复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践

摘 要：文章首先分析了我国深孔钻探技术的现状以及复杂地层的深孔钻探工作面临的主要问题，然后针对复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术进行了探析和实践。

关键词：复杂地层；深孔钻探；泥浆护壁；矿产资源；回转阻力

在我国的矿产开发以及勘察过程中，钻探技术发挥了非常重要的作用。在经济的发展与社会的不断进步下，我国的矿产资源储量已经面临危机。为了保障经济以及社会的可持续发展，加大矿产资源的开发以及勘察力度非常必要。在这样的情况下，勘察工作自然就对钻探技术提出了更高的要求。钻探施工非常隐蔽，无法及时了解孔内详情。而孔底相关工况信息传递到地面工作人员作序的时间越长，应对孔内复杂情况的难度就会越大。复杂地层的深孔钻探工作往往需要穿越比较多的地层，并且施工时间比较长，因此施工难度相应会更大。

1 我国深孔钻探技术的现状分析

上个世纪的90年代，国家矿业巨头BHP矿业进入我国矿业勘探领域，并认为我国的矿业勘探技术还有很大发展空间。进入21世纪以后，随着资源需求量的增加，其开发强度也日益增大，这使得我国的地质勘探工作逐渐向更深的地层推进，国家对于深孔钻探技术的需求已经日益上升。为了不断满足我国矿产资源的市场需求，全液压钻机被研发了出来。这一钻机的特点更加适应国际钻探技术的发展趋势，具有机械化程度高、给进行程长以及无级调速等优点。

我国的钻探工艺门类比较齐全，绳索取心工艺、不提钻孔底换钻头以及孔底动力钻具等经过30多年的发展已经越来越成熟。近年来，绳索取心钻探工艺的新规范已经逐渐普及到了金属矿的钻探施工中，并且受到越来越多钻探企业的重视。但由于受到设备故障率偏高等因素的影响，我国复杂地层深孔钻探的效率在230到495米/月范围内，岩心的平均采取率在60%到85%之间。孔底动力技术、液动潜孔锤技术以及孔底换钻头技术由于受到结构、材料以及性能等各方面的制约因而一直没有被应用到实际生产过程中。相信通过对材料的改进以及工艺的优化，我国的深孔钻探技术一定可以不断向前进步。

2 我国复杂地层的深孔钻探工作面临的主要问题

2.1 护壁难度比较大

对于复杂地层的钻进工作，随着孔深度的不断增加，地层的复杂程度也会越来越大，孔壁就越容易出现失稳的情况。因此，在复杂地层的深孔钻探工作中，保护孔壁是非常困难同时也是非常重要的环节。

2.2 回转阻力较大

钻孔深度越大，孔内钻杆的摩擦阻力就会越大，这一点在绳索取心工艺中体现得尤为明显。绳索取心工艺中，钻杆的磨损比较严重，回转阻力还会带来钻机负荷，导致钻杆的断裂。

2.3 钻头寿命较短

复杂地层的深孔钻探工作很难准确控制钻压，再加上接头密闭性不够高等问题，很难保证冲洗液可以完全被送到孔底，这种情况就会造成钻探工作的假循环最终导致钻头寿命受到影响。

以上存在的问题很多都与钻机的冲洗液有莫大关系，因此在复杂地层的钻探工作中，冲洗液发挥着非常重要的作用，对其要求自然也就越高。首先，冲洗液的滤失量应该较低而造壁性则应该较强，这样才能发挥吸附和粘结孔壁的作用，有效保护孔壁的稳定；其次，冲洗液的性能应该较好，这样钻机的粘附系数就比较小，因此摩擦以及回转阻力都会相应降低。回转阻力降低以后，材料的损耗就会减少，钻机的使用寿命才能更长。

3 复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探析和实践

3.1 PHP系列泥浆护壁技术探析与实践

（1）PHP系列泥浆护壁技术探析

PHP是由聚丙烯酰胺经水解得到的，是一种长链高分子化合物。PHP的非离子吸附基团很多，比如-CONH2，因此PHP在基团的吸附作用下会形成薄薄的吸附膜，起到减轻泥浆滤液给地层带来的侵蚀作用，从而起到护壁作用。同时，PHP也是一种表面活性剂，吸附到金属以及岩石表面以后就可以起到作用，起到降低摩擦阻力的作用。

