煤田地質(zhì)勘探中的鉆孔沖洗介質(zhì)應(yīng)用

劉治成

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊(duì)，黑龍江 七臺(tái)河 154600）

鉆孔沖洗介質(zhì)是鉆進(jìn)中在地表和孔內(nèi)循環(huán)使用的液體、氣體或泡沫介質(zhì)，又稱“沖洗液”。

1 沖洗介質(zhì)的用途及其性能要求

1.1 沖洗介質(zhì)的種類

1.1.1 清水

在穩(wěn)定巖層中鉆進(jìn)使用清水洗孔，鉆進(jìn)效率高，鉆頭冷卻效果好，使用方便。

1.1.2 泥漿

泥漿是黏土分散在清水中形成的沖洗介質(zhì)。鉆進(jìn)不穩(wěn)定巖層時(shí)，使用泥漿的護(hù)壁效果良好。

1.1.3 乳化液及乳化泥漿

小口徑金剛石鉆進(jìn)時(shí)為使鉆具能開高鉆速，一般采用水包油型乳化液、乳化泥漿或表面活性劑水溶液沖洗鉆孔。

1.1.4 空氣

采用壓縮空氣或天然氣沖洗鉆孔，有利于提高機(jī)械轉(zhuǎn)速，并適應(yīng)于在缺水地區(qū)及漏失地層中采用。如果采用高壓空氣作為介質(zhì)，能作為動(dòng)力，也可沖洗鉆孔。

1.2 沖洗介質(zhì)的功能

鉆孔沖洗介質(zhì)的功能是：排除鉆進(jìn)中產(chǎn)生的巖粉并攜帶至地表，冷卻鉆頭、潤滑鉆具，保護(hù)孔壁。還有平衡地層壓力，輔助破碎巖石和提供所鉆地層的信息等功能。沖洗是預(yù)防孔壁坍塌的主要技術(shù)措施，也是治理孔壁坍塌的主要技術(shù)方法。使用強(qiáng)護(hù)壁性沖洗液來處理孔內(nèi)坍塌或坍塌但不嚴(yán)重漏失地層時(shí)，能取得較好的效果。針對(duì)不同的地層條件和鉆探目的，要求沖洗介質(zhì)有以下功能：其一，冷卻散熱能力和潤滑性能。其二，剪切稀釋功能。其三，護(hù)壁、防漏和抵御外界影響的能力。其四，不發(fā)酵變質(zhì)和不腐蝕鉆具的性能。

2 鉆孔沖洗方式與沖洗液添加劑

2.1 鉆孔沖洗方式

其一，全孔正循環(huán)。即來自泵的沖洗介質(zhì)通過鉆桿柱中心進(jìn)入孔底，由鉆頭水口處流出，經(jīng)鉆桿與孔壁間隙上返至孔口，流入地面循環(huán)槽中。由于介質(zhì)流動(dòng)的方向與巖粉在離心力作用下的排出方向一致，因此，有利于排除巖粉。正循環(huán)方式在鉆進(jìn)施工中用的最多。

其二，全孔反循環(huán)。全孔反循環(huán)孔口一定要密封，并允許鉆桿柱能自由回轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)。因孔底介質(zhì)流動(dòng)的方向與巖心進(jìn)入方向一致，因此，有利于提高巖礦心采取率或進(jìn)行連續(xù)取心，但鉆孔漏失時(shí)則不適用。

其三，孔底局部反循環(huán)?？椎拙植糠囱h(huán)包括噴射式反循環(huán)，無泵鉆進(jìn)法和空氣生液器鉆進(jìn)法等循環(huán)方式。

2.2 沖洗液護(hù)壁

隨著鉆孔加深，巖石連續(xù)暴露形成新的孔壁，失去原始狀態(tài)的平衡；同時(shí)鉆具不斷在孔內(nèi)回轉(zhuǎn)、升降，會(huì)摩擦和碰撞孔壁。保護(hù)孔壁是鉆探的關(guān)鍵技術(shù)，除了在特殊孔段下套管外，常用的辦法是用沖洗液護(hù)壁。

保護(hù)孔壁穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是充分利用孔壁巖石自身的強(qiáng)度，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整沖洗液柱壓力及其他工藝參效，來維護(hù)力學(xué)不穩(wěn)定地層。對(duì)遇水不穩(wěn)定巖層，要盡可能防止水對(duì)巖層的影響。

