摘要：文章通過(guò)一系列室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同的抑制劑、降濾失劑、增粘劑、潤(rùn)滑劑的性能及其對(duì)鉆井液的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上對(duì)各種配方進(jìn)行優(yōu)選，通過(guò)優(yōu)選得出了不同介質(zhì)條件下的低固相抑制性鉆井液配方并對(duì)該鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：深孔鉆井；鉆井液；抑制劑

中圖分類號(hào)：TE254 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）14-0090-02

地質(zhì)勘探深孔取芯鉆探要特別重視鉆井液的應(yīng)用，鉆井液不僅要保持低固相、低黏度、低切力和良好的潤(rùn)滑性，同時(shí)也要加強(qiáng)鉆井液的管理，維持鉆井液性能穩(wěn)定，特別是控制好鉆井液中的固相含量，必要時(shí)要開(kāi)動(dòng)離心機(jī)以清除過(guò)多的有害固相物質(zhì)（劣質(zhì)粘土、巖屑），防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢。本次研究工作也主要立足于金川某礦區(qū)深孔取芯鉆探鉆井液體系進(jìn)行研究。

1 工程概況

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為前長(zhǎng)成系變質(zhì)巖和第四系堆積物，下古生界分布零散，僅在局部地段見(jiàn)有寒武系薄層碎屑沉積，其他的地層缺失。蝕變地層相當(dāng)復(fù)雜、破碎，坍塌嚴(yán)重，并具有交替出現(xiàn)的蠕變地層。繩索取心鉆進(jìn)時(shí)，環(huán)空間隙小，小間隙深孔鉆進(jìn)，將造成鉆具與地層、鉆具與套管摩擦增加。本文擬根據(jù)金川礦區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合深孔鉆井液相關(guān)知識(shí)，對(duì)適合該地區(qū)繩索取心鉆探深孔鉆井液技術(shù)展開(kāi)研究，要求配制出來(lái)的鉆井液具備良好的護(hù)壁能力、防漏失性、潤(rùn)滑性以及良好的保護(hù)巖心能力。

2 鉆井液處理劑優(yōu)選

2.1 抑制劑的優(yōu)選

在本次抑制劑優(yōu)選試驗(yàn)中，根據(jù)繩索取心鉆探經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，對(duì)起抑制作用的有機(jī)處理劑：KHm（腐殖酸鉀）、30%PHP（水解聚丙烯酰胺）等進(jìn)行優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，采用實(shí)驗(yàn)有巖心滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)和人工巖心浸泡防塌實(shí)驗(yàn)。

從上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：KHm與PHP復(fù)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(dú)使用要高。從實(shí)驗(yàn)中可以看出：即使4%含量的KHm與0.04%PHP混合使用，巖心滾動(dòng)回收率僅為78.2%，巖心線膨脹量（16h）為24.2，對(duì)于那種強(qiáng)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(yōu)選

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)驼矯MC含量增加時(shí)，鉆井液降濾失性能將增加，但是當(dāng)CMC含量達(dá)1%時(shí)，鉆井液濾失量趨于穩(wěn)定，濾失量達(dá)12.5mL左右。雖然單獨(dú)采用低粘CMC時(shí)，鉆井液濾失量最低只能達(dá)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(yōu)選試驗(yàn)中，測(cè)出配方的濾失量為7.5，較為繩索取心鉆探技術(shù)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(yōu)選

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別對(duì)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(jìn)行增粘劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：各增粘劑提粘效果排序?yàn)椋禾镙挤?gt;HEC>PHP>CMC，同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)CMC含量增加時(shí)，雖然鉆井液的表觀粘度和塑性粘度都有所增加，但是其動(dòng)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(dá)19mPa·s，動(dòng)切力YP=9Pa，提粘效果十分理想，而且動(dòng)切力高，攜巖屑效果也十分理想，但是由于田菁粉與實(shí)驗(yàn)所采用的膨潤(rùn)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(guò)增粘劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，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(dá)19.5，動(dòng)切力也達(dá)到6.5，合適作為鉆井液增粘劑。

3 標(biāo)準(zhǔn)鉆井液配方

通過(guò)以上大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)低固相鉆井液各處理劑進(jìn)行了優(yōu)選并得出了結(jié)論，然后對(duì)各處理劑進(jìn)行了配伍性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，初步擬定鉆井液配方為：

1m3鉆井液中膨潤(rùn)土及處理劑加量：30kg膨潤(rùn)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?yàn)椋合葘HP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(rùn)土按4%含量進(jìn)行預(yù)水化，最后將各水溶液按比例混合，均勻攪拌制成金川礦區(qū)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(guò)各類室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)鉆井液各種性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該低固相抑制性鉆井液在金川銅鎳硫化物礦集區(qū)開(kāi)展的科學(xué)鉆探預(yù)導(dǎo)孔中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)濾餅較薄且十分致密，說(shuō)明鉆井液失水造壁性能也較好。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地層松散、破碎的實(shí)際情況，該鉆井液也表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可以看出，該鉆井液具有一定的抗污染性能。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)該種鉆井液中鉆屑含量超過(guò)5%時(shí)，巖屑對(duì)鉆井液的影響較大，因此現(xiàn)場(chǎng)需及時(shí)做好鉆井液除砂工作，防止鉆屑。

5 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)抑制劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)得出：PHP與KHm混合使用時(shí)的抑制性能比單獨(dú)使用時(shí)抑制性能要好得多，優(yōu)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(yè)巖和含泥質(zhì)成分巖層的水化膨脹。

（2）本區(qū)蝕變地層相當(dāng)復(fù)雜、破碎，坍塌嚴(yán)重，并具有一段蠕變地層，本文針對(duì)該區(qū)地質(zhì)特性，通過(guò)一系列室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，得出適合本區(qū)地質(zhì)條件的低固相鉆井液配方，并驗(yàn)證該配方具有良好的護(hù)壁、堵漏性能，流變性能和潤(rùn)滑性能，滿足深孔鉆探對(duì)鉆井液技術(shù)提出的要求。

（3）由于采用低粘CMC作為降濾失劑，在實(shí)際應(yīng)用中，CMC不易溶解，可以先采用80℃水預(yù)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(biāo)準(zhǔn)鉆井液。

（4）應(yīng)嚴(yán)格控制鉆井液中巖屑的含量，及時(shí)清除鉆井液中雜質(zhì)，保持其含量在5%以下。

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作者簡(jiǎn)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(zhì)鉆探技術(shù)。

（責(zé)任編輯：文 森）