孫新堂

吉林省煤田地質(zhì)112勘探公司，吉林 延吉133000

0 引言

鉆井液的主要功用為冷卻鉆頭、排除和攜帶巖粉。同時還具有保護(hù)井壁、潤滑鉆具、破碎巖石等功用。但在不同鉆探和巖層條件下、其要求并不完全相同。鉆井液的種類有多種，常用的大致分為細(xì)分散泥漿、粗分散泥漿、不分散低固泥漿、無固相泥漿等其他類型泥漿。由于地質(zhì)勘探的發(fā)展，特別對深部資源的利用，是當(dāng)前解決資源短缺的首要課題，地質(zhì)勘探的工作顯得越來越重要。深部勘探越來越多。由此而帶來的深部勘探工作的難點(diǎn)增多，因常遇到巖層松散易坍塌、易漏失，以及遇水膨脹水敏底層，使鉆井因而易縮徑，這些都影響鉆井的順利施工。

隨著地質(zhì)勘探行業(yè)快速的發(fā)展，鉆井液如鉆探的血液，受到普遍關(guān)注和重視，對優(yōu)質(zhì)鉆井液的需求越來越高漲，優(yōu)質(zhì)的鉆井液具有防塌、防漏、降失水、攜帶能力強(qiáng)等特點(diǎn)。SWY無固相鉆井液是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)處理劑的復(fù)合產(chǎn)品，主要成份為有機(jī)高分子聚合物，它不含固相物質(zhì)，比重低，鉆進(jìn)中保持了鉆井中鉆井液的清潔，不糊鉆，保持鉆頭周圍清潔，從而加快了鉆進(jìn)速度，提高了鉆探效率。由于它具有優(yōu)質(zhì)鉆井液的功能特點(diǎn)，在鉆井壁上，形成薄而有韌性的膜，具有防塌、防漏、護(hù)壁的效果，故有利于安全鉆進(jìn)。SWY無固相鉆井液特別適合于小口徑金剛石取芯鉆進(jìn)、巖煤芯取芯鉆進(jìn)等其他地質(zhì)鉆探。

十多年來，我們配制多種無固相鉆井液，在鉆探施工中取得了很好的效果，本文介紹的SWY無固相鉆井液是其中之一。

1 鉆井液的作用機(jī)理與配制

1.1 作用機(jī)理

SWY無固相鉆井液是由有機(jī)化學(xué)處理劑組成的防塌劑、降失水劑、稀釋劑。它們都是有機(jī)高分子聚合物的物質(zhì)，其性能是由高分子結(jié)構(gòu)所決定的。防塌劑：水解聚丙烯酰胺（PHP）。分子量500～800萬，水解度30%左右。它是由丙烯酰胺和丙烯酸鈉兩高聚物組成的。其分子結(jié)構(gòu)式為:

它是以C-C鏈為骨架，在碳鏈上按著一定的規(guī)律重復(fù)分布著酰胺基和酸鈉基，整個分子鏈長而有韌性和柔軟性，可彎曲和扭轉(zhuǎn)，每個鏈子為一個作用基團(tuán)，具有很強(qiáng)的變形和架橋能力。在泥漿中有絮凝、增粘、降失水的作用。

降失水劑：鈉羧甲基纖維素（Na-CMC）。分子量為4.5～13.5萬，濃度2%～3%左右。它是一種聚陰離子纖維素類的高分子聚合物。Na-CMC分子結(jié)構(gòu)中的羥基（-OH）和醚氧（-O-）與粘土氫氧離子形成氫鏈連接，而羧鈉基（-COONa）的電離和水化，粘土顆粒帶來水化膜，增加粘土顆粒間斥力，使粘土顆粒分散與穩(wěn)定，自由水減少，形成的泥餅致密，有利于泥漿失水量的降低。

稀釋劑：腐植酸鉀。是褐煤用苛性鉀（KOH）處理而得到。腐植酸是由分子大小不同，構(gòu)成組分不一的，由羥基芳香羧酸組成的混合物。分子結(jié)構(gòu)中的羧基（-COOH）變?yōu)轸肉浕?COOK），-OH變?yōu)?OK基的產(chǎn)物。這些基因水化作用強(qiáng)，能吸附在粘土顆粒上，使粘土顆粒表面形成水化膜，增加分散度，有稀釋作用。

