肖海龍

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

泥漿在鉆井中的使用一般原則及現(xiàn)場調(diào)配

肖海龍

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

北京地區(qū)生產(chǎn)水井鉆井泥漿現(xiàn)狀，還是以細分散泥漿體系為主的。通過一口地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地?zé)峋募毞稚Ⅲw系泥漿為共聚物體系泥漿的對比，揭示了泥漿工作在鉆井工程中的重要性。闡述了泥漿使用要保證安全、高效、經(jīng)濟的原則及要注意的技術(shù)要求，要結(jié)合地層巖性、現(xiàn)場設(shè)備條件、鉆探工藝、孔深孔徑和井身設(shè)計要求等綜合考慮。分類列舉了針對北京地區(qū)不同地層如松散回填層、第四系砂卵石層、第四系粘泥層、完整基巖穩(wěn)定地層、水敏性地層、漏失地層等所應(yīng)選用的不同泥漿體系，進行了理論分析。強調(diào)不同的泥漿體系一定要與地層巖性相匹配，根據(jù)地層選擇合理的泥漿體系是鉆井工作能否順利、高效完成，甚至是鉆井成敗的關(guān)鍵。對泥漿工作的現(xiàn)場調(diào)配與使用從試驗、調(diào)配到安裝布局做了原則總結(jié)，較全面的論述了現(xiàn)場泥漿使用中要注意的各種事項。

泥漿；地層巖性；鉆探工藝

0 前言

鉆井液通常又稱泥漿，被喻為鉆井工程的血液，可見其在鉆井工程中的重要性。

我院在北京朝陽某工地施工了1眼水井，設(shè)計井深2500m，1750m以下為目的層。在目的層

1830m以下鉆探中鉆遇了大段的嚴(yán)重縮徑、坍塌地層。開始使用的是常規(guī)細分散泥漿，配方為優(yōu)質(zhì)鈉土、CMC、純堿。結(jié)果目的層多次嚴(yán)重縮徑、坍塌，造成了兩次埋鉆事故，埋進鉆具兩套，報廢進尺400多米，耽誤工期4個多月，經(jīng)濟損失慘重。后來，我們結(jié)合現(xiàn)場情況，分析了之前使用的泥漿，發(fā)現(xiàn)其不適合的地方主要在于失水量較大，抑制性差，遇粘泥層增稠迅速，泵壓升高太快。通過仔細研究地層結(jié)構(gòu)和鉆時各種信息，結(jié)合現(xiàn)場泵量情況，制定出一套抑制性、低失水，適當(dāng)比重的泥漿體系。主要是在原細分散泥漿體系的基礎(chǔ)上，按比例加入了包被劑、共聚物、接枝淀粉、磺化瀝青、隨鉆堵漏劑等添加劑。即把細分散體系泥漿作為基漿，向共聚物體系泥漿做了改性。該泥漿具有低失水、抑制泥巖水化分散、流動性好、攜帶巖粉能力強等特點，防縮頸、防塌作用明顯。我們派有專人在現(xiàn)場調(diào)配和維護。順利的鉆穿該套地層并成功鉆至設(shè)計深度2500m，高質(zhì)量的完成了目的層的鉆井工作。

可見，泥漿工作不僅關(guān)系著鉆探工作的質(zhì)量與效率，有時甚至決定了一口井的成敗。

1 泥漿工作的原則

1.1 一般性原則

使用泥漿要保證安全、高效、經(jīng)濟，具體使用時一定要結(jié)合地層巖性、現(xiàn)場設(shè)備條件、鉆探工藝、孔深孔徑和井身設(shè)計要求等綜合考慮。這就要求泥漿能起到如下作用：清除鉆屑并攜帶出地表、穩(wěn)定井壁、防縮徑坍塌，同時還要有較好的流動性、潤滑性、冷卻性能，不毒害人員、不腐蝕設(shè)備、不侵害環(huán)境、不影響測井和洗井等工作。

1.2 不同地層常用的泥漿體系

根據(jù)以上原則，結(jié)合生產(chǎn)實踐，構(gòu)建適合北京地區(qū)的泥漿體系，包括細分散體系、共聚物體系、低固相體系、無固相體系等，作為井隊鉆井施工中泥漿工作的一般性指導(dǎo)。

（1）一開鉆進開孔階段往往會碰上一層松散回填層：該層往往會有嚴(yán)重的塌、漏現(xiàn)象，一般采用極稠的細分散體系泥漿快速鉆穿，然后水泥漿灌注加固或下孔口護筒。

