摘要：1931年旧金山的Hallan N．Marsh发表了他的漏斗粘度计的设计和使用方法。他在1931年发表的文章中这样说道：泥浆问题听起来是如此简单，乏味和不重要以至于它未能得到应有的重视，至少在石油钻井上是这样的。事实上它是与回转钻进有关的最复杂的、讲技术的、重要且有趣的问题之一。虽然马氏先生的评论原本是针对油井钻进系统的，但是他的观点也可以较容易地引入到其他领域钻探钻进施工中。[1]
关键词：地质钻探；泥浆
在地质钻探中，常遇到易塌、易漏、易斜、遇水膨胀等复杂地层钻进问题，施工中除采取一定的钻探技术措施外，要有针对性选择性能好的优质泥浆，用好泥浆处理剂，调整好泥浆参数，做好泥浆净化、除砂工作，以确保在复杂地层顺利通过，从而达到地质工作要求。
一、传统钻井液的使用
清水是资格最老的钻井液，其历史比其他钻井液要早两千多年。用清水比配制其他钻井液要方便、省时、成本低，因为清水的来源广泛、直接。但是清水作为钻井液有很多局限性，只有在稳定性很好且不漏失的岩石中钻进，才可以用清水做钻井液。但是在钻孔内存在不稳定的岩层、存在裂隙发育和漏失现象，并不适合使用清水作为钻井液进行钻进。
二、易发事故分析
钻井液采用清水，钻进中存在不稳定地层和有裂隙发育和有漏失现象的岩层，在钻进到有裂隙发育和有漏失现象的岩层时，清水钻井液不能够正常循环，钻井液从水龙头通过钻杆下到孔底后漏失到了地层中，不能够上返到上部孔位，而以清水作为钻井冲洗液，在孔内自造的泥浆在比重、粘度、滤失造壁等方面的性能差，起不到护孔的作用，导致不稳定地层产生局部孔位的孔壁坍塌，出现钻孔局部扩径。由于出现扩径，钻进时钻杆在扩径处有了较大的回转空间，而孔底岩层较硬，需要施加较大的钻压才能够有效钻进。在较大钻压下和大的回转空间下，钻杆易弯曲过大而导致发生钻杆接头断裂事故。分析事故原因，主要是因为以清水作为钻井液，其性能差，在遇到复杂地层时，不能满足钻进过程中对泥浆的各项性能要求而引起事故的。
三、泥浆性能分析
泥浆的性能是泥浆的组成以及其各组分间相互物理化学作用的宏观反映，它是反映泥浆质量的具体参数。泥浆的主要性能有泥浆的比重和固相含量、泥浆的流变特性、泥浆的滤失性能以及泥浆的含砂量、pH 值等。
1 比重、固相含量和含砂量
a、地层压力的控制
钻井中防止漏失，涌水和维持孔壁的稳定，重要的一点是要维持钻孔—地层间的物理力平衡。可以调节泥浆的比重使地层压力梯度相适应以求得钻孔—地层间的物理力的平衡。
b、对钻速的影响
（1）随着泥浆比重的增加，钻速下降，特别是泥浆比重大于1.06~1.08时，钻速下降尤为明显。
（2）泥浆的比重相同，固相含量愈高则钻速愈低。由此泥浆比重相同时，加重泥浆的钻速要比普通泥浆高，因为加重泥浆的固相含量低。
（3）泥浆的比重和固相含量相同，但固相的分散度不同，则固相颗粒分散得愈细的泥浆钻速愈低。
c、含砂量的影响
泥浆中的无用固相含量会给钻进造成很大的危害。首先，无用固相含量高，泥浆的流变特性变坏，流态变差。不仅使孔内净化不好而引起下钻阻卡，而且可能引起抽吸，压力激动等，造成漏失或井塌。其次，泥浆中无用固相含量高，泥饼质量变坏，泥饼厚。这样，不仅失水量大，引起孔壁水化崩塌，而且易引起泥皮脱落造成孔内事故。第三，泥浆无用固相含量高，对管材、钻头、水泵缸套、活塞拉杆磨损大，使用寿命短。因此，在保证地层压力平衡的前提下，应尽量降低泥浆比重和固相含量，特别是无用固相的含量。
2 泥浆的流变特性
泥浆的流变特性是指泥浆的流动和变形性质，以泥浆的粘稠性为主要研究对象。泥浆把钻碴从井底携至地表或者在井中悬浮钻碴，主要是靠泥浆的粘稠性；对于破碎的不稳定井壁，利用较粘稠的泥浆还可以起到较好的粘结护壁作用。仅从这两点考虑，泥浆的粘度和动切力应该取高值。这也是选择泥浆做钻井液的基本出发点。但是，泥浆的粘稠性大又有不利的方面，主要表现在：使井底碎岩效率降低，钻速降低；增加泥浆循环的流动阻力；增大对井壁的液压力激动破坏。
