地质钻探钻井液技术应用

【摘要】钻井液常被用来保护钻孔岩壁、排除孔底岩粉，从而起到稳定地层、提高钻进速

度的作用，在钻探过程中发挥的作用不可忽视。本文从钻井液的分类及特征、钻井液选择应

对措施和废钻井液处理技术三方面进行了分析。

【关键词】地质；钻探；钻井液技术；

中图分类号：K826文献标识码：A

一、钻井液的分类及特征

对不同地质特点的钻探施工采用不同的钻井液进行有效的保护岩壁和提高钻探的速度

非常重要。下面介绍几种钻井液的特点和适用的岩层情况。

1.1Cao―NaK粗分散钻井液

这类钻井液的制作是在淡水钻井液的基础上加上一定比例的氧化钙和钠化钾配置的。这

类钻井液的制作过程较为简单，而且成本低廉，对软土层的护壁效果也非常好，是在钻探过

程中较为常用的一种钻井液。

1.2PHP―NaK―KHm(BaSO4)高聚钻井液

高聚钻井液是在第一种钻井液的基础上增加了凝聚剂聚丙烯酞胺干粉等化学试剂炼制

而成。PHP－－NaK复配后具有较好的携岩能力和压涌护壁作用。这种高聚钻井液相对而言

较为容易调整，而且制作过程也并不复杂，维护方便，能随压涌钻进。

1.3PHP―NaK―CPAN低固相钻井液

在这种低固相钻井液中主要是利用了CPAN对失水量进行调节，CPAN还能降低塑性粘度，

具有携岩能力和剪切稀释作用;配加过筛锯沫或PAM干粉，有较好的堵漏护壁效果。

1.4PHP―NaK―PAC141防塌钻井液

这种钻井液的防塌效果较好，护壁性能强，适合土质疏松不坚固的地质层使用，使用添

加剂PAC141作为失水量调节剂能根据钻井液的具体情况调节稀释的程度。

1.5LBM钻井液

LBM钻井液是LBM低粘增效粉直接加入清水配制而成，在使用的时候可以直接用清水按

比例勾兑充分搅拌。因此，这种钻井液使用起来非常便利，而且性能稳定，可调性好，具有

较强的水化分散和防塌护壁作用，能有效地抑制钻杆内壁结垢，适用于绳钻和复杂地层钻进。

这几种类型钻井液的加入可以调节钻探地质的粘度和流变性能，大大减少钻探的阻力和对岩

壁的破坏作用，起到固定岩壁和保护岩壁的作用。钻井液的和稀释作用也可使泵的压力

减少，有利于提高泵的使用寿命。

二、钻井液选择应对措施

2.1初始钻井液的选择

钻探施工选择的钻井液粘度较高时，对时效的影响较大，可以采取粘度稍微低点同时固

相也相对较低的钻井液进行操作，即尽量选择低粘度、低固相且不易分散的钻井液。在配制

初始钻井液的时候要尽量选用质量优良的膨润土，控制好固相含量，而且质量优良的膨润土

在初次配制的过程中可以稍微多些。因为优质的膨润土对钻井液的抗污染能力有很大的作

用，如果膨润土够多，在失水量较低的情况下，钻井液抗劣质造浆成分污染能力还是较好，

相反，膨润土的含量较低，在失水量较低的情况下，容易造成劣质钻井液的入侵[1]。而且

在整个钻探的过程中要始终注意保持钻井液低固相。

钻井液的失水量可以适当控制得稍高，现阶段一般都采用强抑制的钻井液，在选用绳索

取芯钻探的时候可以适当将失水量降低来满足钻探的具体要求。为防止岩壁的坍塌可提前采

取样本进行滤液浸泡试验，选取优质的钻井液滤液。在进行这些实验的基础上，选择出合适

的钻井液配方再测试其抗污染成分的能力如何。钻井液抗污染能力成分的测定主要包括泥皮

的测定和沉降测定。钻井液在大量劣质造浆成分污染后泥皮会增厚，钻井液抑制泥质成分水

化分散能力强，岩粉水化分散作用小，处于游离状态，一旦从孔内返出很容易机械清除，或

采用絮凝剂将许多小颗粒岩粉絮凝成团块再被机械清除。在实验中尽量选取实验后沉降物越

多的钻井液配方。

2.2钻井液被污染后的维护

