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复杂地层地质钻探冲洗液技术分析

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曾申

摘要:本文以复杂地层地质钻探为论述对象,以冲洗液技术应用为论述手段,以强化钻探效率及可靠性为论述目的,就此展开专业分析。

关键词:地质钻探;复杂地层;冲洗液;技术要求

:P634.6:A:1671-2064(2018)24-0120-02

1地质钻探冲洗液的作用

1.1携带岩石碎屑

地质钻探过程中,在钻头的回转、冲击作用下,会使岩石因破坏而于孔底形成岩粉、岩屑等沉淀物,此时为保持孔底清洁,则需利用冲洗液的携带作用将所产生的岩石碎屑采用正循环或者反循环形式排至地表;同时基于冲洗液触变特性的利用,冲洗过程中可利用冲洗液的比重变化产生浮力使岩石碎屑上浮,或者使用泥浆泵的正压力上举、气举反循环的负压吸出岩屑、岩块而防止孔底沉渣,从而既避免埋钻现象的发生,又能促进钻进效率的提高。

1.2冷却钻头

钻进过程中,钻头所带机械功大部分用于岩石破碎,而剩余小部分则会因与岩石摩擦而转化为热能,从而导致钻头温度升高。例如金刚石钻头,其在钻进过程中温升可达300℃以上,如若不能及时冷却,必然造成钻头因碳化作用而出现烧钻现象,最终降低使用寿命。此时通过冲洗液的循环作用,可有效带走钻头热量,达到降温目的,避免其因温度过高而受损和变形。

1.3润滑减阻

在与岩壁的摩擦作用下,高速旋转的钻杆、钻具会产生较大震动现象,使动力装置因负荷增大而降低钻进效率。乳化冲洗液具有良好的润滑效果,可以极大程度减小钻杆、钻具、钻头与孔壁的摩擦阻力,进而降低震动现象,减少机械能损失,确保钻进作业平稳进行。冲洗液的润滑减阻作用还有利于保护钻杆钻具不至于受到额外磨损,既减少了孔内事故的发生,又提高了生产效率。

1.4维护孔壁

由于冲洗液在循环过程中可于孔壁上形成一层较大密度的轻薄泥皮,从而起到护壁效果,防止孔壁塌陷、漏水以及井喷事故的发生,有效提升钻进过程的安全系数。此外,对于强水敏性地层而言,部分冲洗液(如硅酸盐冲洗液、正电胶冲洗液、优质聚合物泥浆与粗分散泥浆等)还可显著提升孔壁稳定性,防止钻进过程中因孔壁失稳而出现坍塌现象。

2地质钻探特点及其对冲洗液的要求

对于地质绳索取芯钻探而言,其泵量较低(一般为15~30L/min),岩粉细(粒度一般≤200目(74μ))且浓度高,在地表除砂条件下,上返液体的岩粉体积浓度通常超过3~5%。绳索取芯钻进过程中,由于泥浆固相含量较高,地表泥浆净化较差,加之离心力因钻杆高速旋转而表现较大,故而在钻杆内壁容易产生泥皮,对运行于钻杆柱中的取芯内管总成与打捞器造成影响,从而导致岩芯地质观察失效甚至无法捞取岩芯。因此针对绳索取芯钻探,要求其地表固控系统良好且泥浆剪切力较低[1]。

对于小口径金刚石地质岩芯钻探而言,由于钻具转速极高,回转阻力较大,因此要求冲洗液(泥浆)润滑性能表现良好。一般情况下,当钻孔深度400m时,Φ56mm孕镶钻头转速为700r/min;而当钻孔深度≤400时,钻头速度可达1623r/min。

故此,在地质岩芯钻探过程中,对于冲洗液的综合要求为泥浆剪切力、粘度以及固相含量较低,润滑性能良好(具体指标见表1所示),尤其是在小口径绳索取心钻探中,对于冲洗液性能指标要求更为严格。除此之外,对于盐膏地层,冲洗液除上述要求外,还需具备良好的抗盐钙能力、抑制性与失水造壁性等特征[2]。

3复杂地层地质钻探冲洗液技术的影响因素

3.1地质条件

地层地质条件作为冲洗液类型选择与参數确定的重要依据,同时也是影响冲洗液技术发挥的主要因素。因此,在复杂地层实施地质钻探前,应全面勘查钻探区域的地质条件,其主要包括地层深度、完整程度、地层应力、地质年代以及岩石胶结性与岩性、水文地质情况等,以此通过综合考量,判定地层特性,合理选择冲洗液。例如对于压力地层,为避免漏失现象,冲洗液应选择泡沫泥浆或充气泥浆;对于蒙脱石含量较高的强水敏性地层,则应以优质聚合物泥浆为首选。

3.2制备与日常维护

复杂地层地质钻探过程中,对于冲洗液还需做好制备与日常维护工作。冲洗液制备前,首先应以实际需求为依据明确冲洗液特性,然后利用配浆设备制作,同时确保配置仪器与测试仪器(如漏斗粘度计、含砂量测定仪、API失水仪与泥浆密度计等)运行正常。对于冲洗液日常维护而言,其过程主要涉及冲洗液地面管理与资料记录两方面内容。

3.3固控设备

固控设备以清理冲洗液固相含量为主要任务,在实际应用中,冲洗液使用时间越久,固相产生越多,进而对钻进过程影响越大,最终反映为钻进质量与钻进速率下降。调查统计显示,冲洗液固相含量每增加1%,地质钻探钻头钻速便会降低5%;而冲洗液固相含量每清除10%,钻头钻速则会提升29%,由此可见,控制冲洗液固相含量对于地质钻探实施过程影响重大。固控设备对于冲洗液固相含量的控制,常用方法有沉

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