2.3 沖洗液添加劑

2.3.1 沖洗液處理的目的與要求

為使沖洗液性能適應(yīng)各種地層的要求，必須對(duì)沖洗液進(jìn)行處理。主要采用化學(xué)處理方法，它包括初步處理和補(bǔ)充處理。初步處理在泥漿造漿時(shí)進(jìn)行，通過加入化學(xué)藥劑幫助黏土顆粒分散或適度絮凝，使新配制出的各種沖洗液性能指標(biāo)都能達(dá)到鉆進(jìn)的要求。補(bǔ)充處理是按鉆進(jìn)工藝要求，加入化學(xué)處理劑對(duì)沖洗液性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

需要調(diào)節(jié)的沖洗液性能主要包括：降低沖洗液的失水量，增加或降低沖洗液的黏度、切力、密度以及防漏、絮凝、乳化、發(fā)泡、消泡性能，調(diào)節(jié)沖洗液的pH，增加沖洗液的潤滑、防卡、防腐蝕、殺菌等性能。

2.3.2 沖洗液添加劑的作用機(jī)理

無機(jī)處理劑的作用原理主要是：分散作用、控制絮凝作用、調(diào)節(jié)pH、離子交換作用、有機(jī)處理劑的溶解或水解、沉淀作用、絡(luò)合作用、抑制溶解作用、形成溶膠作用。

3 各種沖洗液的適用范圍

3.1 不同巖性對(duì)沖洗液的要求

3.1.1 黏土層

黏土層易造漿，使沖洗液的密度和黏度升高，要求入井沖洗液的黏度盡可能低一些。

3.1.2 砂巖

砂巖易侵入沖洗液，使沖洗液的密度和黏度升高。要求沖洗液有較低的密度、黏度和適當(dāng)高的切力，并應(yīng)采用一些防坍塌性能較好的沖洗液，嚴(yán)格控制沖洗液的含砂量。

3.1.3 礫巖

礫巖膠結(jié)性極差，無黏土充填，要求沖洗液有較高的黏度和切力，應(yīng)采用防塌效果好的沖洗液。

3.1.4 鹽膏層

要求沖洗液具有一定的抗鹽、抗鈣能力，并適當(dāng)提高沖洗液的密度，增大靜液壓力，確?？妆诜€(wěn)定。

3.2 地層物理性質(zhì)對(duì)沖洗液性能的要求

A.低滲透性地層。要求沖洗液具有較低的失水量，不然形成厚泥餅會(huì)使孔徑縮小。

B.高滲透性地層。要求沖洗液具有較低的密度和較高的黏度，防漏效果好。

C.高壓油氣水層。要求沖洗液具有低失水量和密度，以提高靜液壓力避免井噴。

3.3 鉆進(jìn)工藝對(duì)沖洗液性能的要求

3.3.1 噴射鉆進(jìn)對(duì)沖洗液性能的要求

低密度、低含沙量和低固相含量，以減少孔底的靜壓遲效性。低黏度、低切力和低摩擦系數(shù)，以減少循環(huán)系統(tǒng)中的功率損失。具有剪切稀釋特性，在孔底水眼處黏度低。在環(huán)形空間可形成平板型層流，有利于攜帶巖屑和提高鉆速。

3.3.2 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對(duì)沖洗液性能的要求

要求低密度，減小孔底壓差，使鉆速更快。同時(shí)要求低黏度、低含沙量和適當(dāng)?shù)那辛?，濾失量要低，泥餅質(zhì)量要高。

煤系地層沖洗液的選用要按煤系地層比較松軟和破碎的特點(diǎn)，鉆進(jìn)過程中易出現(xiàn)卡鉆、坍塌等事故，因此，煤系地層可選擇最適宜的沖洗液為雙聚泥漿。其優(yōu)點(diǎn)主要包括：固相含量少、相對(duì)密度小、黏度低，可有效提高鉆探效率；護(hù)壁攜沙能力強(qiáng)、潤滑性能好，能有效避免卡鉆具等事故的出現(xiàn)；有良好的選擇性絮凝能力，能使混入泥漿中的劣質(zhì)土、巖粉聚結(jié)絮凝沉淀排出，減少鉆具的磨損。

總之，雙聚泥漿作為一種高效沖洗液，只要按規(guī)定配制、使用和管理，可以有效提高鉆進(jìn)效率，滿足施工要求，大量節(jié)省經(jīng)費(fèi)，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

［1］曹代勇.煤炭地質(zhì)勘查與評(píng)價(jià)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

［2］魏孔明.鉆探工程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.