在钻探的过程中，钻井液的性质会随着地质层中杂质成分的入侵而逐渐发生改变，钻井

液的粘度会增高，固相含量增加，如果不采取一定的措施进行处理就会阻碍整个钻探的顺利

进行。在这个过程中可以采用机械清除和稀释等方法进行改善钻井液的状况。机械方法主要

是用物理的操作方法将大部分的岩土砂石等杂质成分进行清除，通过这种方法绝大部分的泥

质成分都能被消除。钻井液的抗污染成分能力越强就能更好的促进机械清除的进行，机械清

除得越彻底反过来也会促进钻井液的抗劣质钻井液造浆污染能力的增强[2]。

机械清除的方法主要适用于砂石等固态的杂质成分，对于在钻探过程中由于水化分散混

入钻井液的其他成分并不能很好的清除。这些有杂质成分以液态或者粉尘的形式组成钻井液

的一部分会造成钻井液粘度的增大，固相含量增高。这时候可以采用稀释或絮凝剂的方法来

维持钻井液的基本性能。钻井液在通过劣质的地层以后，其粘度和固相含量等指标性能都会

发生改变，而且泥皮也会出现不同的程度的增幅。从泥皮的变化情况也能较为准确的反应钻

井液的维护是否合理，对维护好钻井液的各种性能从而延长钻井液的使用寿命具有非常重要

的意义。

2.3全孔更换钻井液

采用钻井液处理剂虽然可以控制钻井液的粘度，固相含量，延缓泥皮增厚速度，但却无

法阻止泥皮增厚的趋势。因此，当泥皮增加到一定程度后，只能全孔更换钻井液。这样做虽

然浪费了许多钻井液，但从定向经济效益测算，仍然是合理的方案。

三、废钻井液处理技术

3.1固化处理方法

固化处理是目前国内应用较为广泛的处理方法。具体做法是在废弃钻井液中投入固化材

料，使其转化为土壤或胶结强度较大的固化体，然后就地填埋或用作建筑材料。原理是钻井

液中的固相与固化剂发生物理化学反应，其中的有害成分如重金属、高聚物、油类等被包裹

起来，其它的污染物也因为迁移通道的缩小而减小了向周围土地的迁移扩散。适用于油含量

＜50000mg/L，盐含量＜20000mg/L的废弃钻井液。该方法不仅可以明显减少重金属离子和

有机质对土壤、水体和环境的污染和破坏，还可以有效回填还耕，提高土壤的肥力。

3.2固液分离技术

固液分离技术是固化前的预处理，工艺流程简便，主要内容包括脱稳和絮凝。

（1）脱稳。化学破胶法可有效打破废弃物体的稳定状态，达到脱稳的目的。原理是通

过消除胶体的稳定因素，利用不稳定因素，再通过微粒之间的范德华引力及布朗运动，使胶

体微粒不断长大形成沉淀。

（2）絮凝。在废弃钻井液中加入适当的混凝剂(絮凝剂和凝聚剂的混合液)，改变钻井

液体系的物理化学性质，破坏其胶体体系，改变其中粘土颗粒的表面性质，让更细的颗粒产

生聚结，使其在机械辅助分离条件下实现固液分离。分离出的液体，经过二级絮凝过滤处理

后达标就可外排，固相进行掩埋或固化处理。

3.3再循环使用

当井距较近时，可在完井排放的钻井液中加入一定的处理剂改良其性质，然后运用到新

井。既可以降低钻井液的排放，保护环境，又可以减少钻井液的使用成本。一般用于大规模

的井位比较集中的矿区。

四、结语

随着科技的发展，这种复杂地层给钻探技术带来的难题将逐步得到解决。相信随着新的

钻井液试剂的出现，以及钻探工艺的不断提高将会促进钻探技术的不断提高，劳动效率得到

不断的提高。钻井液的无害化处理越来越得到重视。固化处理方法目前在广泛使用，同时应

用粉煤灰和微生物处理等新方法也在不断发展。绿色文明施工和可持续发展的思想将引领钻

探工程朝着清洁绿色的方向发展。

【参考文献】

[1]胡继良,陶士先.地质钻探常用钻井液材料和处理剂[J].地质装备,2010,(5).

[2]王小苗,王大苗.浅析钻井液对泥河钻探工程的影响[J].科教文汇(上旬刊),2010,(6).