余善平

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽六安 237010)

0 引言

《華東廬樅盆地科學(xué)鉆探選址預(yù)研究》為《深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)》第五項(xiàng)目《大陸科學(xué)鉆探選址為科學(xué)鉆探實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目下屬課題（編號：SinoProbe-05-07）。LZSD-1 孔共計(jì)下入三層套管，鉆孔0～203.08m 采用常規(guī)鉆進(jìn)，203.08～1502.27m 采用Φ 97mm金剛石繩索取心鉆進(jìn)，1502.27～3008.29m采用Φ77mm 金剛石繩索取心鉆進(jìn)。繩索取心鉆進(jìn)工藝，具有輔助時(shí)間少、取心質(zhì)量好、效率高等特點(diǎn)，對于深部巖心鉆探優(yōu)勢尤為明顯。深部小口徑繩索取心鉆進(jìn)工藝的泥漿技術(shù)極大的保障了鉆孔的順利完成。

1 地層特點(diǎn)

LZSD-1 孔屬廬樅盆地地區(qū)，本區(qū)域出露地層以前寒武紀(jì)褶皺基底和晚古生代褶皺蓋層為主，中生代地層多為斷陷盆地沉積；廬樅盆地是由多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的，盆地東緣為鵝婆巖體，西緣為江背巖體，北緣為桃山巖體；其間為一個(gè)由晚古生代—中生代地層所組成的北端揚(yáng)起、南端傾伏的十分復(fù)雜的北東-北北東向復(fù)式向斜構(gòu)造。地層主要為玄武巖、凝灰?guī)r、粉砂巖、粗安巖、正長巖，上部地層破碎，局部有漏失，大部分地層完整。

2 鉆孔結(jié)構(gòu)

LZSD-1 孔共計(jì)四開，下入三層套管。一開鉆孔直徑Φ122mm，Φ250mm 擴(kuò)孔，套管直徑Φ219mm，套管下深17.51m，固井。二開鉆孔直徑Φ122mm，Φ 200mm 擴(kuò)孔，套管直徑Φ168mm，套管下深201.80m，固井。三開鉆孔直徑Φ97mm，Φ130mm 擴(kuò)孔，技術(shù)套管直徑Φ127mm，套管下深201.80m。四開鉆孔直徑Φ 77mm。

3 泥漿工藝

3.1 重難點(diǎn)分析

(1)環(huán)狀間隙小，循環(huán)阻力大，容易產(chǎn)生憋泵現(xiàn)象，尤其在深孔壓力激發(fā)下問題會更加突出。

(2)繩索取心鉆桿內(nèi)壁易產(chǎn)生結(jié)垢，泥漿要有足夠的懸浮能力，同時(shí)對地面固控能力要求較高。

(3)上部破碎地層易出現(xiàn)坍塌，需加強(qiáng)護(hù)壁，并防止壓漏地層。

(4)局部地層漏失，需提前做好預(yù)案，進(jìn)行堵漏。

(5)深孔時(shí)，鉆孔溫度升高，會出現(xiàn)高分子泥漿降解問題；影響泥漿流變性，增加濾失量，潤滑條件下降。

3.2 設(shè)計(jì)原則

針對地層特點(diǎn)結(jié)合LZSD-1 孔施工工藝，現(xiàn)場對鉆進(jìn)泥漿體系設(shè)計(jì)主要有以下要求：

(1)低固相含量，以防鉆桿內(nèi)壁結(jié)泥皮，并有利于防止漏失和提高鉆速。

(2)良好的潤滑性，減小鉆桿柱與套管、孔壁間摩擦阻力，減小鉆機(jī)回轉(zhuǎn)阻力，并防止黏附卡鉆、鉆頭泥包。

(3)攜帶巖粉能力強(qiáng)，保證孔內(nèi)清潔，防止泥漿中巖粉造成燒鉆、埋鉆事故。

(4)懸浮巖粉、巖屑能力強(qiáng)，延長靜態(tài)下巖屑在泥漿中懸浮的時(shí)間，預(yù)防泥漿中巖粉、巖屑沉淀于鉆具與孔壁間而埋鉆。

(5)要有良好的流變性，保證泥漿低黏度、低動(dòng)切力、高靜切力，以利于清除、懸浮巖屑，防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢，并且可以降低泥漿的流動(dòng)阻力，減少泵壓損失。

