复杂地层地质钻探的冲洗液技术

岳刚

摘要：地质钻探冲洗液技术在复杂地层钻探施工生产中的应用是非常重，要的，属于地质勘探的关键技术之一。不仅能够为地质勘探工作提供安全保障，还能够确保地质勘探的工作效率与工作质量，为后续勘探工作进度的正常进行提供基本保障。

关键词：复杂地层；地质钻探；冲洗液技术

1 地质钻探冲洗液的作用

1.1携带岩石碎屑

地质钻探过程中，在钻头的回转、冲击作用下，会使岩石因破坏而于孔底形成岩粉、岩屑等沉淀物，此时为保持孔底清洁，则需利用冲洗液的携带作用将所产生的岩石碎屑采用正循环或者反循环形式排至地表；同时基于冲洗液触变特性的利用，冲洗过程中可利用冲洗液的比重变化产生浮力使岩石碎屑上浮，或者使用泥浆泵的正压力上举、气举反循环的负压吸出岩屑、岩块而防止孔底沉渣，从而既避免埋钻现象的发生，又能促进钻进效率的提高。

1.2冷却钻头

钻进过程中，钻头所带机械功大部分用于岩石破碎，而剩余小部分则会因与岩石摩擦而转化为热能，从而导致钻头温度升高。例如金刚石钻头，其在钻进过程中温升可达300℃以上，如若不能及时冷却，必然造成钻头因碳化作用而出现烧钻现象，最终降低使用寿命。此时通过冲洗液的循环作用，可有效带走钻头热量，达到降温目的，避免其因温度过高而受损和变形。

1.3润滑减阻

在与岩壁的摩擦作用下，高速旋转的钻杆、钻具会产生较大震动现象，使动力装置因负荷增大而降低钻进效率。乳化冲洗液具有良好的润滑效果，可以极大程度减小钻杆、钻具、钻头与孔壁的摩擦阻力，进而降低震动现象，减少机械能损失，确保钻进作业平稳进行。冲洗液的润滑减阻作用还有利于保护钻杆钻具不至于受到额外磨损，既减少了孔内事故的发生，又提高了生产效率。

1.4维护孔壁

由于冲洗液在循环过程中可于孔壁上形成一层较大密度的轻薄泥皮，从而起到护壁效果，防止孔壁塌陷、漏水以及井喷事故的发生，有效提升钻进过程的安全系数。此外，对于强水敏性地层而言，部分冲洗液（如硅酸盐冲洗液、正电胶冲洗液、优质聚合物泥浆与粗分散泥浆等）还可显著提升孔壁稳定性，防止钻进过程中因孔壁失稳而出现坍塌现象。

2 影响复杂地层地质钻探冲洗液技术的因素

2.1地层地质条件

地层地质条件是影响地质钻探冲洗液技术发挥的主要因素之一，也是选择地质钻探冲洗液类型、确定地质钻探冲洗液参数的重要参考依据。针对不同的地层地质条件，所选择的地质钻探冲洗液种类也不尽相同。因此，在进行复杂地层地质钻探施工之前，必须要彻底的对施工地区的地层地质条件进行勘察，主要的勘察内容有：地质年代、地层應力、岩石岩性、岩石胶性、地层完整程度、地层深度等。通过这些因素的综合考量，确定地层情况，选择合适的地质钻探冲洗液。像是面对压力地层的时候，就应该选择充气泥浆、泡沫泥浆来避免漏失的情况。而面对蒙脱石含量比较高的强水敏性地层，就应该选择优质聚合泥浆等。

2.2地质钻探冲洗液的日常维护

在进行复杂地层地质钻探的时候，不仅要考虑地质钻探冲洗液的选择，还要考虑到地质钻探冲洗液的制备和日常维护。在制备地质钻探冲洗液之前，首先要明确地质钻探冲洗液的特性，结合现有的配浆设备进行制作，确定相关测试仪器和配置仪器的正常运行。

