深部地質(zhì)鉆探鉆井液體系設(shè)計(jì)因素及其分析

摘 要：列舉了地質(zhì)鉆探鉆井液設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的諸因素和環(huán)節(jié)，包括地層條件、鉆井液類型、鉆井液材料等方面，并進(jìn)行了分析、說明。為地質(zhì)鉆探鉆井液設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鉆井液；深部地質(zhì)鉆探；處理劑

隨著我國(guó)社會(huì)主義和諧社會(huì)的建設(shè)以及社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地質(zhì)鉆探技術(shù)也正邁向更進(jìn)一步的發(fā)展旅程。地質(zhì)鉆探技術(shù)與我們生產(chǎn)生活存在著密切的相關(guān)性，致力于地質(zhì)鉆探技術(shù)的提高，對(duì)于我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)具有著重要的意義。在文章中，探討了深部鉆探鉆井液體系設(shè)計(jì)所存在的問題，并且研究了深部鉆探鉆井液設(shè)計(jì)因素、如何選擇鉆井液類型的問題、鉆井液性能參數(shù)的確定以及制定泥漿配置的方法以及泥漿日常維護(hù)措施等等幾個(gè)方面的內(nèi)容。

一、深部鉆探鉆井液設(shè)計(jì)所存在的問題

在進(jìn)行深空施工之前，首當(dāng)其中的是制定詳細(xì)周密的鉆井液設(shè)計(jì)方案，對(duì)于將要面對(duì)的施工難題進(jìn)行思考并且尋找解決問題的方法，從而保證施工的順利進(jìn)行以及提高施工效率，降低施工成本。深部鉆探鉆井液設(shè)計(jì)所面臨的難題一般具有以下幾點(diǎn)：（1）缺乏關(guān)于深部底層鉆探的施工經(jīng)驗(yàn)，因此難以準(zhǔn)確判斷深部底層的地質(zhì)條件；（2）由于鉆井施工任務(wù)的成本有限，同時(shí)鉆孔結(jié)構(gòu)存在一定的限制，因此所選擇的鉆井液必須同時(shí)具有多方面的功效，包括防涌、防塌與防漏，難以確定適合的鉆井液密度；（3）在鉆井液難以解決的技術(shù)難題中，如何協(xié)調(diào)統(tǒng)一鉆井液多方面的綜合性能是其中的一個(gè)。隨著地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜化，這個(gè)難題更為嚴(yán)峻；（4）由于施工作業(yè)時(shí)間比較長(zhǎng)，容易引發(fā)鉆井液有關(guān)的事故，必須對(duì)鉆井液的性能提出更高的要求。

二、深部鉆探鉆井液設(shè)計(jì)因素

（一）地層地質(zhì)因素

底層的特性與鉆井液類型的選擇具有密切相關(guān)性，通常在選擇鉆井液類型以及確定泥漿性能參數(shù)的過程中，必須以底層特性作為重要依據(jù)。主要的底層特性具有以下幾種：

1.壓力地層

對(duì)于壓力較大的地層，因?yàn)槠鋾?huì)容易出現(xiàn)縮徑與坍塌，因此一般選擇加重泥漿為宜；對(duì)于孔隙壓力較小的地層，為了防止出現(xiàn)漏失的情況，一般采取充氣泥漿或者泡沫泥漿。

2.含有蒙脫石的強(qiáng)水敏性地層

強(qiáng)敏水性地層含有大量的蒙脫石成分，因此容易出現(xiàn)膨脹性縮徑，使得造漿分散。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，一般采取具有較強(qiáng)抑制性的泥漿，例如：優(yōu)質(zhì)聚合物泥漿。

3.軟頁(yè)巖、產(chǎn)生裂縫的硬頁(yè)巖

該類地層孔壁的表面出現(xiàn)剝落與崩解的情況，容易導(dǎo)致孔壁坍塌。為了防止這種情況的惡化，最好所選擇的泥漿具有較低的濾失量，而且具有較好的封堵作用，如果掉快的情況很嚴(yán)重，則可以適度的提高泥漿的密度。

（二）施工具體情況與條件

設(shè)計(jì)你江流變性能的參數(shù)的依據(jù)之一包括了設(shè)備的具體情況、井身的結(jié)構(gòu)以及鉆進(jìn)的方法。首先，孔徑越大則越需要高標(biāo)準(zhǔn)的泥漿，要求所用的泥漿具有較好的粘度、動(dòng)塑比以及切力；其次，隨著鉆孔深度越深，泥漿減少摩擦作用越重要；再者，如果全面鉆進(jìn)，產(chǎn)生的巖硝比較多，應(yīng)當(dāng)考慮到泥漿的攜帶巖硝的作用；除此之外，繩索取心鉆進(jìn)對(duì)泥漿的要求更高，選擇粘度較低、切力較低的泥漿有利于防止繩鉆桿內(nèi)壁污垢堆積，避免了由此造成的環(huán)空壓力過大的問題。

（三）工程的要求

鉆探工程對(duì)于鉆井液性能也有一定的要求，一個(gè)是保證鉆探工程的安全性，同時(shí)鉆井液能夠滿足孔內(nèi)的需求；另一個(gè)是要求機(jī)械鉆探的速度必須提高。

三、鉆井液類型的選擇

鉆井液類型的選擇與底層的類型、施工的具體條件具有密切的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)綜合考慮各個(gè)方面的相關(guān)因素，來(lái)選擇符合需求的鉆井液類型。

