摘要：在地質(zhì)鉆探過(guò)程中經(jīng)常遇到異常壓力地層，這時(shí)就要提高沖洗液密度，平衡地層的壓力，穩(wěn)定孔壁。但沖洗液的密度增高會(huì)形成泥漿的流變性差、失水量大，泵壓增加，進(jìn)一步影響鉆進(jìn)效率。本文主要講了兩個(gè)方面：一、復(fù)雜地層鉆探的概述，包括發(fā)展、特點(diǎn)及對(duì)沖洗液技術(shù)的要求；二、對(duì)復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)的研究與分析。

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

在復(fù)雜地層的情況下，要控制和維護(hù)好沖洗液的性能，沖洗液的密度高會(huì)形成泥漿的總體積與液相體積差較大，沖洗液就不會(huì)保持良好的流變性能，進(jìn)一步影響了鉆進(jìn)的效率以及施工的質(zhì)量。加強(qiáng)沖洗液的類(lèi)型選擇及處理劑的使用，是解決復(fù)雜地層鉆探?jīng)_洗液技術(shù)問(wèn)題的首要條件[1]。

一、地質(zhì)鉆探概述

㈠、發(fā)展

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)日益對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量越來(lái)越大，但開(kāi)采的資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的需求，只能依靠進(jìn)口，這不僅浪費(fèi)了我國(guó)的大量資源，還加大了經(jīng)濟(jì)輸出。因此，我國(guó)目前加強(qiáng)了對(duì)礦資源的開(kāi)采和開(kāi)發(fā)的力度，制定了相關(guān)的礦資源勘查計(jì)劃?？辈榈牡V源深度也在不斷的加深，目前已經(jīng)達(dá)到了2000m深度的地質(zhì)巖心鉆探孔，其中最深孔已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2700m，同時(shí)勘查的區(qū)域逐漸向西部地區(qū)擴(kuò)展。同時(shí)，國(guó)家也越來(lái)越重視深部地球的研究，加大了科學(xué)研究的投入力度，并實(shí)施了有關(guān)于大陸鉆探項(xiàng)目和柴達(dá)木盆地的資源鉆探項(xiàng)目，還包括深部探測(cè)計(jì)劃、地震鉆探、白堊紀(jì)鉆探和天然氣鉆探等鉆探項(xiàng)目。我們所研究的鉆探項(xiàng)目大部分位于地層斷裂帶或是高原凍土地帶，由于鉆孔的深度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3000m，而且鉆探的地質(zhì)條件很復(fù)雜，因而對(duì)鉆探的效率、技術(shù)和取心的質(zhì)量都提高了要求。面對(duì)這些較為復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行鉆探，使用沖洗液是首要條件，且其在技術(shù)上有很大的重要性，因此沖洗液有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

㈡、特點(diǎn)

地質(zhì)的巖心鉆探技術(shù)、地質(zhì)及要求不同于石油鉆井，它具有口徑小、轉(zhuǎn)速快、間隙小，取心質(zhì)量高等特點(diǎn)。我國(guó)一般采取繩索取心鉆對(duì)巖心鉆探和科學(xué)鉆探進(jìn)行研究，這種方法效率快，鉆口徑，環(huán)空間隙小，而且沖洗液的壓力高，這就要求鉆探的泥漿具有較好的流動(dòng)性及薄而韌質(zhì)量的泥餅。我國(guó)的地礦繩索取心鉆具的規(guī)格一般為：φ46mm、φ56mm、φ59mm、φ75mm、φ91mm、φ95mm，過(guò)渡規(guī)格的是φ56mm、φ91mm，常用的口徑是φ59mm、φ75mm，要求鉆具和環(huán)形間隙不能大于3mm。若沖洗液使用錯(cuò)誤，就會(huì)加大流動(dòng)阻力，出現(xiàn)蹩泵的現(xiàn)象，最后導(dǎo)致循環(huán)的漏失以及孔壁坍塌。繩索取心鉆探的泵量較低，巖粉濃度高且細(xì)。通常泵量為每分鐘15-30升，在地表除砂的前提下，上返液流的巖粉濃度會(huì)超過(guò)其泵量的3-5%之間，但巖粉的粒度不會(huì)超過(guò)0.074mm。由于泥漿的總體積和液相體積相差較大，且凈化較差，轉(zhuǎn)速高，那么產(chǎn)生的離心力就會(huì)大，容易在鉆桿的內(nèi)壁形成泥皮。這不僅影響了打撈器和取心內(nèi)管總成的運(yùn)行，還影響著撈取巖心的效果，因此要降低泥漿的切力和加強(qiáng)固控的系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速較高的情況下，回轉(zhuǎn)的阻力就會(huì)大，這時(shí)泥漿就需要很好的潤(rùn)滑性，降低鉆探泥漿的粘度、切力、泥漿的總體積與液相體積差。對(duì)泥漿的指標(biāo)如圖表1所示。除此之外，在面對(duì)鹽膏層的鉆探時(shí)，要求沖洗液具有良好的抑制性、失水造壁性和抗鹽鈣的能力。

