有效小口徑金剛石鉆進用泥漿沖洗液配方

李德成

(黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

0 前言

復雜地層的護壁堵漏是巖心鉆探中長期以來存在的技術難題。隨著我國小口徑金剛石鉆探的發展，解決好復雜地層的護孔和鉆進減阻，仍然是關鍵問題之一。

小口徑鉆探系指采用直徑＜76 mm鉆頭的鉆進方法，小口徑鉆進主要采用的是金剛石鉆頭，故又常稱為金剛石小口徑鉆進。小口徑鉆進時，鉆具與孔壁的間隙小，鉆具不易彎曲，因而鉆孔彎曲度、鉆具磨損及動力消耗等都比較小。金剛石在破碎巖石過程中，沿著移動方向的功消耗于破碎巖石和克服摩擦上。摩擦功轉化為熱能可使金剛石強度降低、石墨化而導致早期磨損。因此，金剛石鉆進時必須充分冷卻鉆頭。此外，高速回轉的鉆具與孔壁激烈摩擦，其摩擦阻力是很大的，這也需要沖洗液來潤滑。基于以上原理，在具體應用過程中金剛石鉆進是采用以高轉速為主的鉆進，配用適當的壓力，盡量減少對金剛石的振動沖擊，供給充足的沖洗液，保證鉆頭的冷卻和及時排除巖粉與巖屑。金剛石鉆進時在巖石性質，鉆進設備，鉆桿鉆具等條件允許的情況下，應盡量采用高的轉速和最佳鉆壓，并隨著機械鉆速的提高，相應地增加沖洗液量。沖洗液應具有潤滑性，一般采用乳狀液或加潤滑劑的低固相泥漿等。

被稱為“鉆井的血液”的泥漿是鉆井過程不可缺少的組成部分，打萬米的超深井的關鍵之一是要有高質量的超深井泥漿。近些年來，結合我國的具體情況，相繼研究和使用過許多行之有效的新型泥漿，隨著小口徑金剛石鉆探的發展，又試用了各種低固相乳化泥漿，取得了一定的成就。本文結合這方面的理論和實踐經驗，介紹一種小口徑金剛石鉆進用泥漿配方，以供參考。

1 泥漿類型的產生和發展趨向

泥漿類型的產生和發展，是適應鉆井生產的發展而不斷完善的。巖心鉆探一般情況是孔深較淺，鹽、鈣、油氣侵少。過去以用某一種處理劑的名稱來給泥漿命名自然不成為類型。現在許多石油鉆井的泥漿類型都在推廣應用，而且根據小口徑金剛石鉆進的特點，還有自己的泥漿類型，如為了防漏及消除漏失，可以采用泡沫泥漿。對小口徑金剛石鉆進開高轉速，要求泥漿潤滑性好，而采用各種乳化泥漿和潤滑泥漿，它們和石油鉆用的混油泥漿也有區別，因此，巖心鉆探今后也要逐步形成自己的泥漿類型。

2 小口徑金剛石鉆進的特點與增黏劑的選擇

小口徑金剛石鉆進的特點是環狀間隙小，泥漿上返速度高，壓頭損失大，鉆具要求開高轉速，孔內易產生附加漏失。因此，要求泥漿同時具有護孔、潤滑、防漏等幾方面的要求。從護孔角度出發，小口徑金剛石鉆進和其他鉆井泥漿的要求基本一致，即根據地層條件選用泥漿類型及泥漿性能，如造漿地層可用聚丙烯酸胺泥漿，無膠結或膠結弱的松散坍塌層要適當提高泥漿黏度，采用高效高分子增黏劑。而從潤滑角度考慮，為使鉆具能開高轉速(600～1 000轉/min以上)，除往泥漿中加入乳化油或潤滑劑外，關鍵是盡可能降低泥漿中的固相含量，采用低固相泥漿或具有選擇性絮凝的不分散低固相泥漿，并配合控制固相的機械方法。根據實踐，固相含量多，比重較高的泥漿，即使潤滑材料加得多，也是不能開上高轉速的。其次從防漏和消除漏失考慮，應盡可能考慮采用進一步降低泥漿比重(采用泡沫泥漿)及適當提高泥漿黏度等方法解決。

3 黑龍江省采用的泥漿沖洗液配方

在黑龍江省多地區深孔泥漿的實踐證明，采用黑山膨潤土低固相乳化泡沫泥漿，或乳化泡沫聚丙烯酸胺泥漿，是可以較好解決護孔、潤滑和防漏等問題的。在地層較復雜，孔深1 100 m時，能使鉆具開上655轉/min的高轉速，而工作電流卻不高(電壓340 V時，電流為42 A)。這種泥漿的具體配方是:黑山膨潤土粉(重量比)4% ～5%，純堿(相當于黏土重量的)4% ～5%，切削油或皂化油(體積比)0.5%，亞硫酸紙漿廢液濃縮物(體積比)0.5% ～1%，必要時再加入水解聚丙烯酰胺100 ppm(水解度60% ～80%，分子量150萬 ～250萬)。按以上配方所得泥漿性能為:比重0.98～1.02，失水量10 mL/30 min左右，泥餅厚0.2～0.5 mm，pH=10左右，泥漿漏斗黏度21～23 s。

[1] 張鳳海，于彥民，尤春峰.小口徑金剛石鉆進技術參數優化選擇機理初探[J]. 黑龍江水利科技，2002，30(03):102-103.

[2] 王志平，王興文，張雷.小口徑金剛石鉆進技術參數的確定[J].黑龍江水專學報，2003，30(3):22-23.