(6)要有一定的抗高溫能力，鉆孔隨著孔深增加，地層溫度梯度逐漸上升，泥漿必須具有一定的抗溫能力，抵抗高溫對其性能的影響。

(7)要有較好的護(hù)壁性能，該孔地層局部松散破碎，需要泥漿有良好的護(hù)壁能力，以保證孔壁的穩(wěn)定性。

3.3 處理技術(shù)

3.3.1 復(fù)雜地層泥漿的選擇與調(diào)整

0～208.08m 地層較為復(fù)雜，采用常規(guī)鉆進(jìn)，選用低固相不分散泥漿，開孔泥漿配方：清水+8%～10%黏土粉+5%純堿+0.2%CMC。鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)，由于黏土粉加量偏大，泥漿黏度較高，且使用黏土粉中含有雜質(zhì)較多，固相含量增大后糊鉆明顯。

針對泥漿出現(xiàn)的問題，采取了以下措施進(jìn)行調(diào)整：

(1)日常補(bǔ)漿用水+2%腐殖酸鉀對池中泥漿進(jìn)行稀釋；

(2)使用自制振動(dòng)篩加強(qiáng)固控；

(3)排出池中泥漿，更換新漿，新漿配方降低黏土粉加量；

(4)添加潤滑劑防黏卡及鉆頭泥包；

(5)換用質(zhì)量較好的鈉土；

(6)泥漿性能變差，難以調(diào)整時(shí)視情況進(jìn)行部分換漿。

具體性能如下:

0～150.95m：比 重1.08～1.21g/cm3；黏度：24～40s；失水量：11～16mL/30min；泥餅：0.6～0.8mm；含砂量0.1～0.9%；pH：8.5～9。

150.95～203.08m：比重1.22～1.34g/cm3；黏度：26～42s；失水量：8～15mL/30min；泥餅：0.6～0.8mm；含砂量0.3～0.9%；pH：9。

3.3.2 較完整地層泥漿的選擇與調(diào)整

203.08m 以后地層較完整，采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)，泥漿的選擇主要以無固相為主，以防鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢。無固相泥漿處理劑是以高分子PHP、高分子聚合物、潤滑劑為主體，其作用是懸浮攜帶巖粉、潤滑鉆具，以及護(hù)壁等?，F(xiàn)場泥漿配方為：水+0.2‰～0.8‰PHP+0.4%皂化油/GLUB 潤滑劑+1‰～2‰燒堿。具體性能：比重1.01～1.02g/cm3；黏度：18～25s；失水量：13～17mL/30min；泥餅：0.6～0.8mm；含砂量＜1.5%；pH：9～10。

該配方可滿足鉆進(jìn)要求，并具有以下特點(diǎn)：

(1)配方處理劑種類少，且使用量較少，配置簡單，成本低。

(2)潤滑性好。通過GULB 等潤滑劑提高了體系的潤滑性，有效減少了鉆桿柱的磨損。

(3)流變特性好。PHP起到增黏作用，并能改變流型，利于清除、懸浮巖屑，繩索取心鉆桿內(nèi)壁泥垢少。

(4)懸浮巖粉、巖屑能力強(qiáng)。鉆孔在因測井等情況停待數(shù)天后，鉆具仍可順利下入孔底，且孔未出現(xiàn)過一次埋鉆事故。

3.3.3 漏失地層的護(hù)壁與堵漏

LZSD-1 孔上部地層松散破碎，局部堅(jiān)硬地層有裂隙，全孔共計(jì)出現(xiàn)3次井漏情況，都發(fā)生在800m以上孔段。

在22m左右，地層出現(xiàn)第一次漏漿。在22～66m孔段共計(jì)補(bǔ)漿約4.9m3，并在補(bǔ)充泥漿中加入5%隨鉆堵漏劑SZ，在66m后漏失明顯減小；但70m后再次漏失，80～126m 孔段漏失最大，超過14m3，因此采用向孔內(nèi)投黏土球（黏土球中加PHP干粉）的方法，下鉆搗實(shí)，黏土球遇水膨脹后與PHP混合產(chǎn)生高分子與黏土交聯(lián)絮凝作用，填充吸附于巖層裂隙中，起到堵漏作用，處理效果較好，鉆進(jìn)至150.95m以后，觀測泥漿已無明顯漏失。此次共計(jì)漏漿約22m3。