綜上所述，有機(jī)處理劑通過助劑復(fù)配后，充分展示了其性能更加優(yōu)良的特點(diǎn)。

（1）泥漿的相對密度是影響鉆速的重大因素。SWY無固相鉆井液的相對密度較低，僅為1.01 g/cm3 左右，保持了鉆頭周圍的清潔，有效地提高了鉆進(jìn)速度。

（2）選擇性絮凝作用。由于有機(jī)高分子聚合物，特別是聚丙烯胺的分子結(jié)構(gòu)中，有很強(qiáng)的能溶于水的吸附基團(tuán)，使固體顆粒聚集成團(tuán)，而發(fā)生沉降，凈化了泥漿，而很細(xì)小的部分顆粒仍保持在泥漿中，形成了低固相，使泥漿性能更佳。

（3）降失水作用。在有機(jī)處理劑中，很多的水化集團(tuán)，使粘土顆粒周圍形成水化膜，使自由水減少，同時高聚合物分子形成網(wǎng)狀而致密的結(jié)構(gòu)，提高了粘土顆粒聚結(jié)穩(wěn)定性，于是形成致密而薄的泥餅，使濾失量下降。

（4）護(hù)壁、防塌、防漏性能。鉆井液中長鏈型高分子化合物具有眾多的能溶水的強(qiáng)吸附基團(tuán)，使粘土顆粒相互聚結(jié)，在液固界面上具有一定的吸附作用，在井壁上形成一定強(qiáng)度的膜。該膜能阻止井壁與水的接觸，防止巖層裂隙的發(fā)展和破碎地層的坍塌，同時也降低了鉆井液的漏失。其次，高分子的線性長鏈卷曲成團(tuán)狀物，滲析于井壁表面或裂隙內(nèi)，形成有韌性的膜，增加了對井壁的膠結(jié)作用，可很好地穩(wěn)定井壁。

（5）潤滑減阻作用。鉆井液中的有機(jī)高分子聚合物物質(zhì)都有一定的潤滑性，可在鉆具及鉆井壁上形成一層薄膜，也就是邊界膜，它具有良好的潤滑性和一定的強(qiáng)度，大大降低鉆具、井壁、巖石及巖屑的摩擦阻力。由于其潤滑性能使得鉆具回轉(zhuǎn)阻力減小，有利于提高鉆進(jìn)速度。

（6）排除和攜帶巖粉能力。在SWY無固相鉆井液中，有機(jī)高分子聚合物在井底溫度作用下，通過分裂蒸發(fā)，顆粒相互聚結(jié)，使高分子長鏈在鉆井液中伸展開來，可以同時吸附在兩個或兩個以上的粘土顆粒上，在粘土顆粒間架橋，從而使巖粉被攜帶上來，并在泥漿槽和沉降池中，懸浮的巖粉顆粒絮凝成團(tuán)而被沉降，其SWY無固相鉆井液排除和攜帶巖粉能力大大增強(qiáng)。

1.2 配制過程

無固相鉆井液的研究實(shí)質(zhì)是處理劑的研究。優(yōu)質(zhì)的處理劑會使鉆井液具有優(yōu)良的性能。配制SWY無固相鉆井液處理劑的技術(shù)路線如下：

（1）防塌劑、降失水劑、稀釋劑之間比例的選擇。適當(dāng)?shù)谋壤荢WY具有優(yōu)良性能的重要因素，經(jīng)試驗(yàn)確定當(dāng)防塌劑、降失水劑與稀釋劑之間的比例為3：5：12時為最佳。

（2）助劑的選擇。為了使防塌劑、降失水劑與稀釋劑有機(jī)地結(jié)合起來，使性能得到充分的發(fā)揮，我們選取多種助劑之一NaHCO3。

2 室內(nèi)SWY鉆井液復(fù)配性能

2.1 泥漿性能試驗(yàn)

通過試驗(yàn)（表1）可以看出，SWY具有良好降失水功能，隨著SWY的量的增加，其粘度也在逐漸上升，可根據(jù)地層條件，調(diào)配適巖的鉆井液。

2.2 潤滑試驗(yàn)

