低固相泥浆体系在煤田绳索取芯钻探工艺的应用--中国期刊网

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低固相泥浆体系在煤田绳索取芯钻探工艺的应用

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：祁红刚

[导读] 摘要：煤田钻井中使用钻井液的目的是提高施工效率和井内安全。

        中石化中原石油工程有限公司钻井三公司河南省濮阳市 457001
        摘要：煤田钻井中使用钻井液的目的是提高施工效率和井内安全。常规低固相钻井液主要包括复合制剂和生物碱。与其他钻井液相比，低固相钻井液具有低消耗、安全、高效、高质量的优点。即使地层条件比较复杂，也能顺利施工，避免安全事故的发生。
        关键词：低固相泥浆体系；煤田绳索取芯钻探工艺；应用
        引言
        煤田钻探离不开泥浆，泥浆是煤田钻探生命保证，然，时至今日，煤田钻探仍采用传统普通钻探技术，优质高效的绳索取芯钻探工艺应用受阻于20世纪七八十年代推广失败，究因于钻杆内壁结垢内具打捞困难、孔壁坍塌严重等问题。我们认为，通过分析研究历史失败因素、煤田地层软弱之钻探泥浆特性、现有绳索取芯工艺特点，突破思维空间，另辟新径，研究解决制约绳索取芯钻进技术应用因素，如钻杆内壁结垢、深孔泥浆循环高泵压、高流速冲刷破坏孔壁稳定和绳索钻具结构等缺陷问题，从各种制约因素入手，全方位多角度采取措施，解决实际存在的矛盾，实现煤田钻探应用绳索取芯钻进工艺之目的。
        1我国煤田地质勘探的现状和发展过程
        1.1煤田地质勘探的重要性
        当今我国经济正在飞速发展，煤田资源作为国家的战略储备资源，煤炭资源的开发利用对我国经济的发展起着决定性的作用。随着煤炭工业的高速发展，对于煤田地质勘探工作提出了更高的要求，为了使煤田地质勘探技术迅速而健康的发展，既要根据我国煤田地质实际和煤炭工业要求，又要考虑我国的技术现状和世界先进技术的发展方向。
        1.2当今煤田地质勘探发展历程
        新中国成立初期，我国从事煤田地质勘查工作的技术人员只有500多名，设备只有简单的几十台钻机，只能从事简单的地质勘查工作。经过五十多年的发展，国家大力发展地质行业专业技术人员，我国煤田地质勘探飞速发展，到现在形成了有测量、钻探、物探、岩矿化验等多专业相配合的现代化勘探队伍。20世纪的我国的钻探水平只能使用普通的合金钻头，钻孔的直径比较大，岩芯的采取率不高，生产效率较低。经过五六十年的发展，钻探技术不断完善改进，各种钻井新技术的研发与使用，优化了钻井参数，钻井效率与钻孔合格率大幅度提高，已经达到了国际领先水平。
        2煤田绳索取芯泥浆的性能要求
        基于上述特征、难点和因素，煤田绳索取芯钻进更是复杂的“复杂地层钻进技术”，其对泥浆的性能要求更高，须具备以下功能：（1）具有良好的流变性能，即具有较好的剪切稀释性能，有效降低流动阻力，同时良好携粉和分选沉砂，既提高钻速，又降低含砂，有效防止绳索取芯钻杆内壁结垢；（2）具有良好的造壁性能，泥浆滤失量低，泥皮质量好（薄而坚韧），能有效抑制水敏地层失水，有效抑制地层吸水膨胀缩径和剥离作用，防止吸附粘钻、地层压漏、掉块和垮塌；（3）有较好的润滑性能，能减小钻柱回转阻力，有利于高速回转；（4）固相含量尽可能低，减少固相结垢和冲刷破坏作用；（5）现场使用、调整和维护方便。
        3生产试验与效果
        （1）地层特点。我单位所施工钻孔所处区域地质构造属中朝准地台淮河台坳淮北陷褶断带。岩层变换频繁、煤层薄而多，断层、褶皱发育，致使煤系地层岩石的完整性、稳定性差。主要表现有：①遇水膨胀类地层，如粘土层、泥岩，其中含较高蒙脱石、伊利石、绿泥石等粘土矿物，易分散造浆（泥浆增稠），引起粘附卡钻、钻头泥包甚至糊钻，且吸水膨胀后造成钻孔缩径；②遇水剥落类地层，如钙质或泥质砂岩、炭质岩、中—全风化岩、溶洞泥砂，弱—无胶结，水分子作用使矿物结合力减弱或消失，在机械振动和自重作用下发生剥离散落，钻孔易坍塌、超径，进而引发易埋钻、断杆事故；③断层破碎带类地层，受地质构造力的破坏作用发生挤压、张拉或扭转现象，产生强烈破碎效果，除后期复又胶结外，多呈不规则松散状态，无胶结，自漏失或压漏失，钻进因阻力不均扭转振动剧烈，散落掉块，引发卡埋钻事故；④有些区域存在上述复合状况，反复交替出现，软、弱、碎层交替，水化、水淅作用同时发生，钻孔会同时出现缩径、超径、坍塌、掉块、漏失等恶劣情况。（2）泥浆体系的选配。