㈢、對(duì)沖洗液的要求

1）當(dāng)泥漿的總體積與液相體積差較小或等于0時(shí)，證明沒(méi)有粘土固相，此時(shí)泥漿的密度為1.0-1.02g/cm3；

2）繩索取心鉆的泥漿細(xì)且散，因此入孔的泥漿總體積與液相體積差中的80%-90%以上的粒度不能大于10μm；

3）降低泥漿的粘度、切力，粘度應(yīng)小于3-5mPa·s，泥漿的韌性應(yīng)小于0.05-0.1M Pa，流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)接近于靜止；

4）適當(dāng)?shù)氖?，有抑制水敏性地層的能力，保持失水量小?5mL；

5）泥漿的種類(lèi)越少越好，簡(jiǎn)單的配制，便于維護(hù)；

6）制定固控的裝置以及凈化的系統(tǒng)，保證泥漿質(zhì)量。

當(dāng)繩索取心沖洗液具備這些要求時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)對(duì)泥漿的要求：

1）減少環(huán)空動(dòng)壓，避免出現(xiàn)漏壓、裂壓、孔壁地層坍塌的現(xiàn)象；

2）環(huán)空流動(dòng)盡量處于靜止的狀態(tài)，保持孔壁的干凈，預(yù)防泥皮縮徑，造成粘附卡鉆的現(xiàn)象；

3）鉆桿內(nèi)夠進(jìn)行紊流沖刷，實(shí)現(xiàn)除垢和防垢的目的；

4）凈化除砂特性較好，減少結(jié)垢顆粒的現(xiàn)象；

5）還應(yīng)有堵漏的材料[2]。

二、技術(shù)研究

㈠、技術(shù)及沖洗液的選擇

由于以前對(duì)礦產(chǎn)鉆探資源的工作忽視，開(kāi)展的科研工作不順，使沖洗液技術(shù)在地質(zhì)鉆探的發(fā)展上有一定的約束。但目前我國(guó)又提出了地質(zhì)鉆探技術(shù)不同于油氣井鉆探的要求，不能根據(jù)沖洗液在石油鉆井的技術(shù)進(jìn)行研究，尤其是繩索取心的地質(zhì)鉆探技術(shù)。這種鉆探技術(shù)在進(jìn)行沖洗液時(shí)會(huì)遇到很多難題，包括：孔徑較小、地層的變化大、地質(zhì)復(fù)雜等，但對(duì)于石油鉆井來(lái)說(shuō)，它的孔徑大，很難進(jìn)行沖洗液的調(diào)配與維護(hù)。面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件，應(yīng)采用繩索取心鉆進(jìn)和孔底動(dòng)力鉆進(jìn)，這兩種鉆進(jìn)方法能夠提高鉆進(jìn)對(duì)沖洗液的性能要求，加大沖洗液現(xiàn)場(chǎng)配制和維護(hù)的要求。沖洗液的選擇、材料構(gòu)成以及技術(shù)利用對(duì)于復(fù)雜地層鉆探的作用都很重要，沖洗液的配置與維護(hù)，決定鉆孔的效果。復(fù)雜的地層，包括強(qiáng)水敏性、松散破碎、鹽膏層、異常壓力等地層。其中強(qiáng)水敏性的地層，吸水容易膨脹，縮小徑口，遇到水泥漿就會(huì)散，孔壁就會(huì)脫落，容易坍塌，不能控制泥漿的流變性能，形成鉆速低，需排放泥漿。在地質(zhì)鉆探過(guò)程中經(jīng)常遇到異常壓力地層，這時(shí)就要提高沖洗液密度，平衡地層的壓力，穩(wěn)定孔壁，但沖洗液的密度高會(huì)影響良好的流變性能、鉆進(jìn)的效率以及施工的質(zhì)量。