（2）第四系砂卵石層：使用較稠的細分散泥漿，提高粘度，增加泥漿中粘土含量，加入有機或無機增粘劑等措施來實現(xiàn)（烏效鳴等，2002）。根據(jù)砂卵石的密實度控制泥漿粘度，一般在40秒以上。要求小泵量，以能攜帶巖粉為宜，避免大泵量沖刷井壁造成坍塌失穩(wěn)。

（3）第四系粘泥層：一般要求低粘度、低失水泥漿。原來使用的泥漿體系主要為鈉土、CMC、純堿，后來又加入了銨鹽。但這種泥漿體系增稠現(xiàn)象嚴(yán)重，易造成除砂困難和泥包鉆頭等問題。后來使用低固相和無固相泥漿體系，均取得了不錯的效果。無固相泥漿主要是使用聚丙烯酰胺（PAM）等絮凝劑，加上腐植酸鉀（KHm)、CMC等降失水提粘；低固相泥漿主要是在原漿的基礎(chǔ)上使用部分水解聚丙烯酰胺（PHP）或PAC141+80A51為主要添加劑，對泥漿中的固相進行選擇性絮凝。這兩種泥漿體系均有抑制性強、流性好、成膜作用強、潤滑性好等特點，可以有效避免泥漿增稠、縮徑和鉆頭泥包等問題。現(xiàn)場要求做好地面除砂工作，盡量使用大泵量。以上兩種泥漿區(qū)別在于無固相泥漿進尺會更快些，但失水大、切力小，一般用于井壁穩(wěn)定的淺井段。

（4）完整基巖穩(wěn)定地層：這種地層要做到增速增效，降低消耗。可使用低固相或無固相泥漿。以減少泥漿材料消耗，減小鉆具及泵件磨損、降低扭矩、增加鉆速、延長鉆頭使用壽命、提高單鉆頭回次進尺等。

（5）水敏性地層：為不穩(wěn)定地層之一，主要是粘泥包括斷層泥、泥頁巖及鹽巖或含鹽巖地層，這類地層遇水會膨脹造成縮徑，還會因不均勻膨脹造成掉塊坍塌。針對這類地層泥漿主要使用共聚物體系泥漿。要求做到阻止泥頁巖長期吸水，使用抑制性強、低失水泥漿；控制pH值在8.5～9.5之間（鞠德平，1994）?？稍诨鶟{中添加包被劑、共聚物、降失水劑、鉀鹽等。如果為鹽巖或含鹽巖地層還可以選擇鹽水泥漿，添加抗鹽共聚物等。如果是純縮徑地層，還要視其嚴(yán)重性增加掃孔工作且加大泥漿比重。如果是縮徑坍塌同時存在，一般是因為地層不均勻膨脹、地層有細微裂隙或遇水溶解出裂隙，在伊利石和蒙脫石混合或鹽巖地層會有這種情況?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場小型試驗適當(dāng)添加一些鉀鹽或銨鹽，也可以適量加入一些防塌型隨鉆堵漏劑。

（6）漏失地層：地層裂隙發(fā)育，泥漿壓力大于地層壓力造成漏失。北京地區(qū)水井鉆遇的地層大都是低壓地層，可使用的比重泥漿比如微泡沫泥漿、充氣泥漿等進行壓力平衡鉆進。不具備使用條件時使用的常規(guī)泥漿也要低比重、低切力，保持較好的流變性。在保證攜砂的情況下使用小泵量，開泵不要太猛，保證流程阻力盡量小。在大口徑松散地層的淺井段，也可選擇低密度、高粘度的泥漿，增大漏失阻力來防漏堵漏。必要時，需采取專門的堵漏處理。粘泥和泥巖地層的漏失可使用高失水泥漿甚至注入一段清水，提鉆靜止，待裂隙膨脹后自動堵漏；砂巖滲漏可在泥漿中加入隨鉆堵漏劑或絮凝劑隨鉆堵漏；微小漏失可采用加入堵漏材料隨鉆堵漏或膠體水泥堵漏；大的漏失可采用橋接堵漏、水泥漿堵漏等。使用水泥堵漏時要根據(jù)水位、泥漿比重、漏失現(xiàn)象，確定堵漏壓力。