2.3地质钻探冲洗液的固控设备

固控设备主要是用于清理地质钻探冲洗液的固相，在钻井过程中，地质钻探冲洗液使用时间越长，就会产生越多的固相，而这些固相也会对钻探的过程造成一定的影响，不利于钻探进度和钻探质量的发展。据不完全统计，地质钻探冲洗液产生的固相每增加1%，钻头的钻速会下降5%；每清除10%的固相，能够提升29%的钻速。由此可见，对地质钻探冲洗液产生的固相进行控制是非常必要的。固控设备的存在价值就是对地质钻探冲洗液产生的固相进行控制，常用的固相控制法有机械清除、化学絮凝、沉淀除砂等。针对某种固相设备进行分析，发现处理前地质钻探冲洗液的固相颗粒峰值为5μm-80μm，处理后地质钻探冲洗液的固相颗粒峰值为10μm以下；处理前地质钻探冲洗液的固相颗粒平均粒径为22μm，处理后地质钻探冲洗液的固相颗粒平均粒径为5μm。

3 推动钻探冲洗技术技术发展的策略

3.1根据地层情况满足冲洗液设计条件

不同地层条件对冲洗液有着不同的要求，所谓的设计条件是指冲洗液配制方式，它侧重于调节冲洗液性能，从而满足不同地层的钻探需求。例如针对破碎性地层的钻探，由于该地层构造特殊且受到应力的作用可能出现裂缝，在冲洗液的设计方面应当考虑到裂缝的控制与孔壁的保护。因此可以选择低固相冲洗液进行造壁。应当对破碎性地层的粘度情况进行调查，从而确定冲洗液的比重，使冲洗液能够与地层情况相适应，保证不影响孔壁强度。

针对强水敏地层，由于该地层受到水化作用的影响，导致其中的黏土膨胀，容易引起孔壁的缩径，使得在钻孔过程中岩屑较为分散，使冲洗液的比重大幅度上升，从而影响流体的性能。冲洗液设计时，要充分考虑到冲洗液的失水量，会使之形成泥皮，阻挡自由水进入地层。因此，首先应当在冲洗液配置中需要加入带有铵根离子与钾离子的处理剂，以降低水化作用，且具备较强的吸附作用。其次，要封堵毛细血管通道，防止自由水的渗透，避免黏土的膨胀。

3.2恰当选择钻探冲洗液类型

复杂地层的地质钻探，要考虑到孔壁稳定的问题，因此对冲洗液的性能与技术体系要求较高。在钻进过程中，由于不同地层地质对冲洗液的要求存在着差异，因此应当根据实际地层特点，钻进工艺等选择合适的钻探冲洗液，从而避免钻头的磨损，提高使用寿命，并优化钻探效率。开展花岗岩地层的钻探工作，首先需要实地勘察地层的地质构造，由于受到长时间风力或流水侵蚀，导致花岗岩地层内部孔壁的稳定性较差，因此可以选择低固相冲洗液。低固相冲洗液能够有效分离卡钻，且在循环过程中能够在孔壁上形成泥皮，起到保护孔壁的作用，防止出现孔壁坍塌的现象。

3.3合理搭配钻探冲洗液配方

合适的冲洗液配制对钻探效率以及取心质量有直接的影响，因此重视钻探冲洗液的配方，有助于避免安全隐患，提高施工质量。对较完整地层的钻探，配方选择上应当优先考虑“水+皂化油或水+聚丙烯”的配制方式，这一冲洗液配方的润滑性较高，能够减少钻头的摩擦阻力，延长钻头的使用寿命，同时也可以提高地层的稳定性，保证施工的安全性，避免井内事故的出现。针对破碎、孔壁稳定性一般的地层钻探，则可以采取“水+膨润土+CMC+纯碱”的冲洗液配制方式，据地层的变化，适当调节材料使用量，提高冲洗液性能，使钻探工作能够高效开展。针对强水敏性地层的钻探，可以采用“水+膨润土+纯碱+磺化沥青+磺化褐煤+酚醛树脂+低粘纤维素+钾盐”的冲洗液配制方式，适当增加钾盐的加入量，提高冲洗液的降失水性及比重，有效地抑制孔壁岩层吸水膨胀及平衡地层压力，使钻探工作能够高效展开。

结语

基于以上论述，复杂地层钻探任务的实施对冲洗液技术要求较高，尽管该技术在复杂地层矿产开采中得到了应用，并取得了良好的成果，但是依然在体系设计、材料研制与孔壁稳定性方面存在一定的缺陷，对此仍需在实践过程中不断研究与不断完善，以此更好的服务于我国矿产事业的发展。

参考文献

[1]周志雄.复杂地层地质钻探冲洗液技术现状[A]..四川省地质学会2014年资料汇编[C].：四川省地质学会，2014：4.

（作者单位：辽宁省东煤地质一五五队有限责任公司）