復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探的沖洗液技術(shù)

岳剛

摘要：地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)在復(fù)雜地層鉆探施工生產(chǎn)中的應(yīng)用是非常重，要的，屬于地質(zhì)勘探的關(guān)鍵技術(shù)之一。不僅能夠?yàn)榈刭|(zhì)勘探工作提供安全保障，還能夠確保地質(zhì)勘探的工作效率與工作質(zhì)量，為后續(xù)勘探工作進(jìn)度的正常進(jìn)行提供基本保障。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；地質(zhì)鉆探；沖洗液技術(shù)

1 地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的作用

1.1攜帶巖石碎屑

地質(zhì)鉆探過程中，在鉆頭的回轉(zhuǎn)、沖擊作用下，會使巖石因破壞而于孔底形成巖粉、巖屑等沉淀物，此時為保持孔底清潔，則需利用沖洗液的攜帶作用將所產(chǎn)生的巖石碎屑采用正循環(huán)或者反循環(huán)形式排至地表；同時基于沖洗液觸變特性的利用，沖洗過程中可利用沖洗液的比重變化產(chǎn)生浮力使巖石碎屑上浮，或者使用泥漿泵的正壓力上舉、氣舉反循環(huán)的負(fù)壓吸出巖屑、巖塊而防止孔底沉渣，從而既避免埋鉆現(xiàn)象的發(fā)生，又能促進(jìn)鉆進(jìn)效率的提高。

1.2冷卻鉆頭

鉆進(jìn)過程中，鉆頭所帶機(jī)械功大部分用于巖石破碎，而剩余小部分則會因與巖石摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能，從而導(dǎo)致鉆頭溫度升高。例如金剛石鉆頭，其在鉆進(jìn)過程中溫升可達(dá)300℃以上，如若不能及時冷卻，必然造成鉆頭因碳化作用而出現(xiàn)燒鉆現(xiàn)象，最終降低使用壽命。此時通過沖洗液的循環(huán)作用，可有效帶走鉆頭熱量，達(dá)到降溫目的，避免其因溫度過高而受損和變形。

1.3潤滑減阻

在與巖壁的摩擦作用下，高速旋轉(zhuǎn)的鉆桿、鉆具會產(chǎn)生較大震動現(xiàn)象，使動力裝置因負(fù)荷增大而降低鉆進(jìn)效率。乳化沖洗液具有良好的潤滑效果，可以極大程度減小鉆桿、鉆具、鉆頭與孔壁的摩擦阻力，進(jìn)而降低震動現(xiàn)象，減少機(jī)械能損失，確保鉆進(jìn)作業(yè)平穩(wěn)進(jìn)行。沖洗液的潤滑減阻作用還有利于保護(hù)鉆桿鉆具不至于受到額外磨損，既減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生，又提高了生產(chǎn)效率。

1.4維護(hù)孔壁

由于沖洗液在循環(huán)過程中可于孔壁上形成一層較大密度的輕薄泥皮，從而起到護(hù)壁效果，防止孔壁塌陷、漏水以及井噴事故的發(fā)生，有效提升鉆進(jìn)過程的安全系數(shù)。此外，對于強(qiáng)水敏性地層而言，部分沖洗液（如硅酸鹽沖洗液、正電膠沖洗液、優(yōu)質(zhì)聚合物泥漿與粗分散泥漿等）還可顯著提升孔壁穩(wěn)定性，防止鉆進(jìn)過程中因孔壁失穩(wěn)而出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

2 影響復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)的因素

2.1地層地質(zhì)條件

地層地質(zhì)條件是影響地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)發(fā)揮的主要因素之一，也是選擇地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液類型、確定地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液參數(shù)的重要參考依據(jù)。針對不同的地層地質(zhì)條件，所選擇的地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液種類也不盡相同。因此，在進(jìn)行復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探施工之前，必須要徹底的對施工地區(qū)的地層地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，主要的勘察內(nèi)容有：地質(zhì)年代、地層應(yīng)力、巖石巖性、巖石膠性、地層完整程度、地層深度等。通過這些因素的綜合考量，確定地層情況，選擇合適的地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液。像是面對壓力地層的時候，就應(yīng)該選擇充氣泥漿、泡沫泥漿來避免漏失的情況。而面對蒙脫石含量比較高的強(qiáng)水敏性地層，就應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)聚合泥漿等。

2.2地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的日常維護(hù)

在進(jìn)行復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探的時候，不僅要考慮地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的選擇，還要考慮到地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的制備和日常維護(hù)。在制備地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液之前，首先要明確地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的特性，結(jié)合現(xiàn)有的配漿設(shè)備進(jìn)行制作，確定相關(guān)測試儀器和配置儀器的正常運(yùn)行。

2.3地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的固控設(shè)備

固控設(shè)備主要是用于清理地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的固相，在鉆井過程中，地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液使用時間越長，就會產(chǎn)生越多的固相，而這些固相也會對鉆探的過程造成一定的影響，不利于鉆探進(jìn)度和鉆探質(zhì)量的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液產(chǎn)生的固相每增加1%，鉆頭的鉆速會下降5%；每清除10%的固相，能夠提升29%的鉆速。由此可見，對地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液產(chǎn)生的固相進(jìn)行控制是非常必要的。固控設(shè)備的存在價值就是對地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液產(chǎn)生的固相進(jìn)行控制，常用的固相控制法有機(jī)械清除、化學(xué)絮凝、沉淀除砂等。針對某種固相設(shè)備進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)處理前地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的固相顆粒峰值為5μm-80μm，處理后地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的固相顆粒峰值為10μm以下；處理前地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的固相顆粒平均粒徑為22μm，處理后地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液的固相顆粒平均粒徑為5μm。

