金川某矿区深孔钻井液的研制及现场应用

摘要：文章通过一系列室内及现场实验，对不同的抑制剂、降滤失剂、增粘剂、润滑剂的性能及其对钻井液的影响进行评价，在此基础上对各种配方进行优选，通过优选得出了不同介质条件下的低固相抑制性钻井液配方并对该钻井液现场应用进行了评价。

关键词：深孔钻井；钻井液；抑制剂

中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0090-02

地质勘探深孔取芯钻探要特别重视钻井液的应用，钻井液不仅要保持低固相、低黏度、低切力和良好的润滑性，同时也要加强钻井液的管理，维持钻井液性能稳定，特别是控制好钻井液中的固相含量，必要时要开动离心机以清除过多的有害固相物质（劣质粘土、岩屑），防止钻杆内壁结垢。本次研究工作也主要立足于金川某矿区深孔取芯钻探钻井液体系进行研究。

1 工程概况

矿区内出露的地层主要为前长成系变质岩和第四系堆积物，下古生界分布零散，仅在局部地段见有寒武系薄层碎屑沉积，其他的地层缺失。蚀变地层相当复杂、破碎，坍塌严重，并具有交替出现的蠕变地层。绳索取心钻进时，环空间隙小，小间隙深孔钻进，将造成钻具与地层、钻具与套管摩擦增加。本文拟根据金川矿区地质特点，结合深孔钻井液相关知识，对适合该地区绳索取心钻探深孔钻井液技术展开研究，要求配制出来的钻井液具备良好的护壁能力、防漏失性、润滑性以及良好的保护岩心能力。

2 钻井液处理剂优选

2.1 抑制剂的优选

在本次抑制剂优选试验中，根据绳索取心钻探经验以及实验室实际情况，对起抑制作用的有机处理剂：KHm（腐殖酸钾）、30%PHP（水解聚丙烯酰胺）等进行优选实验，采用实验有岩心滚动回收率实验和人工岩心浸泡防塌实验。

从上述两个实验结果可以得出结论：KHm与PHP复合使用，可以使钻井液得到较高的抑制性能，其抑制性能比KHm、PHP单独使用要高。从实验中可以看出：即使4%含量的KHm与0.04%PHP混合使用，岩心滚动回收率仅为78.2%，岩心线膨胀量（16h）为24.2，对于那种强水敏性地层则得不到很好的抑制效果。4%含量的KHm与0.04%含量PHP混合使用足以满足岩层抑制性能的需求，拟定3%～4%含量的KHm与0.03%～0.04%含量的PHP作为钻井液的抑制剂。

2.2 降滤失剂的优选

根据实验设计，当低粘CMC含量增加时，钻井液降滤失性能将增加，但是当CMC含量达1%时，钻井液滤失量趋于稳定，滤失量达12.5mL左右。虽然单独采用低粘CMC时，钻井液滤失量最低只能达到12.5mL，但是一般抑制剂也有一定的降滤失作用，因此在降滤失剂优选试验中，测出配方的滤失量为7.5，较为绳索取心钻探技术降滤失符合要求，因此确定采用1%CMC作为低固相钻井液降滤失剂。

2.3 增粘剂的优选

根据实验设计，分别对羧甲基纤维素（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）、水解聚丙烯酰胺（PHP）、田菁粉等进行增粘剂优选实验。

由实验结果可以得出：各增粘剂提粘效果排序为：田菁粉>HEC>PHP>CMC，同时发现当CMC含量增加时，虽然钻井液的表观粘度和塑性粘度都有所增加，但是其动切力YP=0，即CMC钻井液的携带岩屑性能不好，因此不推荐采用CMC作为增粘剂；田菁粉虽然提粘效果很好，0.2%含量的田菁粉其表观粘度达19mPa·s，动切力YP=9Pa，提粘效果十分理想，而且动切力高，携岩屑效果也十分理想，但是由于田菁粉与实验所采用的膨润土不配伍，容易使钻井液中粘土絮凝、析出，因此也不能采用。因此通过增粘剂优选实验，拟使用PHP或HEC作为增粘剂，由于HEC的提粘效果比PHP的效果好，1%含量的HEC其表观粘度达19.5，动切力也达到6.5，合适作为钻井液增粘剂。

3 标准钻井液配方

通过以上大量的室内实验，对低固相钻井液各处理剂进行了优选并得出了结论，然后对各处理剂进行了配伍性实验，通过大量实验，初步拟定钻井液配方为：

1m3钻井液中膨润土及处理剂加量：30kg膨润土（山东潍坊土）+30～40kg腐殖酸钾+300～400g水解度30%聚丙烯酰胺+10kg低粘CMC。

各处理剂添加顺序为：先将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，膨润土按4%含量进行预水化，最后将各水溶液按比例混合，均匀搅拌制成金川矿区拟用钻井液。

按照以上钻井液配方及处理剂添加顺序配制成钻井液，通过各类室内实验，对钻井液各种性能进行评价。

4 现场应用

该低固相抑制性钻井液在金川铜镍硫化物矿集区开展的科学钻探预导孔中进行了现场实验，通过现场实践证明，这种低固相抑制性钻井液具有很好的抑制性能，如表1所示。

由表1可以看出，低固相钻井液标准配方的流变性能好，具有一定的切力，携岩性能好，滤失量为7.5mL，具有较好的降滤失性能。试验滤饼较薄且十分致密，说明钻井液失水造壁性能也较好。

针对现场地层松散、破碎的实际情况，该钻井液也表现出较强的适应性，通过现场实验可以看出，该钻井液具有一定的抗污染性能。

经现场实践证实，当该种钻井液中钻屑含量超过5%时，岩屑对钻井液的影响较大，因此现场需及时做好钻井液除砂工作，防止钻屑。

5 结论与建议

（1）通过抑制剂优选实验得出：PHP与KHm混合使用时的抑制性能比单独使用时抑制性能要好得多，优选PHP与KHm为钻井液抑制剂，合理加量为0.04%PHP与4%KHm，能很好地抑制泥页岩和含泥质成分岩层的水化膨胀。

（2）本区蚀变地层相当复杂、破碎，坍塌严重，并具有一段蠕变地层，本文针对该区地质特性，通过一系列室内外实验，得出适合本区地质条件的低固相钻井液配方，并验证该配方具有良好的护壁、堵漏性能，流变性能和润滑性能，满足深孔钻探对钻井液技术提出的要求。

（3）由于采用低粘CMC作为降滤失剂，在实际应用中，CMC不易溶解，可以先采用80℃水预溶CMC得到较高含量的CMC溶液，降低至室温后，按照一定比例制成标准钻井液。

（4）应严格控制钻井液中岩屑的含量，及时清除钻井液中杂质，保持其含量在5%以下。

参考文献

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[3] 乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，蔡记华.钻井液与岩土工程浆液[M].中国地质大学出版社，2002.

[4] 张晓静.水敏/松散地层钻井液的护壁机理分析与应用研究[D].中国地质大学，2007.

作者简介：夏健（1986—），男，湖北随州人，广东科诺电力岩土工程有限公司助理工程师，硕士，研究方向：地质钻探技术。

（责任编辑：文 森）

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