鉆井液配置技術(shù)、工藝與維護(hù)

王玉民

(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì)，吉林延吉133401)

鉆井液配置技術(shù)、工藝與維護(hù)

王玉民*

(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì)，吉林延吉133401)

主要通過(guò)對(duì)鉆井液處理劑基本功用、作用機(jī)理、配制技術(shù)的研究，在充分了解地層特性的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了現(xiàn)場(chǎng)鉆井液配置技術(shù)、工藝及維護(hù)，能有效預(yù)防孔內(nèi)事故發(fā)生，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

鉆井液配置技術(shù)；工藝及維護(hù)；PAB沖洗液配方

隨著國(guó)家對(duì)資源的需求和勘查力度的加大，勘探事業(yè)的蓬勃發(fā)展，勘探任務(wù)的增加，特別是深部找礦的需要，從而促使相關(guān)的技術(shù)、設(shè)備、配套設(shè)施相應(yīng)地在提高。“鉆井液已不只是預(yù)防和消除事故的手段，而已經(jīng)成為提高鉆探效率和質(zhì)量的重要途徑”。

根據(jù)多年對(duì)鉆井液處理劑產(chǎn)品性能、用途、作用機(jī)理配制技術(shù)、孔內(nèi)事故成因、預(yù)防及解決方法等技術(shù)方面的研究，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，總結(jié)出了在充分了解地層特性基礎(chǔ)上，能較好地預(yù)防孔內(nèi)事故的鉆井液配置技術(shù)及工藝，供同行們商榷。

1 鉆井液的配置技術(shù)

鉆井液的配置具有較強(qiáng)的科學(xué)性和技術(shù)性，必須需要一定的專業(yè)知識(shí)技術(shù)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能配置出符合和滿足鉆探施工需要的鉆井液功能體系。

鉆井液的配置主要根據(jù)施工地層構(gòu)造、施工要求、施工工藝、施工目的等設(shè)計(jì)需要的鉆井液功能體系。鉆井液功能體系的設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)程序：

（1）明確施工要求、施工工藝。在施工前的準(zhǔn)備工作中，首先要了解施工鉆孔的設(shè)計(jì)、地層、地表、施工設(shè)備、施工方法、施工目的等對(duì)鉆井液的要求。因?yàn)檫@些因素對(duì)鉆井液的配置影響極大，而且關(guān)系成井的成敗。根據(jù)這些因素的不同，要求鉆井液的配置就有所不同。例如淺孔與深孔，淺孔對(duì)粘度、密度、潤(rùn)滑適用性廣一些，深孔則要嚴(yán)格些。

（2）充分了解施工地層構(gòu)造，預(yù)測(cè)會(huì)出現(xiàn)的井內(nèi)問(wèn)題。了解了地層構(gòu)造，才能預(yù)測(cè)問(wèn)題。因此，必須充分地了解地層各層次的特點(diǎn)和特性。根據(jù)這些特點(diǎn)和特性，很好地預(yù)測(cè)出井內(nèi)會(huì)出現(xiàn)的坍塌、漏失等問(wèn)題。為制定解決方案提供正確的依據(jù)。例如膠結(jié)性差的地層存在掉塊，大部分泥頁(yè)巖地層存在井塌，軟體巖性存在縮徑、擴(kuò)徑，硬體巖性存在燒鉆、糊鉆等各種井內(nèi)問(wèn)題。

（3）制定周密的解決方案，確定鉆井液的配置?！爸湟蚬?，施之以防”。這句哲語(yǔ)用在制定方案、確定配置上恰如其分。因?yàn)槲覀冦@探施工使地層的形態(tài)和性態(tài)發(fā)生了變化，這種變化必將影響地層壓力失衡，所以造成鉆孔井壁失衡而坍塌、縮徑、擴(kuò)徑、漏失。我們必須在鉆探施工前做好預(yù)防措施的準(zhǔn)備，并在施工中預(yù)防和阻止這些問(wèn)題的發(fā)生。這里說(shuō)到的預(yù)防措施主要是由對(duì)地層充分的了解，對(duì)問(wèn)題準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，對(duì)處理劑功能的認(rèn)知等，制定正確的材料選擇、性能設(shè)定、配量精確的鉆井液配置方案。例如因地層膠結(jié)性差造成坍塌，應(yīng)選擇膠結(jié)性防塌劑。因地層水化膨脹造成井塌，則采用抑制性護(hù)壁劑。

