、防塌润滑剂(GFT)[5]作为防塌剂，另外还需要根据情况加入润滑剂(GLUB)[6]配合使用。表1中列举了两组常用的不分散抗盐防塌冲洗液配方。

1.2 不分散抗盐防塌冲洗液性能

在室内对不分散抗盐防塌冲洗液性能进行了评价。具体评价结果见表2。

从表2可以看出，不分散抗盐防塌冲洗液具有较好的流变性能；API滤失量小于10 mL，形成的泥皮薄韧、质量较好，相对膨胀降低率大于80%，表现出良好的抑制性能和护壁性能。

冲洗液性能可依据现场情况在一定范围内调节，当钻遇地层较为松散且水敏性较强，需要降低冲洗液滤失量时，可以适当提高降滤失剂的加量；当需要提高冲洗液黏度和切力时，可适当提高增黏剂(GTQ)的加量；当需要提高冲洗液包被絮凝效果时，可适当提高包被剂的加量。

表1 不分散抗盐防塌冲洗液配方

注：卤水为冷湖镇马海地区地表卤水(密度1.24 g/cm3，钙离子浓度189 mg/L，镁离子浓度845 mg/L)。

表2 不分散抗盐防塌冲洗液性能

2 不分散抗盐防塌冲洗液的应用

2.1 “青海省冷湖镇马海地区深层卤水钾矿预查项目”ZK5608孔和ZK7212孔施工中的应用

青海省冷湖镇马海调查区位于柴达木盆地西部中央拗陷带的西部隆起区，北东为柴北缘褶皱带，北西为阿尔金构造带，南缘为昆北断裂带。大地构造位置属柴达木板内裂陷盆地，在大地构造单元中属三级构造单元，依据地台构造发展过程的内部差异性，表层构造的形态、基底性质、各地区的构造特征，结合新生代盆地内部的隆起及沉降特征，可分出三个亚三级单元即柴北缘断陷带、中央拗陷带和昆仑断陷带，中央拗陷带又可分为二个四级单元西部隆起区和东部隆起区。

根据已施工钻孔资料，该地区上中部地层一般为含粉砂的石盐、含芒硝的石盐、含石膏的黏土粉砂、含石膏的黏土、石盐+黏土、黏土+石盐、粉砂黏土等；下部是碎屑层[7]。地层中较大粒径的砾石坚硬，可钻性及研磨性较强，但地层松散，岩心采取率低，易造成塌孔。

此前在本地区施工时，曾采用纤维素、植物胶等处理剂配制冲洗液，但在使用过程中经常出现水土分离现象，携带悬浮能力极差，当地层压力较高时，无法加重平衡地层压力，最终无法完成施工任务。

针对上述情况，施工方决定采用不分散抗盐防塌冲洗液体系。具体配方如下：卤水+0.8%～1.0%烧碱+3%～4%钠膨润土+0.1%～0.3%包被剂(BBJ)+0.8%～1.2%增黏剂(GTQ)+0.8%～1.5%降滤失剂(GPNA)+1.0%～2.0%防塌润滑剂(GFT)。

该冲洗液顺利地完成了ZK5608孔和ZK7212孔共计3 404 m的钻探施工任务，取得了比较理想的效果，具体表现在以下几个方面：

(1)具有较强的抑制能力。钻孔上部为第四系地层，下部为第三系地层，存在大段黏土含量较高的泥岩，使用该体系后全孔无缩径现象，每次下钻都能一通到底。

(2)具有很好的抗盐抗钙能力。施工中经常钻遇大段石盐地层、石膏层，但冲洗液性能没有明显变化，一直保持稳定。

(3)具有良好的悬浮能力。ZK7212孔在孔深1 503 m遇到破碎地层，孔内有掉块现象，用重晶石提高冲洗液密度至1.68 g/cm3后现象逐渐消除。

(4)具有良好的润滑性能，有效降低了摩擦阻力。ZK7212孔钻至孔深800 m后，每方浆加入15 kg润滑剂(GLUB)，泵压由10 MPa降低至8.5 MPa，扭矩也有明显下降，降阻效果明显。

(5)取得了良好的经济效益，降低了钻探成本。冲洗液材料成本进一步降低，由236元/米降至120元/米。而且安全快速的完成了钻探施工，ZK7212仅用了114天就完成了2 003 m的取心工作量，并且全孔零事故。

2.2 “柴达木西部(含整装勘查区)新近纪以来固液相钾盐资源调查评价项目”ZK04孔的应用

该孔也是位于柴达木盆地西部中央拗陷带，以往施工中主要存在的难点和问题主要为以下几个方面：

(1)该地区上中部地层一般含有粉砂、黏土、石盐、芒硝、石膏等；下部地层松散，砾石、砂石居多，岩心采取率低，且易造成塌孔。

(2)地层压力较高。0～500 m地层压力系数约为1.2～1.45，500～1 400 m地层压力系数约为1.3～1.6，钻进中会出现井涌现象。

(3)冲洗液配制采用当地卤水，卤水矿化度较高，含有大量的高价钙、镁离子，密度为1.20～1.27 g/cm3，配制的冲洗液胶体率低，性能不稳定。

针对以上情况，施工方决定采用不分散抗盐防塌冲洗液。具体配方为卤水+0.8%～1.0%烧碱+3%～4%钠膨润土+0.1%～0.3%包被剂(BBJ)+0.6%～1.0%增黏剂(GTQ)+0.8%～1.5%降滤失剂(GPNA)+1%～2%防塌润滑剂(GFT)。

采用不分散抗盐防塌冲洗液顺利完成了ZK04孔1 301 m施工。现场应用表明，该体系具有良好的防塌、携带能力，抗盐、钙污染能力强。

2.3 河南省叶舞盐矿普查ZK12孔钻探中的应用

山东省鲁北地质工程勘察院承担了河南省叶舞盐矿普查钻探任务。据甲方提供的地层情况，在2 150 m以深主要存在石盐岩、石膏、岩盐。因此决定在钻至2 150 m时，将冲洗液由聚合物冲洗液转化为不分散抗盐防塌冲洗液，具体配方为：饱和盐水+0.2%～0.5%烧碱+2%～3%钠膨润土+0.2%～0.3%包被剂(BBJ)+0.8%～1%增黏剂(GTQ)+0.5%～1%接枝淀粉+0.5%～1%降滤失剂(GPNA)+1%～1.5%防塌润滑剂(GFT)。

由聚合物冲洗液体系转化为不分散抗盐防塌冲洗液时，首先对冲洗液进行稀释，将冲洗液的膨润土含量控制在40 g/L以下；然后按设计配比配制处理剂胶液，待溶解后加盐至饱和；最后将盐水胶液均匀混入稀释后的冲洗液中，待性能稳定后逐渐调节盐含量至饱和。

现场应用表明，采用不分散抗盐防塌冲洗液较好地解决了盐矿心溶蚀问题，岩心采取率达95%以上；抑制能力强，无缩径及坍塌掉块现象；悬浮携带岩屑能力好，孔底清洁，下钻顺畅。