植物膠沖洗液在復(fù)雜地層鉆探中的應(yīng)用

朱發(fā)憲

(青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局八隊(duì)，青海 西寧 810012)

在巖土工程勘察中，經(jīng)常用到地層鉆探技術(shù)。有研究[1–3]表明，在進(jìn)行復(fù)雜地層的鉆探過程中，若采取普通鉆井液實(shí)施鉆探，易出現(xiàn)鉆孔垮塌和取心質(zhì)量低的問題，而將植物膠沖洗液應(yīng)用于鉆探技術(shù)中可滿足穩(wěn)定孔壁和高質(zhì)量取心的技術(shù)要求。筆者概述了植物膠沖洗液的特點(diǎn)和作用，探討了植物膠沖洗液在復(fù)雜地層的鉆探中的性能控制及應(yīng)用效果，以期為復(fù)雜地層鉆探實(shí)踐提供參考。

1 植物膠沖洗液的主要特點(diǎn)及作用

傳統(tǒng)的鉆探?jīng)_洗液主要包括清水、泡沫液、泥漿以及聚丙烯類等無固相沖洗液，其主要作用為冷卻鉆頭、穩(wěn)定孔壁、排除巖屑以及潤滑減阻，簡單的鉆井液只需要植物膠、高分子聚合物和一定的化學(xué)處理劑，就能夠滿足一定的鉆井性能要求。植物膠沖洗液成分源于屬于天然高分子聚合物的植物資源，是在無固相沖洗液的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，相比于泥漿，植物膠沖洗液具有低密度、高流動和活粘度的特點(diǎn)，這使得植物膠沖洗液被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜鉆探實(shí)踐中。因?yàn)橹参锬z沖洗液除具有潤滑、除屑和液化和沖刷等作用外，還具有非常強(qiáng)的巖屑粘結(jié)力和絮凝清除功能，可以在井壁上產(chǎn)生薄而韌的聚合物膜，進(jìn)而起到良好護(hù)心穩(wěn)壁和潤滑減阻的效果，并且不會產(chǎn)生鉆屑積累的問題，可有效提高孔底鉆頭的鉆進(jìn)效率。

2 植物膠沖洗液的性能控制

植物膠沖洗液憑借自身特點(diǎn)和優(yōu)勢被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)勘查工程中，有效解決了因固相顆粒而導(dǎo)致的地層孔隙受堵或巖心受污的問題。有研究[4]表明，未經(jīng)加工處理的植物膠液直接用于地質(zhì)鉆探，并不會發(fā)揮良好的沖洗液作用，其護(hù)心穩(wěn)壁效果也不明顯，必須在植物膠液中加入一定劑量的處理劑。如添加有機(jī)物、高分子化合物或偶聯(lián)劑，讓其充分進(jìn)行水化作用、橋接作用和交聯(lián)作用，實(shí)踐工作中為得到性能穩(wěn)定的新型植物膠沖洗液，主要是通過添加處理劑來對其性能加以有效控制。

(1)增強(qiáng)親水性和可溶性。新型植物膠液全都是親水性非常強(qiáng)的天然物質(zhì)，因此較大比例的植物膠液在與水混合后，能夠迅速溶于水，并由此形成均勻的親水膠體。

(2)提高降失水性。新型植物膠液在使用過程中可在孔壁或巖心表面產(chǎn)生薄而韌的保護(hù)膠膜，進(jìn)而有效阻止沖洗液中自由水的流失。

(3)增強(qiáng)潤滑性。新型植物膠沖洗液具有較強(qiáng)的潤滑減阻性，可有效降低鉆頭與井壁間的摩擦系數(shù)，有效減少泥餅粘滯性和粘附卡鉆率。

(4)增強(qiáng)粘結(jié)性。新型植物膠液對巖層具有較強(qiáng)的物理和化學(xué)吸附性和粘結(jié)性，可以在孔壁和巖心表面產(chǎn)生一層薄而韌的保護(hù)膠膜，進(jìn)而起到良好的護(hù)心穩(wěn)壁作用。

(5) 提高表面張力。新型植物膠沖洗液由于自身表面張力較大，成膜效果較好，所以能夠?qū)r心形成有效包裹，有助于提高取心質(zhì)量。

(6)流變性。傳統(tǒng)的沖洗液由于沒有固相成分，要保持較高粘性和切力要求具有較強(qiáng)的成膜性和潤滑性，而新型植物膠沖洗液就算在高速流動的情況下，分子鏈之間也能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和狀態(tài)柔順，并保持良好的粘彈性，以起到減振效果。

(7)提高粘彈性。新型植物膠沖洗液在復(fù)雜地層的鉆探過程中對孔壁和巖心起到減振作用，達(dá)到護(hù)心穩(wěn)壁的效果，有助于提高取心效率和質(zhì)量，在不同種類的鉆井沖洗液中，植物膠沖洗液的粘彈性越好，其所取得的鉆探效果也越佳。

3 植物膠沖洗液的應(yīng)用效果

為了提高鉆進(jìn)效率，提高取心質(zhì)量，廣大技術(shù)人員對植物膠沖洗液的應(yīng)用研究[4]越來越多，大量實(shí)踐表明，植物膠沖洗液可以充分滿足復(fù)雜地層鉆進(jìn)和取心的技術(shù)要求，并具有以下技術(shù)特征及應(yīng)用效果。

(1) 密度小，靜液柱壓力低，孔底壓差不高，有助于提高鉆進(jìn)效率。

(2) 有較強(qiáng)的潤滑性，可有效降低泵送壓力，優(yōu)化機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)粘性和流變性較強(qiáng)，并具有較大的調(diào)控性，可充分滿足巖層鉆進(jìn)和除屑要求。

(4)高分子聚合物的含量較高，可有效避免地層膨脹和巖屑分散的問題，達(dá)到護(hù)心穩(wěn)壁的效果。

(5)不具有無固相分子，對鉆頭磨損度較低，有助于小口徑金剛石技術(shù)在地層鉆進(jìn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

(6)較強(qiáng)的潤滑減磨性和流變性，可充分滿足高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)狀態(tài)下的技術(shù)要求。

(7)巖心受污風(fēng)險(xiǎn)小，有助于獲取客觀真實(shí)的地質(zhì)資料。

(8)維護(hù)簡單，綠色無污染，有助于生態(tài)保護(hù)。

總之，新型植物膠沖洗液可充分滿足復(fù)雜地層鉆探對鉆井液的性能要求，能夠有效適應(yīng)復(fù)雜地層鉆進(jìn)高質(zhì)量取心需求，屬于一種全新的鉆井沖洗液，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

[1]解有波．四川攀枝花鐵礦區(qū)鉆探泥漿技術(shù)探討[J]．中國西部科技，2011，10(26)：3–5．

[2]李宏．低固相泥漿在福建煤田鉆探中的應(yīng)用[J]．探礦工程，2011，38(9)：18–20．

[3]靳紅兵．深部巖鹽取心鉆探技術(shù)[J]．探礦工程，2011，38(10)：10–13．

[4]占樣烈，徐力生，李月良，等．植物膠沖洗液特殊功能及其作用機(jī)理的分析與探討[J]．勘察科學(xué)技術(shù)，2009(2)：34–37．