（一）清水與自然造漿

清水充當(dāng)沖洗液可以適用于完整、穩(wěn)定而且無(wú)水敏性的地層鉆進(jìn)。當(dāng)所鉆進(jìn)的深部地層是以粘土作為主要的組成成分的時(shí)候，破碎產(chǎn)生的巖硝與清水形成的混合物分散成漿液，成為自然造漿，具有低廉成本以及高速的鉆進(jìn)速度等優(yōu)點(diǎn)。

（二）細(xì)分散泥漿

細(xì)分散泥漿指的是鈣化土粉加入純堿，再使用淡水配將鈉化，然后加入其他各類的分散劑配置而成的鉆井液體系。該鉆井液體系對(duì)造漿粘土要求具有高度分散的特點(diǎn)，從而有利于其形成膠體的狀態(tài)，同時(shí)具有一定的穩(wěn)定性，例如：CMC泥漿。一般適用于復(fù)雜的底層，包括第三系第四系的松散地層、卵礫石地層等等，但是不適用于造漿地層。配漿的要求：膨潤(rùn)土含量在百分之五到百分之十之間；使用分散劑；同時(shí)保持PH值在10以上。

（三）粗分散鉆井液

在泥漿中加入無(wú)機(jī)鹽類的絮凝劑，使泥漿中的顆粒粗化，然后加入處理劑和包被鉆硝，形成粗分散鉆井液。該鉆井液體系主要是通過其無(wú)機(jī)鹽離子有效抑制泥頁(yè)巖水化膨脹以及分散，從而防范發(fā)生縮徑與坍塌的情況，與此同時(shí)還通過該鉆井液體系中所含有的過量的離子來(lái)對(duì)地層中相同離子的物質(zhì)進(jìn)行溶解。底層的復(fù)雜程度不同，可以結(jié)合多種鉆井液體系同時(shí)使用，包括了侯巖巖層、可溶性鹽類地層等等。

例如，對(duì)于鉀石灰鉆井液體系，其處理劑包括了氫氧化鉀、聚合物以及石灰等等材料；對(duì)于石膏鉆井液體系，其處理劑包括了石膏、磺化褐煤等等材料；對(duì)于飽和鹽水的鉆井液體系，其處理劑包括了抗鹽降粘劑、抑制劑等等材料。

四、鉆井液性能參數(shù)的確定

（一）密度的確定

合理確定鉆井液的密度，這是實(shí)現(xiàn)壓力平衡鉆進(jìn)的重要步驟。在對(duì)鉆井液密度進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到各個(gè)方面與密度相關(guān)的影響因素，包括了地層壓力、波動(dòng)壓力等等。一般情況下，都是根據(jù)最小孔底的壓力等同于地層壓力的基本原則來(lái)對(duì)鉆井液進(jìn)行確定。

（二）鉆井液流變性能的設(shè)計(jì)

關(guān)于鉆井液流變性能的設(shè)計(jì)需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1.設(shè)計(jì)的原則

在進(jìn)行鉆井液流變性能的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，首先必須保證攜帶巖硝的能力以及井眼凈化的能力，同時(shí)保證環(huán)空流態(tài)接近穩(wěn)定的狀態(tài)以防對(duì)孔壁沖刷；其次，應(yīng)當(dāng)盡量降低鉆井液的粘度，有利于對(duì)巖硝等物質(zhì)進(jìn)行清除，提高機(jī)械的鉆井速率，降低環(huán)空的壓力，避免鉆桿的內(nèi)壁堆積污垢；除此之外，還應(yīng)當(dāng)具有較低的摩擦力，也就是要求其具有較低的塑形粘度。

2.流變模式的選擇

根據(jù)卡森模式來(lái)對(duì)深部地質(zhì)鉆探鉆井液工藝進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)膠體體系內(nèi)的摩擦性質(zhì)的量度受到固相種類與其含量的影響，固相含量越大，其顆粒分散就越細(xì)，親水性就越強(qiáng)，所具有的液相粘度就會(huì)越高。

3.濾失量的確定

根據(jù)底層的特點(diǎn)來(lái)確定濾失量，對(duì)于水敏性較強(qiáng)與滲透性較強(qiáng)的地層，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制濾失量。

五、制定泥漿配置的方法以及泥漿日常維護(hù)措施

應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的配漿設(shè)備及其方法進(jìn)行必要的日常維護(hù)，主要包括以下幾個(gè)方面的維護(hù)工作：（1）確定現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器配套以及監(jiān)測(cè)的要求，通常使用的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器包括：泥漿密度計(jì)、漏斗粘度計(jì)等等；2）制定關(guān)于鉆井液地面的管理制度與規(guī)定；（3）制定關(guān)于鉆井液資料錄取的程序規(guī)定。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，新興的科學(xué)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，人們的生活質(zhì)量與生活模式發(fā)生了翻天覆地的變化，與此同時(shí)，人們的生產(chǎn)技術(shù)也隨著科技革命的發(fā)展而不斷更新，大大提高了人們的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的質(zhì)量，地質(zhì)鉆探技術(shù)作為對(duì)人類社會(huì)發(fā)展意義尤其重要的一項(xiàng)技術(shù)，必須受到全球性的關(guān)注，努力提高該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展水平。

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作者簡(jiǎn)介：楊艷軍，云南國(guó)土建設(shè)工程總公司滇西分公司。