深孔“绳钻”冲洗液选配工艺

何建文

摘 要： 主要介绍了深孔金刚石绳索取心钻探的冲洗液性能要求，常用冲洗液类型及工程实例应用情况。

关键词： 深孔； 绳索取心钻探； 护壁堵漏； 冲洗液。

前言

深孔金刚石绳索取心钻探对冲洗液性能的要求更高、更严，相关的问题主要有：

（1）遇到力学不稳定地层和水敏性地层孔壁稳定难度大；

（2）回转阻力大；

（3）钻杆内壁结垢及环空压力大：结垢会导致内管打捞困难，环空压力增高会压裂地层造成漏失或产生较大的压力波动压垮或抽跨地层；

（4）深部固体矿产钻探多在构造破碎带附近进行，漏失时有发生；

（5）钻杆与孔壁间隙小，与孔壁接触面积大，若冲洗液不能有效抑制水敏性地层吸水膨胀或冲洗液失水量大、泥皮质量差、润滑性能差，易发生粘附卡钻事故。

要求冲洗液应具有较低固相或无固相，有良好的护壁、润滑、流变、堵漏性能，尽可能保持低粘度和低切力。能有效维护孔壁稳定，对水敏性地层，有较低的失水量﹑较强的抑制性；能有效降低摩擦阻力，减小回转阻力，防止产生粘附卡钻；能有效解决轻微及中等漏失问题，减少灌注水泥浆堵漏等工序。

1. 不分散低固相聚合物泥浆

低固相是指泥浆体系中的固相含量（造浆粘土和钻屑等所有固相）按体积计不超过4%；所谓不分散，有3层含义：①粘土颗粒因高聚物存在而变得较粗；②对进入泥浆体系的岩屑起絮凝作用，不使其分散，利于除渣净化泥浆；③对井壁不起分散作用而起抑制保护作用。

不分散低固相聚合物泥浆孔壁粘土颗粒胶结性好，固相含量低，能有效防止在钻杆内结泥皮，剪切稀释特性好，孔内清洁循环压力小，激动压力小，可用于钻进坍塌地层。

2. 无固相高聚物冲洗液

无固相高聚物冲洗液依靠无机和有机的高聚物来获得冲洗液所需的流变性和失水特性，其具有小的粘度和界面张力﹑良好的剪切稀释特性﹑良好的紊流减阻作用﹑高效润滑作用，较强的抑制岩屑和孔壁分散的能力，是一种适合于复杂地层深孔绳索取心钻探采用的冲洗液类型。

实际施工中常采用的无固相高聚物冲洗液主要有：

2.1 PHP系列冲洗液

PHP是由聚丙烯酰胺（PAM）水解而成，PHP冲洗液具有较好的护壁性能，对水敏性地层可减轻泥浆滤液对地层的侵蚀作用，对破碎地层，因阻止滤液渗入裂缝和多点吸附膜的保护而不易产生坍塌掉块。

2.2 植物胶类无固相冲洗液

植物胶在岩土表面能很快形成吸附网膜，有很好的护壁性能。但是，植物胶无固相冲洗液的粘度较高，流变参数高，细小岩粉不易沉淀清除。岩粉参与循环并积累，会引起绳索钻杆内结皮。

2.3 含水玻璃的无固相冲洗液

使用的水玻璃模数都在4.0以下，模数高即SiO2含量高，胶团大，胶粘性强，但胶团太大时会下沉，引起水玻璃不稳定。

水玻璃对岩石的胶结作用除有SiO2凝胶与岩石表面的物理吸附作用之外，还有化学吸附作用存在，护壁性能好。但水玻璃在钻杆和孔壁表面形成的SiO2硬质薄膜清除了原有的润滑膜，加之冲洗液的pH值高，常用的含阴离子乳化剂的乳状液润滑性会变差。

当加入可使SiO2胶团凝聚的凝聚剂（如酸或铵盐类）时，在可控的时间内使冲洗液凝成不流动的冻胶，封堵漏失层，可实现不停钻的随钻堵漏。

2.4 PVA无固相冲洗液

PVA即聚乙烯醇，PVA分子在岩土颗粒表面上有很快的吸附成膜性和对岩土颗粒具有很强的胶结性，吸附到孔壁岩石的PVA聚合物，每个分子都有许多链节与岩石表面吸附，吸附的链节都有可能有多种作用力与岩石结合。吸附构型又属“平卧式”吸附，所以吸附牢固，不易被冲刷下来，提高岩石的固结能力，起到防塌作用，

PVA冲洗液还具有携岩﹑泥粉能力强、孔内干净﹑润滑作用好、机械钻速高的特点，通过加FeCl3等助剂调整性能，使PVA分子部分产生交联，可堵塞细小裂隙通道，堵住微裂隙漏失层。

2.5 复合型无固相冲洗液

在实际使用中，常采用两种以上高聚物配制成复合型无固相冲洗液，从而获得更好的冲洗液性能。如PHP—水玻璃冲洗液，PHP—PVA冲洗液等。

3. 工程实例

广东省清远市某度假区温泉勘探ZK10-2孔设计孔深为1600m，实际钻进深度1647.73m，钻孔为直孔。钻遇地层上部以砂砾岩﹑砾岩为主，中部以泥质页岩﹑炭质页岩为主，下部主要为泥质灰岩夹泥岩。

该钻孔地层情况十分复杂，主要特点有：

（1）孔壁破碎﹑水敏﹑漏失三种复杂情况共存；

（2）501m以深几乎全是水敏性地层，且部分岩层松散，护壁难；

（3）钻孔中部大部分地层裂隙发育，漏失孔段长，堵漏难度大；

（4）501m～888m孔段岩层极为松散，取心难，岩心采取率低。

套管仅下至孔深183米位置，其余孔段全部采用冲洗液护壁堵漏，上部砂砾岩﹑砾岩层对冲洗液要求较低，用PHP无固相冲洗液护壁，钻进效率高，经济性好。501m以深后地层复杂，对冲洗液性能要求高：

（1）漏失孔段长且漏失量大，要求冲洗液有很好的堵漏性能；

（2）地层水敏性强，冲洗液须能较好地抑制泥﹑页岩分散膨胀；

（3）孔壁稳定性差，冲洗液护壁性能要好；

（4）钻杆在孔内回转摩擦阻力大，钻杆磨损严重，要求冲洗液润滑性能优良；

（5）冲洗液应具有低密度﹑低粘度﹑低切力等性能，从而提高机械钻速，提高效率；

（6）成本低，易于配制。

选用多种泥浆处理剂配制无固相冲洗液，配方如表1：

现场测得冲洗液性能参数如表2：

冲洗液性能良好，使用中能高效堵漏，抑制孔壁分散，润滑钻具，实现高效钻进，达到了要求。

参考文献：

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