（2）PHP系列泥浆护壁技术实践分析

某地的金矿钻探施工中，花岗岩为主要地层构成。由于该地地层受到断层构造的影响，因此出现了裂隙发育、地层漏失以及岩石破碎等问题。这些问题的存在很容易导致施工过程中的掉块以及坍塌现象。为了防止钻杆内壁出现结垢问题，可以通过PHP泥浆护壁技术来加强该地层孔壁的稳定性。所使用的PHP分子量在800到1200万之间，水解度为30%。实践证明，PHP系列冲洗液可以基本解决孔壁失稳、钻杆内壁的结垢以及回转阻力过大等问题，应用效果良好。采用该冲洗液以后，钻进效率与质量都得到了提高。普通冲洗液的效率大约在342米/月，而使用PHP系列冲洗液以后，效率提高到了430米/月，增幅高达25.7%。并且钻探施工的事故发生率也明显降低。PHP所带来的这些改进也正是其不断获得应用的原因。但是PHP系列泥浆护壁技术在实际应用中无法很好地解决破碎严重以及地层漏失严重等问题，而这些问题随着钻孔深度的增加愈加凸显。最近出现的PHP洗液与PVA洗液混合的护壁技术改进了这些问题，应用效果更好。但是这一施工方法与单一PHP施工相比成本偏高，因此，我们还需要进一步探索应用效果更好、更加经济的护壁技术。

3.2 LBM泥浆护壁技术探析与实践

（1）LBM泥浆护壁技术探析

LBM是在膨润土经化学改造升级而得到的新型高级造浆材料，有着滤失量低和粘度低等优点。该冲洗液制作起来也比较容易，维护简便，是一种具有多种功能的复合材料。LBM之所以可以起到护壁作用，原因就在于其含有大量的-CN、-COONa以及-CONH2等基团，因此所配置出来的具有切力低、粘度低、密度低、失水能力低以及分散性高等特点。此外，通过对加入量的调节就可以改变泥浆的性能。

（2）LBM泥浆护壁技术实践分析

某地金矿的深孔钻探施工中，由于地层破碎情况以及钻孔的漏失情况都比较严重，因此给钻探工作带来了很大难度。该金矿的开发单位曾经尝试过使用花生皮、棉籽壳以及PHP泥浆来进行堵漏，但效果都不够理想。无奈之下使用PHP混合PVA技术，但是却造成了掉块以及坍塌问题。采用LBM泥浆以后，仅仅用了五个小时就穿过了坍塌层并继续向前钻进，最后的钻探深度为525.38米。并且LBM泥浆还成功排除了孔内积留的沉淀物。此LBM泥浆护壁技术的应用实例告诉我们，对于破碎以及漏失严重的复杂地层，LBM泥浆护壁技术在防止坍塌、稳定孔壁以及防止钻杆的内壁结垢方面都有着非常好的应用效果。

4 结束语

矿产的开发以及勘察过程中，钻探技术有着非常重要的作用。而对于复杂地层来说，护壁难度比较大、回转阻力较大、钻头寿命较短等问题都与冲洗液联系紧密。因此要想实现复杂地层深孔钻探技术的提高，探讨泥浆护壁技术是非常必要的。PHP系列泥浆技术通过吸附作用形成的吸附膜来达到减轻泥浆滤液给地层带来的侵蚀作用，从而起到护壁作用。其应用可以基本解决孔壁失稳、钻杆内壁的结垢以及回转阻力过大等问题，但无法很好地解决破碎严重以及地层漏失严重等问题。LBM含有大量的-CN、-COONa以及-CONH2等基团，具有切力低、粘度低、密度低、失水能力低以及分散性高等特点。对于破碎以及漏失严重的复杂地层，LBM泥浆护壁技术在防止坍塌、稳定孔壁以及防止钻杆的内壁结垢方面都有着非常好的应用效果。

参考文献

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