复杂地层地质钻探冲洗液研究与应用

马明辉

新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队  新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市  830000

摘要：目前我国经济水平和科技水平发展十分快速，我国复杂地质钻探工作越来越普遍。在勘探过程中，钻探施工中冲洗液的应用技术是最为关键的技术，它在能源、矿产资源的开发中，其作用至关重要，它能够保障勘探、开采过程的安全。钻探工作的好坏会直接影响后续生产的工作，在复杂地质区域进行钻探是业内公认的难点，要想确保在复杂地质环境中钻探的安全性，就一定要完善、优化钻探的相关技术，其中冲洗液的应用,在复杂钻探施工中最为重要。

关键词：钻探；复杂地质；适用范围；勘探

引言

随着世界矿产资源危机的加剧，提高矿产资源开发与使用效率成为了当务之急。须从技术层面出发优化矿产资源开采的效率，改革和创新现有技术，从而保证钻探工作能够顺利进行。在进行岩心钻探的时候，会碰到钻孔壁缺少稳定性的复杂地层及井内事故，我国勘测和开采作业逐渐扩展，需要对复杂地层钻孔取心技术。本文重点对钻探冲洗液技术展开了研究。

1冲洗液在钻探施工中的作用

在复杂地质环境中进行钻探，其施工的难度非常大，要想确保钻探的施工质量，就必须根据地质情况采用相关冲洗液进行辅助钻探。钻探过程中冲洗液的主要作用如下：（1）能够对钻孔的孔底进行清洗。在钻探的工作过程中，设备带动钻头旋转破碎地下岩层向下推进，在这一过程中将不断产生岩石粉末，这时的冲洗液会将粉末带于地面，进而保证钻孔的孔底处于清洁的状态，确保钻探正常进行。（2）冲洗液能够对工作中的钻头进行实时冷却。在钻探的过程里，钻头将不断对岩石进行破碎，钻头与岩石的摩擦会使钻头的温度不断升高，此时如果不能对钻头进行及时的冷却，钻头会发生烧钻事故。使用冲洗液实时对工作中的钻头进行冷却，保证钻头在正常温度下工作，不仅能够保证工作顺利进行，而且还能提高钻头的寿命。

2复杂地层种类

地层主要通过各种造岩矿物以不同集合形式构成，矿物成分、性质和结构构造等不同，导致各种类型岩层在物理、力学性质上有很大差异，具体表现在岩石的强度、硬度、弹塑性、脆性、水溶性及水化性等方面。在钻进中遇到的各种复杂状况，都和岩石性质有着密切关系。目前常见复杂地层种类如下：（1）各种岩类地层：如盐岩、钾盐、光卤石、芒硝、天然碱、石膏；（2）各种粘土、泥岩、页岩：如松散粘土层、各种泥岩、软页岩，有裂隙的硬页岩，粘土胶结及水溶矿物胶结的地层；（3）流砂、砂砾、松散破碎地层：如流砂层，砂砾石层，基岩风化层，断层破碎带；（4）裂隙地层：如节理、断层发育地层；溶隙、溶洞发育地层（石膏，石灰岩，白云岩，大理岩）；（5）高压油、气水地层：如储油、气、水的背斜构造，逆掩断层的封闭构造；（6）高温地层：如地热井、超深井所遇到的地层。