以（表1）潤滑系數(shù)可以看出，SWY潤滑減阻性能明顯。

表 1 SWY流變性能表Table 1 Mud performance of SWY unfi xed phase drilling fl uid

2.3 抗干擾能力

因Na-CMC和腐植酸都是有很強(qiáng)的抗鹽能力，這就大大降低實(shí)際工作中泥漿的成本。

3 鉆井液在井場的使用及維護(hù)與管理

為了在鉆井現(xiàn)場的工作中使用好SWY無固相鉆井液，更好的發(fā)揮其優(yōu)良效能在地質(zhì)勘探施工中的作用，在實(shí)際工作中，加強(qiáng)對SWY無固相鉆井液的使用與維護(hù)管理，顯得非常重要，需按以下幾點(diǎn)去做好工作。

（1）鉆井液消耗量大需補(bǔ)加鉆井液時要在沉降池中加入SWY復(fù)配液及助劑與清水充分?jǐn)嚢璩捎袡C(jī)高分子水基交聯(lián)液，并使其鉆井液具有一定的粘度和切力。

（2）為了使細(xì)粒巖粉很好的懸浮與鉆丼液中，保持泥漿具有一定的粘度、切力、比重，必須往鉆井中加入一定的SWY復(fù)配液。

（3）補(bǔ)充加入SWY復(fù)配液時，要在泥漿井口流出處，往泥漿槽中緩慢加入，切不要過量。

（4）如果鉆井液中存在的粘土顆粒（固相）成分使泥漿比重加大時，可用清水緩慢進(jìn)行稀釋，同時加入SWY復(fù)配液進(jìn)行泥漿處理，以減少泥漿固相含量，以使泥漿比重下降。

（5）及時清除泥漿槽內(nèi)及沉降池中的巖屑，并配合采用機(jī)械除砂、除泥裝置，使絮凝的固相顆粒從泥漿中除去。

（6）在有效攜帶巖屑的前提下，泥漿的動切力，表觀粘度和靜切力盡可能降低，以利于泥漿保持低固相、低比重、凈化好，以利于提高鉆速。

（7）如遇復(fù)雜松散地層和遇水膨脹地層，要加大SWY復(fù)配液的量，使其粘度、切力、比重加大、可大大減少鉆井事故的發(fā)生。

（8）加強(qiáng)泥漿性能的測試工作，泥漿性能指標(biāo)要做好記錄，并做好上下班的交接。

4 野外實(shí)際應(yīng)用情況

十多年來，我們分別在九臺龍家堡深部找煤勘探和舒蘭深部找煤勘探以及敦化、琿春等勘探區(qū)都使用了SWY無固相鉆井液，取得了很好的效果。我們的施工鉆井深度大都在千米以上，部分超過1 350多米，特別在舒蘭、敦化勘探區(qū)巖層松散、破碎，且易漏失的地質(zhì)條件下，都取得了成功。SWY無固相鉆井液在施工中，充分發(fā)揮其優(yōu)良的性能，保障了鉆井的順利施工。

5 結(jié)論

（1）SWY無固相鉆井液是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)處理劑的復(fù)配品。

（2）該鉆井液無固相，低比重，性能優(yōu)異，即能加快鉆進(jìn)速度，又能保障鉆進(jìn)安全。

（3）該鉆井液SWY在巖層松散、破碎、易坍塌掉塊，易漏失復(fù)雜地層條件下，能發(fā)揮其優(yōu)良的性能和作用，滿足其地質(zhì)鉆探的需求。

（4）高分子聚合物易溶解于水，無毒，無害，不污染環(huán)境，操作方便。

（5）低密度，無固相，綜合流變性能更好，特別適用于繩索取芯鉆進(jìn)。煤田巖芯鉆進(jìn)等其他地質(zhì)勘探。適用廣泛，易于推廣。

[1] 武漢地質(zhì)學(xué)院.鉆探工藝學(xué)(鉆孔沖洗與護(hù)壁堵漏)[M].北京：地質(zhì)出版社.1981(7).

[2] 周國慶，高 峰，徐曉芹.介紹一種新型無固相鉆井液[J].中國煤田地質(zhì)報(bào).1999,(6).

[3] 任 重.關(guān)于煤田鉆探與金剛石鉆進(jìn)工藝的幾點(diǎn)探討[Z].中國地質(zhì)學(xué)會探礦工程專業(yè)委員會編(翻印版)，1995.