金川某礦區深孔鉆井液的研制及現場應用

摘要：文章通過一系列室內及現場實驗，對不同的抑制劑、降濾失劑、增粘劑、潤滑劑的性能及其對鉆井液的影響進行評價，在此基礎上對各種配方進行優選，通過優選得出了不同介質條件下的低固相抑制性鉆井液配方并對該鉆井液現場應用進行了評價。

關鍵詞：深孔鉆井；鉆井液；抑制劑

中圖分類號：TE254 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0090-02

地質勘探深孔取芯鉆探要特別重視鉆井液的應用，鉆井液不僅要保持低固相、低黏度、低切力和良好的潤滑性，同時也要加強鉆井液的管理，維持鉆井液性能穩定，特別是控制好鉆井液中的固相含量，必要時要開動離心機以清除過多的有害固相物質（劣質粘土、巖屑），防止鉆桿內壁結垢。本次研究工作也主要立足于金川某礦區深孔取芯鉆探鉆井液體系進行研究。

1 工程概況

礦區內出露的地層主要為前長成系變質巖和第四系堆積物，下古生界分布零散，僅在局部地段見有寒武系薄層碎屑沉積，其他的地層缺失。蝕變地層相當復雜、破碎，坍塌嚴重，并具有交替出現的蠕變地層。繩索取心鉆進時，環空間隙小，小間隙深孔鉆進，將造成鉆具與地層、鉆具與套管摩擦增加。本文擬根據金川礦區地質特點，結合深孔鉆井液相關知識，對適合該地區繩索取心鉆探深孔鉆井液技術展開研究，要求配制出來的鉆井液具備良好的護壁能力、防漏失性、潤滑性以及良好的保護巖心能力。

2 鉆井液處理劑優選

2.1 抑制劑的優選

在本次抑制劑優選試驗中，根據繩索取心鉆探經驗以及實驗室實際情況，對起抑制作用的有機處理劑：KHm（腐殖酸鉀）、30%PHP（水解聚丙烯酰胺）等進行優選實驗，采用實驗有巖心滾動回收率實驗和人工巖心浸泡防塌實驗。

從上述兩個實驗結果可以得出結論：KHm與PHP復合使用，可以使鉆井液得到較高的抑制性能，其抑制性能比KHm、PHP單獨使用要高。從實驗中可以看出：即使4%含量的KHm與0.04%PHP混合使用，巖心滾動回收率僅為78.2%，巖心線膨脹量（16h）為24.2，對于那種強水敏性地層則得不到很好的抑制效果。4%含量的KHm與0.04%含量PHP混合使用足以滿足巖層抑制性能的需求，擬定3%～4%含量的KHm與0.03%～0.04%含量的PHP作為鉆井液的抑制劑。

2.2 降濾失劑的優選

根據實驗設計，當低粘CMC含量增加時，鉆井液降濾失性能將增加，但是當CMC含量達1%時，鉆井液濾失量趨于穩定，濾失量達12.5mL左右。雖然單獨采用低粘CMC時，鉆井液濾失量最低只能達到12.5mL，但是一般抑制劑也有一定的降濾失作用，因此在降濾失劑優選試驗中，測出配方的濾失量為7.5，較為繩索取心鉆探技術降濾失符合要求，因此確定采用1%CMC作為低固相鉆井液降濾失劑。

2.3 增粘劑的優選

根據實驗設計，分別對羧甲基纖維素（CMC）、羥乙基纖維素（HEC）、水解聚丙烯酰胺（PHP）、田菁粉等進行增粘劑優選實驗。

由實驗結果可以得出：各增粘劑提粘效果排序為：田菁粉>HEC>PHP>CMC，同時發現當CMC含量增加時，雖然鉆井液的表觀粘度和塑性粘度都有所增加，但是其動切力YP=0，即CMC鉆井液的攜帶巖屑性能不好，因此不推薦采用CMC作為增粘劑；田菁粉雖然提粘效果很好，0.2%含量的田菁粉其表觀粘度達19mPa·s，動切力YP=9Pa，提粘效果十分理想，而且動切力高，攜巖屑效果也十分理想，但是由于田菁粉與實驗所采用的膨潤土不配伍，容易使鉆井液中粘土絮凝、析出，因此也不能采用。因此通過增粘劑優選實驗，擬使用PHP或HEC作為增粘劑，由于HEC的提粘效果比PHP的效果好，1%含量的HEC其表觀粘度達19.5，動切力也達到6.5，合適作為鉆井液增粘劑。

3 標準鉆井液配方

通過以上大量的室內實驗，對低固相鉆井液各處理劑進行了優選并得出了結論，然后對各處理劑進行了配伍性實驗，通過大量實驗，初步擬定鉆井液配方為：

1m3鉆井液中膨潤土及處理劑加量：30kg膨潤土（山東濰坊土）+30～40kg腐殖酸鉀+300～400g水解度30%聚丙烯酰胺+10kg低粘CMC。

各處理劑添加順序為：先將PHP配制成1%水溶液，把KHm配制成20%的水溶液，低粘CMC配制成5%的水溶液，膨潤土按4%含量進行預水化，最后將各水溶液按比例混合，均勻攪拌制成金川礦區擬用鉆井液。

按照以上鉆井液配方及處理劑添加順序配制成鉆井液，通過各類室內實驗，對鉆井液各種性能進行評價。

4 現場應用

該低固相抑制性鉆井液在金川銅鎳硫化物礦集區開展的科學鉆探預導孔中進行了現場實驗，通過現場實踐證明，這種低固相抑制性鉆井液具有很好的抑制性能，如表1所示。

由表1可以看出，低固相鉆井液標準配方的流變性能好，具有一定的切力，攜巖性能好，濾失量為7.5mL，具有較好的降濾失性能。試驗濾餅較薄且十分致密，說明鉆井液失水造壁性能也較好。

針對現場地層松散、破碎的實際情況，該鉆井液也表現出較強的適應性，通過現場實驗可以看出，該鉆井液具有一定的抗污染性能。

經現場實踐證實，當該種鉆井液中鉆屑含量超過5%時，巖屑對鉆井液的影響較大，因此現場需及時做好鉆井液除砂工作，防止鉆屑。

5 結論與建議

（1）通過抑制劑優選實驗得出：PHP與KHm混合使用時的抑制性能比單獨使用時抑制性能要好得多，優選PHP與KHm為鉆井液抑制劑，合理加量為0.04%PHP與4%KHm，能很好地抑制泥頁巖和含泥質成分巖層的水化膨脹。

（2）本區蝕變地層相當復雜、破碎，坍塌嚴重，并具有一段蠕變地層，本文針對該區地質特性，通過一系列室內外實驗，得出適合本區地質條件的低固相鉆井液配方，并驗證該配方具有良好的護壁、堵漏性能，流變性能和潤滑性能，滿足深孔鉆探對鉆井液技術提出的要求。

（3）由于采用低粘CMC作為降濾失劑，在實際應用中，CMC不易溶解，可以先采用80℃水預溶CMC得到較高含量的CMC溶液，降低至室溫后，按照一定比例制成標準鉆井液。

（4）應嚴格控制鉆井液中巖屑的含量，及時清除鉆井液中雜質，保持其含量在5%以下。

參考文獻

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作者簡介：夏?。?986—），男，湖北隨州人，廣東科諾電力巖土工程有限公司助理工程師，碩士，研究方向：地質鉆探技術。

（責任編輯：文 森）