在203.08m，地層第二次漏漿。由于漏失量不大，開始采取頂漏鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至216.86m，觀測地層仍有漏失；后將PHP 用熱水泡開，將配方為水+170kg 黏土粉+4kgPHP 約0.2m3的混合物攪拌至黏糊狀，用泥漿泵送入鉆桿內(nèi)，再抽泥漿壓入孔底，候凝一段時(shí)間后再繼續(xù)鉆進(jìn)，觀測泥漿漏失逐步減小，直至基本無漏失。此次共計(jì)漏漿約10m3。

在704.66m，地層第三次漏漿。此時(shí)繩索取心鉆進(jìn)，使用的是無固相泥漿，為保證泥漿較低的固相，采取補(bǔ)充無固相泥漿頂漏鉆進(jìn)。次日觀測泥漿基本無漏失。此次共計(jì)漏漿約6.5m3。

3.3.4 高溫對泥漿影響的處理

LZSD-1 孔孔深在2600m 后，鉆孔溫度達(dá)到90℃以上，泥漿中的PHP 雖然并未完全失去高分子性質(zhì)，但已出現(xiàn)一定降解，且受到機(jī)械剪切、pH 值、并存雜質(zhì)等多種因素影響，泥漿黏度下降明顯。

高溫減稠，泥漿動(dòng)靜切力下降，不利于懸浮攜帶巖屑、清潔孔內(nèi)沉渣。根據(jù)高溫對現(xiàn)有泥漿體系中PHP 的影響在100℃內(nèi)相對較小，PHP 僅會部分失去高分子活性的情況，采取了以下措施：

(1)隨孔深增加，適當(dāng)提高PHP加量，提高泥漿黏度。

(2)每回次接單根或起下鉆時(shí)，用PHP與清水配若干升黏稠的清掃液（PHP 加量0.3%～0.6%）打入孔內(nèi)循環(huán)，以便把環(huán)空中堆積的巖屑清掃出來，并通過多次持續(xù)地添加PHP彌補(bǔ)高溫的破壞作用帶來的損失。

(3)使用表面活性劑抑制高溫減稠現(xiàn)象。

(4)使用耐高溫的潤滑劑GLUB，防止出現(xiàn)破乳，保證泥漿在深孔中仍然具有良好的潤滑性能，有效降低摩擦阻力，減小回轉(zhuǎn)阻力。

4 結(jié)論

(1)日常補(bǔ)漿中加水及稀釋劑對泥漿進(jìn)行稀釋，由于加量不大，對泥漿黏度及比重的增長僅能起到一定的抑制作用，無法達(dá)到降低的效果；使用自制振動(dòng)篩機(jī)械除砂與自然沉淀除砂相結(jié)合進(jìn)行固控效果較好；必要時(shí)進(jìn)行部分換漿。

(2)細(xì)分散CMC+KHm 泥漿體系配置簡單，在鉆進(jìn)過程中可以自造漿，泥漿成本低，具有良好的護(hù)壁性和抑制孔壁膨脹的能力，但是易受外界侵污而改變性能。施工中要隨時(shí)掌握泥漿性能變化，及時(shí)采取調(diào)整措施，尤其應(yīng)做好泥漿地表凈化，加強(qiáng)固控工作。

(3)針對不同漏失地層采取不同的堵漏方法：當(dāng)鉆孔出現(xiàn)小漏（或叫滲漏）時(shí)，采取加入堵漏劑以調(diào)整泥漿性能進(jìn)行頂漏鉆進(jìn)；中等漏失時(shí)，采用泥漿絮凝法進(jìn)行護(hù)壁堵漏，該方法成功率高，堵漏快，成本低。

(4)泥漿出現(xiàn)高溫降解時(shí)，不能只考慮通過添加處理劑來提高稠度系數(shù)，提黏增切。在繩索取心鉆進(jìn)中，過度提高黏度和切力容易造成開泵困難、鉆速下降、泥包鉆頭、起下鉆易黏卡、鉆桿鉆具內(nèi)壁結(jié)垢等現(xiàn)象。且高溫對水基泥漿的影響十分復(fù)雜，泥漿配方復(fù)雜時(shí)，不但要考慮高溫對黏土粉的作用，還要考慮不同處理劑分子的高溫交聯(lián)情況等。