2 鉆井液的配制工藝

鉆井液的配制工藝在整個(gè)配制過(guò)程中表現(xiàn)出它的重要性。配量不準(zhǔn)確、操作不規(guī)范、方法不得當(dāng)、人員不定位，均會(huì)影響鉆井液功能體系的各項(xiàng)性能指標(biāo)，不能滿足鉆探施工的需要，造成不必要的損失。

鉆井液的配制工藝主要分為以下幾個(gè)步驟：

（1）準(zhǔn)確了解處理劑的性能指標(biāo)、作用機(jī)理、使用方法、配制情況。準(zhǔn)確了解鉆井液處理劑的基本情況是配制工藝中重要的一步驟，根據(jù)處理劑物理或化學(xué)特性調(diào)整配制程序，使它在配制過(guò)程中充分釋放應(yīng)有的性能。例如，多效天然植物膠要充分浸泡，低速攪拌。聚丙烯酰胺、KP共聚物等采用先溶解后稀釋的方法做配制前的準(zhǔn)備。

（2）確定鉆井液的各項(xiàng)性能指標(biāo)。根據(jù)鉆井液方案和配置及性能指標(biāo)，進(jìn)行室內(nèi)配制實(shí)驗(yàn)和調(diào)整。確認(rèn)性能達(dá)標(biāo)和配量準(zhǔn)確，并做好詳細(xì)的配制實(shí)驗(yàn)記錄，這樣做主要是為后續(xù)施工配制確立準(zhǔn)確的方法，杜絕盲目性。

（3）嚴(yán)格按照配制程序、方法操作。

①嚴(yán)格計(jì)量。在配制鉆井液時(shí)，各種處理劑的配量要準(zhǔn)確，特別是加量較小的，更要做到十分精確。這樣可防止因加量不足或過(guò)多，造成鉆井液性能指標(biāo)達(dá)不到設(shè)定值，而至使井內(nèi)事故的發(fā)生。如聚丙烯酰胺加量過(guò)小，有害固相不能及時(shí)絮凝沉淀清除，造成鉆井液比重增大，有害固相增多，浮力減小，沉積卡鉆。過(guò)大鉆井液高度絮凝，浮力小，有害固相快速沉淀，造成沉積卡鉆。

②分別溶解。應(yīng)特別注意處理劑的物理、化學(xué)特性，配制過(guò)程采用分別溶解的方法，避免相互制約而造成溶解緩慢或不溶解。

如多效天然植物膠、KP共聚物等具有一定的包被功能的處理劑與膨潤(rùn)土混配溶解時(shí)，如果包被功能大于分散功能，膨潤(rùn)土顆粒被包被而難以分散。極易泥餅過(guò)厚，濾失量大，造成泥包，吸附、縮徑、坍塌止鉆。

③依次加入。鉆井是由處理劑與溶解介質(zhì)的組合。它的多功能體系由多個(gè)單功能組成。即多種處理劑混合組成。在配制過(guò)程中，應(yīng)按照分散、增稠、增粘的方式依次加入。

④性能調(diào)整。性能調(diào)整是鉆井液配制過(guò)程中的一個(gè)調(diào)制程序，主要由于環(huán)境、條件、人為等因素，造成按劑量配制出來(lái)的鉆井液達(dá)不到功能體系所要求的性能指標(biāo)，必須要通過(guò)調(diào)制進(jìn)行性能調(diào)整，以滿足功能體系的需要。

⑤充分?jǐn)嚢琛３浞謹(jǐn)嚢枋谴偈垢鱾€(gè)單功能體快速、均勻地溶入整個(gè)功能體系中，完成整個(gè)配制過(guò)程。

（4）做好詳細(xì)的配制記錄，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

3 鉆井液配制與加量計(jì)算

PAB無(wú)固相沖洗液是吉林巖科鉆井液有限公司研發(fā)的高科技產(chǎn)品，它由PA和PB兩種高聚物相成，其性能特點(diǎn)是沖洗液中高聚物大分子呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在孔壁上吸附成網(wǎng)，成膜速度快，分子膜致密，膠結(jié)性強(qiáng)，在低流變參數(shù)下，具有很強(qiáng)的膠結(jié)孔壁的性能，適用于鉆進(jìn)高嶺石化、綠泥石化等蝕變帶、斷層化與角礫層、粉碎狀破碎層、泥質(zhì)和炭質(zhì)頁(yè)巖層、流砂和風(fēng)化巖層等地層。我隊(duì)在復(fù)雜地層鉆進(jìn)堅(jiān)持使用，搶救許多瀕臨報(bào)廢的鉆孔。

