石膏地层泥浆控制技术

摘要：在复杂地层钻进，容易产生漏失、坍塌、超径、缩径、井喷等复杂的情况。必须采用适合地层岩性的泥浆，对于象石膏这类水敏性特殊地层，最关键点就是用化学处理剂控制泥浆的失水量和泥皮，保持低的失水量和薄而坚韧致密的泥皮，合理地使用泥浆，减轻和消除孔内复杂情况的发生。

关键词：石膏地层泥浆性能控制技术

钻探工作中，如何根据不同的地层合理地选择和使用冲洗液，是一项极为重要的工作。采用优良的冲洗液不仅可以提高钻探效率，更重要的是有利于钻穿各种复杂地层，预防孔内复杂情况的发生，避免事故，保证质量，降低成本。就目前而言，泥浆仍然是钻进松软、破碎、膨胀等复杂地层所造成的漏失、坍塌、超径、缩径、井喷等复杂情况下的优良冲洗液。钻孔出现复杂的情况，虽然地质因素起着决定性的作用，但如果采取适当的技术措施，改变外因条件，孔内的复杂情况是可以减轻和消除的。对于石膏层这样的水敏性地层，合理地使用泥浆，完全可以控制石膏层的膨胀和缩径。

一、地层情况

阳泉，地处山西省中东部，属我国华北石炭二迭纪成煤区。本区的中奥陶纪为一含有五层含水层和四层隔水层的复杂碳酸岩系，其丰富的岩溶水系统是本区石炭二迭纪煤田开发的主要威胁。而阳煤集团的各煤业公司正处于石家庄－井径－阳泉一线的中奥陶纪发育完整带上，中奥陶纪厚度640～740米，其中的峰峰组普遍发育有水敏性的石膏层，而且最厚时可达100多米，使得本区岩溶水文孔勘探难度非常大，有“十孔九塌”之说。2007年我们受命为阳煤集团某矿施工一眼设计深度1000米的奥陶系岩溶水文观测孔，施工中如何穿越石膏层成了一个非常棘手的难题。本区峰峰组地层厚200米，其中复杂的地层就有100多米，（地层见表一）

表一阳煤集团某矿中奥陶系峰峰组地层

从此表可以看出，峰峰组一段三层岩性中均含石膏，复杂地层厚度达100米，施工难度非常大。

二、施工中泥浆性能控制措施

本水文孔第二路套管下入深度415米，奥陶系上部地层全部隔离。三开施工至523米时泥浆性能遇到破坏，粘度迅速增加，达38s,失水量达75ml/30min,泥饼厚度12mm。孔内产生缩径现象，钻进阻力增大，不得不停钻进行更换泥浆。通过分析，我们认识到，使用的泥浆和地层的岩性不相适应。在复杂的地层中钻进，正确地使用泥浆是很关键的，孔内的漏失、坍塌、超径、缩径、井喷等复杂情况都是泥浆性能与地层不相适应造成的。象石膏及含粘土矿物多的水敏性地层，必须使用具有抑制性的化学泥浆来维护孔壁的稳定性，才可能阻止钻孔的缩径或坍塌。抑制性泥浆的目的是控制好泥浆的失水量和泥皮的厚度，使泥浆保持较低的失水量，能在孔壁上形成薄而致密、坚韧的泥皮。于是，我们参考石油钻井的泥浆性能标准（表二）制定下步应用泥浆的性能指标。

1、泥浆性能指标为：密度：1.05g/cm3，漏斗粘度：22s，失水量：〈10ml/30min，泥饼厚度:〈1mm，PH值：9～10。

表二冲洗液性能范围表

2、泥浆化学处理剂选用：

降滤失和剂：聚丙烯酸钾；水解聚丙烯睛－胺盐；

降滤失剂：LV－CMC；

离子交换：纯碱；

调节PH值：烧碱；

为防止孔内漏失和石膏层遇水缩径，还需备用部分锯末和重晶石粉，以便应急。

三、实际应用情况

生产现场，首先将膨润土进行预水化处理，然后加入膨润土重量3%的纯碱进行基浆制作，基浆性能：漏斗粘度：22s，PH值：9～10。其次将处理剂聚丙烯酸钾；水解聚丙烯睛－胺盐加水制作成胶液，配比为：1m3清水+3kg聚丙烯酸钾+5kg水解聚丙烯睛－胺盐，按泥浆重量的1%比例慢慢地将配制好的胶液加入泥浆中。降滤失剂LV－CMC在泥浆循环沟边以干剂的形式，一点点地撒入泥浆中，以防粘结成团。用烧碱调节PH值在9～10之间。泥浆调整完毕后，实测泥浆性能为：密度：1.06g/cm3，漏斗粘度：23s，失水量：〈8ml/30min，泥饼厚度:〈0.5mm，PH值：9.4，含砂量〈1%。不仅保证了生产的正常进行，而且孔内干净，性好，钻进阻力不大。

为了维持泥浆的性能稳定，现场将化学处理剂调制成维护液，维护液的配比为：1m3清水+1.5kg聚丙烯酸钾+3kg水解聚丙烯睛－胺盐。每个生产小班都要检测泥浆的性能，根据检测情况对泥浆进行性能维护，发现泥浆失水量增大及时加入维护液，泥皮厚度增加和漏斗粘度增大时酌情补充稀基浆，不允许直接加入清水稀释，同时撒入LV－CMC进行降低失水量处理，适时加入烧碱调节PH值。此外，要加强岩屑的清理工作，必要时加入高分子聚丙烯酰胺进行絮凝。

从2007年10月3日开始钻进至10月16日，顺利钻穿523米～614米91米厚的石膏层复杂段。10月20日下入第三路套管，孔内情况一直正常，至此，本孔石膏层复杂孔段顺利穿越。

四、结束语

在复杂地层钻进，必须采用适合地层岩性的泥浆，对于象石膏这类水敏性特殊地层，最关键点就是控制泥浆的失水量和泥皮，保持低的失水量和薄而坚韧致密的泥皮，不仅可以保护孔壁安全，而且可以减少套管的下入或不下套管，预防孔内事故，降低钻探成本，达到高效钻进的目的。

参考文献：

[1]湖南省地质局四一六队

[2]首照兵,探矿工程2008，（4）

[3]，中国煤田地质总局，煤炭工业出版社，2000

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。