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根据煤田钻探特点和绳索取芯工艺要求，结合具体钻孔地层特性，研配煤田绳索取芯新型环保泥浆，要求“三低一好”（低粘度、低失水量、低固相含量、润滑性能好），满足煤田绳索取芯工艺要求，达到护壁堵漏的效果，而且环境污染小，废浆易于处理。本项目采用LBM低固相泥浆体系，利用常规泥浆处理剂，配制适合煤田绳索取芯环保型多功能复合泥浆。经过室内试配试验，优选配比如表1所示。3种配比相互兼顾，统一处理剂品种，只需调整加量即可调节性能参数，方便野外使用。（3）钻进技术参数。为降低钻杆对孔壁的冲击扰动，防止钻杆内壁结垢，回转速度选用较低，而泥浆泵量选择较大，利于排屑和防止结垢。钻孔发生坍塌后，即使采用单管钻具，泵压也相对较高，说明绳索取芯正常生产情况下，泥浆流变性能和采取的扩径措施是科学有效的。
        4绳索取心钻进技术的改进与发展
        4.1完善与改进钻具结构
        其一，现有的煤田绳索取心钻具的型式单一，必须扩大规格品种，以适应取煤的需要。例如，将内管换成带半合管或三层管的煤心容纳管，以钻取松软煤层；打捞器增加铰链机构；提高到位报警机构和岩、煤心堵塞报警机构的灵敏性可靠性等。其二，开发大口径绳索取心系列，内管改换成薄壁压入式取样管或在内管下部连挂超前压入取样管，以适应复杂岩层或松散的非胶结砂土层钻进的需要。其三，扩大绳索取心钻具的使用范围。研制适合矿井坑道钻进水平孔和仰孔的绳索取心钻具等。
        4.2加强长寿命钻头的研究
        其一，发展人造金刚石钻头，降低钻探成本。加快大颗粒、高强度人造金刚石的研制。其二，几年来，尽管研制了多种适应煤田钻探的绳索取心钻头，但品种仍不能满足需要。要加强不同唇面形状、胎体性能和薄壁钻头的研究，特别是要加强适应软硬互层地层高效长寿钻头的研究。其三，加强绳索取心孔底不提钻换钻头技术的研究，以减少机械的磨损，减轻工人的体力劳动。
        4.3提高钻杆的强度和耐磨性
        提高焊接质量，延长钻杆的使用寿命。同时，严格把住钻杆加工质量关。研发能满足深孔绳索取心钻进需要的加强钻杆。
        4.4努力实现附属设备液压化
        加强深孔液压驱动钻机（动力头钻机）的试验研制和努力实现夹持器、拧卸管装置及绳索取心绞车的液压化。
        4.5绳索取心与空气钻进和泡沫泥浆钻进相结合
        空气钻进和泡沫泥浆钻进在煤田松散岩层钻进中已取得较好的效果。在绳索取心钻进岩层时，要结合应用，不断改善冲洗液的质量。
        结语
        总的来说，在煤田钻探施工中加强对低固相钻井液中的应用，能够提高施工效率，同时各施工项目也能够更好地完成，施工安全性大大提高。但是在施工过程中，还是需要根据实际的地质情况选择和配制低固相钻井液，这样才能够达到预期的效果。
        参考文献
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        [8]黄焕阁，等.低固相钻井液性能评价与室内研究[J].内蒙古石油化工，2019，(18):28－29.