庐枞LZSD-1科学钻孔泥浆技术

余善平

(安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安 237010)

0 引言

《华东庐枞盆地科学钻探选址预研究》为《深部探测技术与实验研究专项》第五项目《大陆科学钻探选址为科学钻探实验》项目下属课题（编号：SinoProbe-05-07）。LZSD-1 孔共计下入三层套管，钻孔0～203.08m 采用常规钻进，203.08～1502.27m 采用Φ 97mm金刚石绳索取心钻进，1502.27～3008.29m采用Φ77mm 金刚石绳索取心钻进。绳索取心钻进工艺，具有辅助时间少、取心质量好、效率高等特点，对于深部岩心钻探优势尤为明显。深部小口径绳索取心钻进工艺的泥浆技术极大的保障了钻孔的顺利完成。

1 地层特点

LZSD-1 孔属庐枞盆地地区，本区域出露地层以前寒武纪褶皱基底和晚古生代褶皱盖层为主，中生代地层多为断陷盆地沉积；庐枞盆地是由多次构造运动形成的，盆地东缘为鹅婆岩体，西缘为江背岩体，北缘为桃山岩体；其间为一个由晚古生代—中生代地层所组成的北端扬起、南端倾伏的十分复杂的北东-北北东向复式向斜构造。地层主要为玄武岩、凝灰岩、粉砂岩、粗安岩、正长岩，上部地层破碎，局部有漏失，大部分地层完整。

2 钻孔结构

LZSD-1 孔共计四开，下入三层套管。一开钻孔直径Φ122mm，Φ250mm 扩孔，套管直径Φ219mm，套管下深17.51m，固井。二开钻孔直径Φ122mm，Φ 200mm 扩孔，套管直径Φ168mm，套管下深201.80m，固井。三开钻孔直径Φ97mm，Φ130mm 扩孔，技术套管直径Φ127mm，套管下深201.80m。四开钻孔直径Φ 77mm。

3 泥浆工艺

3.1 重难点分析

(1)环状间隙小，循环阻力大，容易产生憋泵现象，尤其在深孔压力激发下问题会更加突出。

(2)绳索取心钻杆内壁易产生结垢，泥浆要有足够的悬浮能力，同时对地面固控能力要求较高。

(3)上部破碎地层易出现坍塌，需加强护壁，并防止压漏地层。

(4)局部地层漏失，需提前做好预案，进行堵漏。

(5)深孔时，钻孔温度升高，会出现高分子泥浆降解问题；影响泥浆流变性，增加滤失量，润滑条件下降。

3.2 设计原则

针对地层特点结合LZSD-1 孔施工工艺，现场对钻进泥浆体系设计主要有以下要求：

(1)低固相含量，以防钻杆内壁结泥皮，并有利于防止漏失和提高钻速。

(2)良好的润滑性，减小钻杆柱与套管、孔壁间摩擦阻力，减小钻机回转阻力，并防止黏附卡钻、钻头泥包。

(3)携带岩粉能力强，保证孔内清洁，防止泥浆中岩粉造成烧钻、埋钻事故。

(4)悬浮岩粉、岩屑能力强，延长静态下岩屑在泥浆中悬浮的时间，预防泥浆中岩粉、岩屑沉淀于钻具与孔壁间而埋钻。

(5)要有良好的流变性，保证泥浆低黏度、低动切力、高静切力，以利于清除、悬浮岩屑，防止钻杆内壁结垢，并且可以降低泥浆的流动阻力，减少泵压损失。

(6)要有一定的抗高温能力，钻孔随着孔深增加，地层温度梯度逐渐上升，泥浆必须具有一定的抗温能力，抵抗高温对其性能的影响。

(7)要有较好的护壁性能，该孔地层局部松散破碎，需要泥浆有良好的护壁能力，以保证孔壁的稳定性。

3.3 处理技术

3.3.1 复杂地层泥浆的选择与调整

0～208.08m 地层较为复杂，采用常规钻进，选用低固相不分散泥浆，开孔泥浆配方：清水+8%～10%黏土粉+5%纯碱+0.2%CMC。钻进中发现，由于黏土粉加量偏大，泥浆黏度较高，且使用黏土粉中含有杂质较多，固相含量增大后糊钻明显。

针对泥浆出现的问题，采取了以下措施进行调整：

(1)日常补浆用水+2%腐殖酸钾对池中泥浆进行稀释；

(2)使用自制振动筛加强固控；

(3)排出池中泥浆，更换新浆，新浆配方降低黏土粉加量；

(4)添加润滑剂防黏卡及钻头泥包；

(5)换用质量较好的钠土；

(6)泥浆性能变差，难以调整时视情况进行部分换浆。

具体性能如下:

0～150.95m：比 重1.08～1.21g/cm3；黏度：24～40s；失水量：11～16mL/30min；泥饼：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；泥饼：0.6～0.8mm；含砂量0.3～0.9%；pH：9。