PAB沖洗液配方：PA粉1%～1.2%（100L沖洗液中含量1～1.2kg），PB粉0.22%～0.25%（100L沖洗液中含量0.22～0.25kg）。

3.1 配方舉例

配制1000L沖洗液，預(yù)溶5%PA溶液240L，預(yù)溶1.5%PB溶液167L。

計(jì)算如下：

PA溶液：1.2%×1000＝12（L），12/5%＝240（L）

PB溶液：0.25%×1000＝2.5（L），2.5/1.5%＝167（L）

水量：1000-240-167＝593（L）

3.2 配制工藝

（1）攪拌桶內(nèi)加水593L。加水量用計(jì)算桶內(nèi)液面高度確定。

（2）開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)，加入240L預(yù)溶的5%PA溶液，攪拌10min左右，停攪靜止到桶內(nèi)泡沫消失。

（3）開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)，加入167L預(yù)溶的1.5%PB溶液，攪拌15～20min，直到桶內(nèi)沖洗液粘度均勻?yàn)橹埂?/p>

（4）最后在攪拌桶內(nèi)加入潤(rùn)滑劑，或在鉆進(jìn)時(shí)從循環(huán)系統(tǒng)加入。

（5）如果現(xiàn)場(chǎng)用水的水質(zhì)呈酸性，應(yīng)先加適量純堿調(diào)至中性。

4 鉆井液的維護(hù)

維護(hù)好鉆井液有利于后續(xù)鉆進(jìn)工作順利開(kāi)展。在施工當(dāng)中如何保障鉆井液性能穩(wěn)定，就需要嚴(yán)格按照維護(hù)程序認(rèn)真操作，并需定人、定時(shí)進(jìn)行檢測(cè)、配制、補(bǔ)充、維護(hù)。鉆井液的維護(hù)工作程序主要有以下幾點(diǎn)：

（1）切實(shí)做好對(duì)返漿性能的測(cè)定。定時(shí)、定人對(duì)返漿性能進(jìn)行認(rèn)真的測(cè)定。使鉆井液的性能保持在最佳值。掌握鉆井液性能的細(xì)微變化對(duì)鉆進(jìn)工作的影響，并能及時(shí)地進(jìn)行維護(hù)和處理。

（2）及時(shí)調(diào)整鉆井液性能和新液的補(bǔ)充。發(fā)現(xiàn)鉆井液或施工地層發(fā)生變化，應(yīng)根據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整鉆井液性能或配制新液替換或者補(bǔ)充，滿足鉆進(jìn)施工的需要。

（3）預(yù)防、解決地層特性對(duì)鉆井液的侵害。預(yù)防、解決地層特性對(duì)鉆井液的侵害，是鉆井液維護(hù)的一個(gè)重要措施。對(duì)地層中的鈣、鎂、鹽等對(duì)鉆井液的侵害，采取相應(yīng)的預(yù)防措施和解決方法。如：鈣鎂侵：如果有過(guò)多的鈣和鎂侵入，將會(huì)使粘土的水化和分散能力下降，造成過(guò)度絮凝而使造漿性能減退。需要加入適量的純堿，使Na、Ca進(jìn)行離子間的交換，達(dá)到提高粘土的造漿率。

（4）防止自然因素和人為因素對(duì)鉆井液的損害。自然因素：如地表含泥沙水流、室外溫度等。人為因素：如意外加入、無(wú)知加入。

（5）認(rèn)真、及時(shí)對(duì)有害固相進(jìn)行清除。認(rèn)真、及時(shí)清除有害固相，是保障鉆井液性能穩(wěn)定的一個(gè)積極措施。使鉆井液保持較低固相和設(shè)定比重，防止因固相偏高而造成各種施工困難和井下事故的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

鉆井液的性能是否能滿足鉆探施工需要，取決于鉆井液的配置技術(shù)和配置工藝及使用中的維護(hù)。因此，在充分了解地層特性基礎(chǔ)上選擇恰當(dāng)?shù)你@井液處理劑，做到物盡其能，性盡所用，充分發(fā)揮其效能，從而能預(yù)防和減少孔內(nèi)事故的發(fā)生，降低材料消耗和用工成本，縮短施工周期減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]孫宗席.甘肅文縣陽(yáng)山礦區(qū)復(fù)雜地層沖洗液研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（12）：32-35.

[2]翟開(kāi)慧.植物膠沖洗液在寨上金礦區(qū)鉆探中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，37（3）：18-20.

P634.6

B

1004-5716(2015)11-0029-03

2014-11-04

2014-11-05

王玉民（1964-），男（漢族），吉林安圖人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事探礦工程管理與技術(shù)研究工作。