SD-KP冲洗液在临江苇沙河深孔施工的应用

杨春柳，陈忠义

(1.吉林省第六地质探矿工程大队，吉林 延吉 133401；2.潍坊学院，山东 潍坊 261000)

0 引言

在钻探工程施工中，冲洗液被称为钻探工程的血液，起着冷却钻头、润滑钻具、携带钻屑、维护孔壁稳定等作用，其性能的变化将直接影响钻进效率和钻孔质量。2012年以前，六队在钻遇不稳定地层和中深钻孔时，由于受钻探设备和工艺的限制，往往会选择使用高黏度、高密度的人工钠土浓泥浆施钻。近几年，六队先后购置了几台XY-6B立轴式钻机，并采用金刚石绳索取心钻探工艺，在临江苇沙河多金属矿区深孔勘探中，选择使用了合理配方的SD-KP低固相冲洗液钻进，取得了较好的钻探施工效果。

1 工程概述

ZK2502孔位于吉林省临江苇沙河境内，终孔孔深1955.80 m，工期80 d，矿区岩性由斜长岩和闪长岩组成，可钻性等级7～8级，岩层较为完整，但在850 m、1430 m、1650 m孔段钻遇层厚3～6 m破碎带，孔内漏失、掉块严重，并有轻微坍塌。

2 施工设备

2.1 钻机

ZK2502孔设计孔深1900 m，深孔钻进需要相适宜的设备来保证，根据绳索取心钻探工艺的需要，选择国产XY-6B型立轴式岩心钻机，该钻机具有结构简单紧凑，布局合理，重量适中，维修方便，转速范围宽的优点。

钻机主要参数：钻进深度1000～2400 m；最大扭矩7800 Nm；立轴最大起拔力200 kN；最大提升能力85 kN。

2.2 泥浆泵

泥浆泵的工作能力也是保障深孔钻探顺利施工的重要因素之一，根据工艺需求，选择国产BW- 320型泥浆泵，它具有多挡、变速、变量、耐用、工作安全、维护方便等特点。

主要参数：缸径80/60 mm；流量320 L/min、230 L/min、165 L/min、118/180 L/min、130 L/min、92 L/min、60 L/min；泵压4.0 MPa、5.0 MPa、6.0 MPa、8.0/6.0 MPa、8.0 MPa、9.0 MPa、10.0 MPa。

2.3 钻杆及钻具

为了确保该孔钻进施工顺利进行，根据多年施工经验，选择国产45MnMoB ∅73 mm绳索取心钻杆及钻具。从施工使用情况看，施工1955.80 m深孔，其材质强度能达到使用要求。

3 钻孔结构及钻探工艺

3.1 钻孔结构

0～2 m，∅150 mm 合金钻头钻进，下入孔口管；2～15 m，∅130 mm 合金钻头钻进，下入∅127 mm套管；15～81 m，∅110 mm 合金钻头钻进，下入∅108 mm套管；81～892.5 m，∅91 mm 金刚石钻头钻进，下入∅89 mm套管；892.5～1955.80 m，∅75 mm 人造金刚石孕镶钻头钻至终孔。

3.2 钻进方法

开孔到81 m孔段，150 mm、130 mm、110 mm三径均为普通单管钻具，硬质合金或金刚石钻进；孔深81 m以深采用金刚石绳索取心钻进。

3.3 钻进参数

81～1500 m孔段：S75 mm钻进，转速486 r/min，泵量66 L/min，钻压15～25 kN，电流50～60 A；1500～1955.80 m孔段：S75 mm钻进，转速388 r/min，泵量66 L/min，钻压15～25 kN，电流60～70 A。

4 冲洗液配置、配制及作用机理

4.1 冲洗液配置

根据钻遇地层特性，设备选择，钻孔结构及选择不同钻进工艺的特点，并结合多年的技术经验，选择了多效天然植物胶SD- 2、KP共聚物，多效堵漏剂(随钻型)，06高效润滑剂等钻井液。该冲洗液在实际使用中体现出悬浮能力强，胶结性好，润滑性高，护壁性好，性能稳定，配制简单，维护方便等优点。