㈡、無(wú)固相泥漿技術(shù)

在復(fù)雜地層的鉆探中，沖洗液面主要面對(duì)的技術(shù)難題是：不能使用泥漿的總體積與液相體積差解決孔壁的穩(wěn)定；利用膨潤(rùn)土相的泥漿鉆進(jìn)，會(huì)加大鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢。除此之外，還面臨著泥漿的潤(rùn)滑性、抗污性、抗溫性等問(wèn)題的提出，現(xiàn)階段較多的鉆探單位對(duì)泥漿的技術(shù)要求較低，包括材料選擇、配制以及使用上都有很多的錯(cuò)誤。由于地質(zhì)鉆探的勘測(cè)條件簡(jiǎn)單，沒(méi)有充足的固控設(shè)備，對(duì)沖洗液的配置與維護(hù)很難進(jìn)行，受到極大的限制。所以，加強(qiáng)沖洗液的材料選擇及處理劑的使用，是面對(duì)復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液技術(shù)的首要條件。采用無(wú)固相泥漿技術(shù)，不僅是為了滿(mǎn)足孔壁的穩(wěn)定，降低泥漿的成本，提高鉆速，還能防止繩鉆鉆桿內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象。若在地質(zhì)鉆探中遇到膠結(jié)性較差的松散、破碎等地層，由于無(wú)固相泥漿的造壁性能低，泥漿濾失量大，不能解決孔壁的穩(wěn)定問(wèn)題，這就需要采用低固相泥漿技術(shù)。

㈢、固相含量

總的來(lái)看，在石油行業(yè)中國(guó)內(nèi)固控技術(shù)的使用比較成熟，但對(duì)地質(zhì)鉆探的使用相對(duì)而言就很少。一般會(huì)通過(guò)降低沖洗液泥漿的總體積與液相體積差，即加清水或加泥漿，同時(shí)加入其他處理劑，使泥漿的容量越來(lái)越大。在固相含量較高時(shí)，沖洗液性能較差，此時(shí)必須使用新泥漿，但會(huì)加大鉆進(jìn)的成本，并且廢漿的排放會(huì)造成環(huán)境污染，隨著復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探對(duì)沖洗液技術(shù)的提高，控制泥漿固相含量是目前解決泥漿技術(shù)的基本前提。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)固相泥漿的總體積與液相體積差為零是現(xiàn)階段繩索取心沖洗液最常用的技術(shù)。國(guó)外使用的無(wú)固相泥漿技術(shù)是由高分子聚合物配制而成，而我國(guó)除了采用水解的聚丙烯酰胺外，還使用植物膠技術(shù)等。因此對(duì)鉆探的效率、技術(shù)和取心的質(zhì)量都提高了要求，面對(duì)這些較為復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行鉆探，使用沖洗液是首要條件，在技術(shù)上有很大的重要性，因此沖洗液有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，（S1）：104-107.

[2]冉恒謙，張金昌，謝文衛(wèi)，張永勤，宋志彬，向軍文，劉凡柏，馮起贈(zèng)，鄢泰寧，賈美玲，陶士先，胡繼良.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，（11）：1806-1822.

[3]水文地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液成果簡(jiǎn)介[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，（04）：2.