北京水井施工主要涉及的是水基泥漿，而油基泥漿和氣體型鉆井液用的較少。水基泥漿中主要使用的是分散體系、共聚物體系、鉀基鉆井液體系和低固相鉆井液體系，而鹽水泥漿和飽和鹽水泥漿只是偶爾使用。泥漿體系要與地層及工藝相對應(yīng)才能事半功倍的解決鉆探問題。

2 現(xiàn)場泥漿的調(diào)配與維護

泥漿現(xiàn)場調(diào)配與維護是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先要在安裝期間就充分考慮泥漿的循環(huán)調(diào)配、凈化處理、排放等情況，合理布置泥漿系統(tǒng)。第二要養(yǎng)成做試驗的習(xí)慣，通過做小型泥漿試驗得出達到泥漿各參數(shù)所需要的各種添加劑的比例，因為不同廠家生產(chǎn)的添加劑性能會有差別。第三要注意各泥漿材料的加入順序，有些添加劑加入順序不同，作用差別是較大的，可以用小箱子按順序調(diào)配好補入。第四要有一定預(yù)判能力，提前調(diào)配泥漿性能，比如要見到水敏性地層了，提前調(diào)節(jié)泥漿的抑制性和降低失水，將要鉆遇力學(xué)坍塌地層時提前調(diào)高泥漿的比重、切力、動塑比等，預(yù)防比復(fù)雜發(fā)生之后去處理要容易的多。第五要注意水的添加，許多人現(xiàn)場調(diào)節(jié)泥漿時不敢加水，認(rèn)為會增大失水，這是不全面的，在鉆探過程中，泥漿中的水分持續(xù)滲入地層中，地層中的泥沙不斷分散進泥漿，會造成泥漿固相含量高、逐漸變稠、切力高、流動性差、泥漿膠性過強、對處理劑不敏感、除砂困難等，以致泥漿老化，孔內(nèi)泥皮質(zhì)量變差、泥皮增厚，泵壓增高等，這時就要持續(xù)、少量的補充一定的水或稀泥漿或者把處理劑溶成液狀緩慢補入。第六要掌握好幾個點，比如起鉆前和設(shè)備沒保證時不要大處理，井內(nèi)情況有變化要隨時改變處理方法，情況不明不要輕易處理。第七要堅持持續(xù)均勻的原則，不要一次處理過猛，要均勻、邊測量邊調(diào)整的處理。第八要做好記錄，以利調(diào)整有據(jù)和總結(jié)提高。

3 結(jié)語

（1）一口井泥漿的選擇與使用，有時能決定一口井的成敗。在鉆探工作中，必須足夠的重視泥漿工作，這是做好泥漿工作的前提。

（2）泥漿體系的選擇需要與地質(zhì)條件、鉆探工藝、現(xiàn)場實際緊密結(jié)合的。不同的地層、工藝要有針對性的使用不同的泥漿體系。這是做好泥漿工作的根本。

（3）要把握好每個現(xiàn)場調(diào)配與維護的環(huán)節(jié)，這是泥漿工作最終落到實處的關(guān)鍵，是做好泥漿工作的保證。

泥漿工作在鉆井中的重要性，毋庸置疑，在接下來施工工作中，還需要我們的泥漿工作者們不斷的學(xué)習(xí)、實踐、探索和改進，進一步提高鉆探施工工藝，并推動它廣泛發(fā)展，使之產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。

[1]烏效鳴，胡郁樂，賀冰新，等. 鉆井液與巖土工程漿液[M]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2007.

[2]鞠德平. 鉆井泥漿[M].石油工業(yè)出版社，1994.

General Using Principles and in-situ Confecting Method of Drilling Mud

XIAO Hailong
(Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering, Beijing 100048 )

In Beijing area, the scattered fine mud system is predominant for the water well drilling mud. For a geothermal well with more complicated geological conditions, the scattered and fne mud system is replaced by the copolymer system, and the result reveals that the drilling mud plays an importance in drilling engineering. The drilling mud must be used to ensure the safety, effcient, economic principles and should pay attention to the technical requirements, stratigraphic lithology, feld equipment, drilling technology, hole diameter, depth and the well body design. This paper discussed each mud system in different strata such as loose backfll layer, Quaternary sand and gravel layer, Quaternary clay loam layer, complete bedrock stratum stability, water sensitive layer, leakage layer. Finally, the mud system must be matched with the strata lithology, and the mud system is a key for drilling.

Drilling mud; strata; drilling technology

X741

A

1007-1903（2016）04-0112-03

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.021

肖海龍（1973- ），男，碩士，主要從事鉆探工作。