4.2 冲洗液的配制

严格按照操作程序，配制方法，设计配量和设定的冲洗液性能参数，分井段配方进行分别配制。

4.2.1 0～250 m

配方：清水+4%膨润土+0.8%植物胶SD- 2+0.6%KP共聚物+0.4%CMC+0.3%PAM。

性能参数：黏度25 s，密度1.06 g/cm3，滤失量15 mL/30 min，pH 8.5，泥皮厚度0.85 mm。

4.2.2 280～850 m

配方：清水+4%膨润土+0.6%植物胶SD- 2+0.6%KP共聚物+0.4%CMC+0.3%PAM+0.8%06型高效润滑剂。

性能参数：黏度22 s，密度1.05 g/cm3，滤失量10 mL/30 min，pH 9，泥皮厚度0.7 mm。

4.2.3 850～1955.80 m

配方：清水+4%膨润土+0.5%植物胶SD- 2+0.8%KP共聚物+0.4%CMC+0.3%PAM+1%06型高效润滑剂+1%多效堵漏剂(随钻型)。

性能参数：黏度20～22 s，密度1.03 g/cm3，滤失量8 mL/30 min，pH 9～10，泥皮厚度0.5 mm。

4.3 SD- KP冲洗液的作用机理

该冲洗液是充分利用SD植物胶的造浆性好、胶体率高、悬浮力强、润滑效果好及网状结构对井壁的胶结黏附性能，配合KP共聚物中的K+和聚合物对井壁的吸附，起到护壁固壁作用；利用06型高效润滑剂中葵脂皂脚及表面活性剂，湿润剂等配合SD植物胶，改善冲洗液中微粒间的相互吸附，并在井壁与钻杆间形成一层润滑膜，达到润滑作用。利用CMC配合SD植物胶，进一步降低其滤失量，防止由于地层水化膨胀而造成坍塌，加入堵漏剂是加强堵漏的有效性，持久和稳定性。

4.4 冲洗液现场维护

(1)勤观察，勤测量，及时掌握冲洗液的性能变化。

(2)冲洗液性能维护，必须坚持“细水长流”的方式，处理剂必须适量、缓慢加入，不得猛加处理剂造成新添剂(料)与孔内发生不良反应，避免冲洗液性能波动过大而造成孔内复杂情况。

(3)冲洗液从孔内返出后，必须经过沉淀池、循环槽流向泥浆池，循环槽长度不少于15 m，坡比0.5%，槽内增设缓流板，对沉淀池岩粉要及时清理。

(4)沟槽及池内严禁地表各种水源流入，整个冲洗液循环系统应搭棚避雨。

(5)现场配备野外冲洗液测试箱，每班至少2次检测冲洗液黏度、密度、滤失量、pH、泥皮厚度、含砂量等。

5 SD-KP冲洗液应用效果

该矿区共施工两个钻孔，2015年施工的ZK2501孔，终孔深度1412.13 m，技术套管以下采用S75金刚石绳索取心钻进，全孔使用本地产黏土与外购泥浆处理剂配制的低固相冲洗液。2016年施工的ZK2502孔，设计孔深1900 m，在孔深850 m、1430 m、1650 m孔段钻遇层厚3～6 m破碎带，地层较ZK2501孔复杂。因此，采用SD- KP低固相冲洗液，使孔内施工安全环境大大改善，钻进效率及钻孔质量比ZK2501更为理想。

5.1 钻头使用效果

ZK2502孔共计使用S75国产孕镶金刚石钻头15个，HRC 25～35，共进尺1874.80 m，平均进尺125 m，单钻头最高进尺189 m，所使用的钻头中60%还可以在浅孔再次使用。

5.2 进尺情况

ZK2502孔使用S75金刚石绳索取心钻进方法钻进1874.80 m，纯钻进时间646.5 h，时效2.9 m/h，全孔平均台月效率950.83 m/台月。

5.3 泥浆消耗及施工情况

ZK2502孔地质情况比ZK2501孔复杂，但由于使用了较先进的泥浆处理剂及配置方法，冲洗液性能稳定，冲洗液仅靠地表循环系统即可达到净化目的，并能连续保护孔内正常工作环境，全孔基本上没有发生大体积泥浆置换，泥浆消耗明显降低，大大降低了钻进综合成本，并且有利于环保。全孔钻进过程中孔内工作环境良好， 除了破碎带进行水泥固井外均能保持正常钻进，没有出现任何事故。

6 结语

深孔施工，特别是复杂地层的深孔钻探施工中，因地制宜，配置合理的冲洗液，可持续保持孔内良好的工作环境，为高效、低耗、环保的钻探施工提供可靠的保障。