3 推動鉆探?jīng)_洗技術(shù)技術(shù)發(fā)展的策略

3.1根據(jù)地層情況滿足沖洗液設(shè)計條件

不同地層條件對沖洗液有著不同的要求，所謂的設(shè)計條件是指沖洗液配制方式，它側(cè)重于調(diào)節(jié)沖洗液性能，從而滿足不同地層的鉆探需求。例如針對破碎性地層的鉆探，由于該地層構(gòu)造特殊且受到應(yīng)力的作用可能出現(xiàn)裂縫，在沖洗液的設(shè)計方面應(yīng)當(dāng)考慮到裂縫的控制與孔壁的保護(hù)。因此可以選擇低固相沖洗液進(jìn)行造壁。應(yīng)當(dāng)對破碎性地層的粘度情況進(jìn)行調(diào)查，從而確定沖洗液的比重，使沖洗液能夠與地層情況相適應(yīng)，保證不影響孔壁強(qiáng)度。

針對強(qiáng)水敏地層，由于該地層受到水化作用的影響，導(dǎo)致其中的黏土膨脹，容易引起孔壁的縮徑，使得在鉆孔過程中巖屑較為分散，使沖洗液的比重大幅度上升，從而影響流體的性能。沖洗液設(shè)計時，要充分考慮到?jīng)_洗液的失水量，會使之形成泥皮，阻擋自由水進(jìn)入地層。因此，首先應(yīng)當(dāng)在沖洗液配置中需要加入帶有銨根離子與鉀離子的處理劑，以降低水化作用，且具備較強(qiáng)的吸附作用。其次，要封堵毛細(xì)血管通道，防止自由水的滲透，避免黏土的膨脹。

3.2恰當(dāng)選擇鉆探?jīng)_洗液類型

復(fù)雜地層的地質(zhì)鉆探，要考慮到孔壁穩(wěn)定的問題，因此對沖洗液的性能與技術(shù)體系要求較高。在鉆進(jìn)過程中，由于不同地層地質(zhì)對沖洗液的要求存在著差異，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際地層特點(diǎn)，鉆進(jìn)工藝等選擇合適的鉆探?jīng)_洗液，從而避免鉆頭的磨損，提高使用壽命，并優(yōu)化鉆探效率。開展花崗巖地層的鉆探工作，首先需要實(shí)地勘察地層的地質(zhì)構(gòu)造，由于受到長時間風(fēng)力或流水侵蝕，導(dǎo)致花崗巖地層內(nèi)部孔壁的穩(wěn)定性較差，因此可以選擇低固相沖洗液。低固相沖洗液能夠有效分離卡鉆，且在循環(huán)過程中能夠在孔壁上形成泥皮，起到保護(hù)孔壁的作用，防止出現(xiàn)孔壁坍塌的現(xiàn)象。

3.3合理搭配鉆探?jīng)_洗液配方

合適的沖洗液配制對鉆探效率以及取心質(zhì)量有直接的影響，因此重視鉆探?jīng)_洗液的配方，有助于避免安全隱患，提高施工質(zhì)量。對較完整地層的鉆探，配方選擇上應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮“水+皂化油或水+聚丙烯”的配制方式，這一沖洗液配方的潤滑性較高，能夠減少鉆頭的摩擦阻力，延長鉆頭的使用壽命，同時也可以提高地層的穩(wěn)定性，保證施工的安全性，避免井內(nèi)事故的出現(xiàn)。針對破碎、孔壁穩(wěn)定性一般的地層鉆探，則可以采取“水+膨潤土+CMC+純堿”的沖洗液配制方式，據(jù)地層的變化，適當(dāng)調(diào)節(jié)材料使用量，提高沖洗液性能，使鉆探工作能夠高效開展。針對強(qiáng)水敏性地層的鉆探，可以采用“水+膨潤土+純堿+磺化瀝青+磺化褐煤+酚醛樹脂+低粘纖維素+鉀鹽”的沖洗液配制方式，適當(dāng)增加鉀鹽的加入量，提高沖洗液的降失水性及比重，有效地抑制孔壁巖層吸水膨脹及平衡地層壓力，使鉆探工作能夠高效展開。

結(jié)語

基于以上論述，復(fù)雜地層鉆探任務(wù)的實(shí)施對沖洗液技術(shù)要求較高，盡管該技術(shù)在復(fù)雜地層礦產(chǎn)開采中得到了應(yīng)用，并取得了良好的成果，但是依然在體系設(shè)計、材料研制與孔壁穩(wěn)定性方面存在一定的缺陷，對此仍需在實(shí)踐過程中不斷研究與不斷完善，以此更好的服務(wù)于我國礦產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]周志雄.復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)現(xiàn)狀[A]..四川省地質(zhì)學(xué)會2014年資料匯編[C].：四川省地質(zhì)學(xué)會，2014：4.

（作者單位：遼寧省東煤地質(zhì)一五五隊有限責(zé)任公司）