3冲洗液材料的研制

3.1有机膨润土的冲洗液研制

（1）冲洗液制备的研制。当前的有机冲洗液膨胀土研制主要是微波、预凝胶、干法、湿法等四种：①湿法。湿法主要是先把蒙脱石打散，然后再进行改型、提纯，使用有机碳链阳离子置换蒙脱石金属的离子，从而使得层距扩大为原来的17~30倍，进而变为输水性很好的膨润土材料。随后经过干燥、脱水、研磨工艺加工成产品。②干法。干法是把含水量在20%~30%的钠基土和有机的覆盖剂进行混合、加热、加压，制备成含有水分的有机土材料。这种材料在经过破碎、烘干制备成产品，也可将其直接分散到有机的溶剂中形成乳胶或者凝胶产品。③凝胶法。凝胶法是将钠基的膨胀土打散提纯，然后加入有机疏水性溶剂，萃取有机的膨胀土使其融进有机相，随后去除水相并利用蒸发的方法彻底去除水分，最终制备成凝胶有机的膨胀土。④微波的合成法。它是一种较新的方法，它是在浓度一定的活性溶剂中加入膨胀土进行搅拌，把浆料放置在微波发生器中，通过微波作用去除游离活性剂，在通过烘干、研磨、筛滤后制备成产品。

3.2破碎地层地质钻探冲洗液的设计

破碎地层是钻探工作中比较常见的一种复杂地层，也是钻探难度比较高的一种复杂地层。破碎地层具有破碎、不完整、胶结性差、裂缝明显、伴随着地应力等特征，也正是这些特征造成了破碎地层稳定性差的特点，在进行破碎地层钻探工作的时候，经常会遇到孔壁坍塌、钻头卡住等情况，不利于破碎地层的钻探。在设计针对破碎地层的地质钻探冲洗液的时候，应该根据破碎地层的基本特征进行分析，全面改善破碎地层的不稳定性。首先，地质钻探冲洗液应该能够增加破碎地层的胶结力，避免使用无固相冲洗液，选择低固相冲洗液。在设计地质钻探冲洗液的时候，应该适当的加入一些优质的膨润土材料和粘接作用比较强的泥浆处理剂，使地质钻探冲洗液在孔内液柱压力作用下失去水分，形成较强的胶结力;其次，地质钻探冲洗液能够对裂缝进行封堵，对确保破碎地层孔壁的稳定性起着重要的作用。一般情况下，破碎地层在钻探过程中会承受比较大的坍塌压力，所以才需要地质钻探冲洗液比重对坍塌压力进行平衡，确保孔壁的稳定性。但是，如果设计出的地质钻探冲洗液无法对裂缝进行有效的封堵，就不能平衡孔壁所承受的坍塌压力，反而会使裂缝进一步扩大，造成严重的恶性循环。

3.3水敏性地层地质钻探冲洗液的设计

水敏是指当流体进入地层之后，会引发粘土膨胀、分解、运移的情况，从而导致渗透率下降的现象。有些岩层对于水分非常敏感，当地质钻探冲洗液中存在水分的时候，这种水敏性地层就会自主的对其中的水分进行吸收，不断膨胀、分解，最终破坏地质钻探冲洗液的效果，影响油层的渗透率。由此可见，对于这种水敏性地层来说，就要使用一些特殊的手段，降低地质钻探冲洗液的失水量，从而确保钻探工程的顺利进行。常用的水敏性地层的地质钻探冲洗液有油基泥浆和合成基泥浆，能够有效的缓解水敏性地层的稳定问题，在油气深井和深水油气井钻探中的应用比较广泛。

3.4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

随着国民经济的高速发展，我国对能源的需求也不断增加，能源的钻探开发已经成为重中之重的工作。本文针对能源勘探钻探中冲洗液技术进行深入研究，通过冲洗液的制备研究与应用研究整合出各冲洗液特点优势，从而确保了复杂地质钻探施工的安全性，减少了钻头与岩石的摩擦与工作时的振动，并且有效地避免了钻孔孔壁的坍塌，及时地清洁了钻孔的孔底，保证了钻探施工顺利、安全进行。

参考文献：

[1]李舜丰.复杂地层地质钻探冲洗液研究与应用[J].有色金属文摘,2020,30（5）:88-89.

[2]熊正强,陶士先,李艳宁,蒋睿.国内外冲洗液技术研究与应用进展[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2020,43（5）:6-12.

[3]闫禄.甘肃羊里沟钻探施工设计及水敏性地层钻孔冲洗液研究与应用[D].西南交通大学,2017.