3.3.2 较完整地层泥浆的选择与调整

203.08m 以后地层较完整，采用金刚石绳索取心钻进，泥浆的选择主要以无固相为主，以防钻杆内壁结垢。无固相泥浆处理剂是以高分子PHP、高分子聚合物、润滑剂为主体，其作用是悬浮携带岩粉、润滑钻具，以及护壁等。现场泥浆配方为：水+0.2‰～0.8‰PHP+0.4%皂化油/GLUB 润滑剂+1‰～2‰烧碱。具体性能：比重1.01～1.02g/cm3；黏度：18～25s；失水量：13～17mL/30min；泥饼：0.6～0.8mm；含砂量＜1.5%；pH：9～10。

该配方可满足钻进要求，并具有以下特点：

(1)配方处理剂种类少，且使用量较少，配置简单，成本低。

(2)润滑性好。通过GULB 等润滑剂提高了体系的润滑性，有效减少了钻杆柱的磨损。

(3)流变特性好。PHP起到增黏作用，并能改变流型，利于清除、悬浮岩屑，绳索取心钻杆内壁泥垢少。

(4)悬浮岩粉、岩屑能力强。钻孔在因测井等情况停待数天后，钻具仍可顺利下入孔底，且孔未出现过一次埋钻事故。

3.3.3 漏失地层的护壁与堵漏

LZSD-1 孔上部地层松散破碎，局部坚硬地层有裂隙，全孔共计出现3次井漏情况，都发生在800m以上孔段。

在22m左右，地层出现第一次漏浆。在22～66m孔段共计补浆约4.9m3，并在补充泥浆中加入5%随钻堵漏剂SZ，在66m后漏失明显减小；但70m后再次漏失，80～126m 孔段漏失最大，超过14m3，因此采用向孔内投黏土球（黏土球中加PHP干粉）的方法，下钻捣实，黏土球遇水膨胀后与PHP混合产生高分子与黏土交联絮凝作用，填充吸附于岩层裂隙中，起到堵漏作用，处理效果较好，钻进至150.95m以后，观测泥浆已无明显漏失。此次共计漏浆约22m3。

在203.08m，地层第二次漏浆。由于漏失量不大，开始采取顶漏钻进，钻进至216.86m，观测地层仍有漏失；后将PHP 用热水泡开，将配方为水+170kg 黏土粉+4kgPHP 约0.2m3的混合物搅拌至黏糊状，用泥浆泵送入钻杆内，再抽泥浆压入孔底，候凝一段时间后再继续钻进，观测泥浆漏失逐步减小，直至基本无漏失。此次共计漏浆约10m3。

在704.66m，地层第三次漏浆。此时绳索取心钻进，使用的是无固相泥浆，为保证泥浆较低的固相，采取补充无固相泥浆顶漏钻进。次日观测泥浆基本无漏失。此次共计漏浆约6.5m3。

3.3.4 高温对泥浆影响的处理

LZSD-1 孔孔深在2600m 后，钻孔温度达到90℃以上，泥浆中的PHP 虽然并未完全失去高分子性质，但已出现一定降解，且受到机械剪切、pH 值、并存杂质等多种因素影响，泥浆黏度下降明显。

高温减稠，泥浆动静切力下降，不利于悬浮携带岩屑、清洁孔内沉渣。根据高温对现有泥浆体系中PHP 的影响在100℃内相对较小，PHP 仅会部分失去高分子活性的情况，采取了以下措施：

(1)随孔深增加，适当提高PHP加量，提高泥浆黏度。

(2)每回次接单根或起下钻时，用PHP与清水配若干升黏稠的清扫液（PHP 加量0.3%～0.6%）打入孔内循环，以便把环空中堆积的岩屑清扫出来，并通过多次持续地添加PHP弥补高温的破坏作用带来的损失。

(3)使用表面活性剂抑制高温减稠现象。

(4)使用耐高温的润滑剂GLUB，防止出现破乳，保证泥浆在深孔中仍然具有良好的润滑性能，有效降低摩擦阻力，减小回转阻力。

4 结论

(1)日常补浆中加水及稀释剂对泥浆进行稀释，由于加量不大，对泥浆黏度及比重的增长仅能起到一定的抑制作用，无法达到降低的效果；使用自制振动筛机械除砂与自然沉淀除砂相结合进行固控效果较好；必要时进行部分换浆。

(2)细分散CMC+KHm 泥浆体系配置简单，在钻进过程中可以自造浆，泥浆成本低，具有良好的护壁性和抑制孔壁膨胀的能力，但是易受外界侵污而改变性能。施工中要随时掌握泥浆性能变化，及时采取调整措施，尤其应做好泥浆地表净化，加强固控工作。

(3)针对不同漏失地层采取不同的堵漏方法：当钻孔出现小漏（或叫渗漏）时，采取加入堵漏剂以调整泥浆性能进行顶漏钻进；中等漏失时，采用泥浆絮凝法进行护壁堵漏，该方法成功率高，堵漏快，成本低。

(4)泥浆出现高温降解时，不能只考虑通过添加处理剂来提高稠度系数，提黏增切。在绳索取心钻进中，过度提高黏度和切力容易造成开泵困难、钻速下降、泥包钻头、起下钻易黏卡、钻杆钻具内壁结垢等现象。且高温对水基泥浆的影响十分复杂，泥浆配方复杂时，不但要考虑高温对黏土粉的作用，还要考虑不同处理剂分子的高温交联情况等。