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3 泥浆的滤失性能
井中的压力差是造成泥浆失水的动力，它是由于井中泥浆的液压力与地层孔、裂隙中流体的液压力不等而形成的。除了较大的裂隙和空隙外，一般地层的孔、裂隙较小，只允许自由水通过，而粘土颗粒周围的吸附水随着粘土颗粒及其他固相附着在井壁上构成泥皮，不再渗入地层。井壁上形成泥皮后，渗透性减小，减慢泥浆的继续失水。若泥浆中的细粒粘土多而且水化效果好，则形成的泥皮致密而且薄，泥浆失水便小。反之，泥浆中的粗颗粒多且水化效果差，则形成的泥皮疏松而且厚，泥浆的失水便大。
许多情况下，泥浆的失水对钻井的危害较大。
（1）当地层为泥页岩、黄土、粘土时，失水过大会引起井壁吸水膨胀、缩径、剥落、坍塌；
（2）对于破碎带、裂隙发育的地层，渗入的自由水洗涤了破碎物接触面之间的粘结，减小了摩擦阻力，破碎物易滑入井眼内，造成井壁坍塌、卡钻等事故；
（3）厚泥皮会加大对钻具的吸附，使钻杆回转阻力增加；
（4）厚泥皮使测井数据的准确性降低；
（5）失水量越多，对地层的侵染越严重。
失水性对钻井的有利影响是：初失水可以湿润岩土，使其强度降低，有利于钻头对其破碎，提高钻进速度。
4 泥浆PH值
泥浆的PH值对泥浆的性能有很大影响，粘土颗粒带负电，必须在碱性条件下才能保持稳定。不同泥浆具有自身的PH值，一般应控制在7～11间。[2]
四、钻井冲洗液改进措施
结合上述钻井液性能的理论分析，为了保证钻进的顺利进行，防止钻孔施工中出现因钻井液使用不当引起的事故，在配制钻井液时，应把握以下几个要点：
（1）选优质土。由于水化效果好，粘土颗粒吸附了较厚的水化膜，泥浆体系中的自由水量大大减少，所以优质土泥浆的失水量远低于劣质土的。
（2）采取“不分散”方法。使粘土颗粒絮凝，而非分散，从而使井壁岩土的分散性减弱，保持一定的稳定性。
（3）添加降失水剂。PHP、HPAN等降失水剂通过增加水化膜厚度，增大渗透阻力、井壁网架隔膜作用，可使失水量明显减少。
（4）提高基液粘度。泥浆中的“自由水”实际上是滤向地层的基液，其粘度愈高，向地层中渗滤的速率就愈低。
（5）调整泥浆比重，平衡地层压力。井眼中液体压力与地层中流体的压力差是泥浆失水的动力，尽可能减少压力差，维持平衡钻进是降失水的有效措施。
根据上述原则，综合考虑各种技术经济指标，可以选用“双聚”不分散低固相泥浆作为钻井冲洗液。[3]
钻井冲洗液配置流程：水中加入纯碱搅拌均匀——加入粘土浸泡24小时以上——搅拌均匀——加入聚丙烯酰胺（PHP）并搅拌均匀——加入聚丙烯腈（HPAN）并搅拌均匀——测试性能——投入使用。
五、结论和建议
在复杂的地层中进行钻进时，钻井冲洗液的合理选择和配置，以及对其性能的及时调整，是解决比较复杂的地层中钻进问题的关键，选配技术指标高的“双聚”不分散低固相泥浆作为钻井冲洗液可以有效地防止孔内事故的发生，提高钻探效率，同时也可降低成本。
参考文献：
[1] Rui D，et al.Soluble-silicate Mud Additives Inhibite Unstable Clays.Oil&Gas Journal，1996，（l）：66～68
[2] 乌效鸣，等.钻井液与岩土工程浆液.武汉：中国地质大学出版社，2002
[3] Jiajia ZHAN，Huiwen XU，et al.Experimental study on low temperature performance of polymer drilling mud agents[J]Global Geology，2009，（01）
论文作者:马鸣,崔鹏鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/9
标签：泥浆论文; 地层论文; 井壁论文; 漏失论文; 比重论文; 钻井液论文; 粘土论文; 《基层建设》2019年第24期论文;