无固相冲洗液的实践应用

作者：刘 刚

来源：《中外企业家·下半月》 2014年第2期

刘 刚

（内蒙古煤田地质局153 勘探队，内蒙古 呼和浩特 010010）

摘 要：我国岩心钻探金刚石钻进所用的无固相冲洗液。目前，主要有水解聚丙烯酰胺（PHP）的水溶液；或PHP 与非水解的聚丙烯酰胺（PAN）的混合液；磨芋胶（MY）水溶液及其交联液；PHP—水玻璃等。它们在适当的助剂和润滑剂配合下，用于金刚石钻头钻进复杂地层，取得了较好的护臂堵漏效果。特别是在金刚石绳索取芯钻进中的应用，显出其优越性能。笔者主要从三个方面进行了详细探讨。

关键词：无固相冲洗液；功能；护臂堵漏

中图分类号：TD741 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2014）06-0207-02

多功能无固相冲洗液。是在PHP——水玻璃无固相冲洗液的基础上产生的。其组成包括有机高分子物（PHMY、PVA）、无机聚合物（水玻璃）、润滑刺（如乳化沥青皂化油等），凝聚——交联剂（如肖酸铵、硼砂等）。

一、常见的冲洗液

1. 水玻璃

水玻璃是该冲洗液的主要组份，主要质量指标是模数MK（MK - SiO2/Na20），随模数增高，冲洗液的护壁堵漏性能增强。但普遍钠水玻璃的模数大于4.0 的产品很不隐定。

通常采用MK=2.8-3.3

2. 水解聚丙烯酰胺（PHP）

PHP 的分子量应大于300 万，水解度H=20% 左右，用前需烯释到1% 浓度。

3．磨芋胶

将磨芋胶粉装入桶中，加水浸泡，加水量是磨芋胶粉的10 倍，然后搅拌成糊状待用。

4．聚乙烯醇（PVA）

PVA 是由聚醋酸乙烯脂经皂化而成的高分子化合物，聚合度n 在3000 左右，加水加温或加热水，并稍加搅拌，需几小时才能溶散。

5．乳化沥青

含沥青25% 左右的乳化沥青，可按用量直接加入冲洗液中。如用膏状乳化沥青，用前需加温后再加入水中呈乳化液后使用。

二、冲洗液的多功能性表现

无固相冲洗液的多功能性主要表现在具有较强的护壁性能、冲洗液可以随时转化成堵漏浆液，具有适用于金刚石钻进的流变性等性能特点。

1．较强的护壁性

含有水玻璃——有机高分子——凝聚交联剂的无固相冲洗液，其护壁（固岩样）性能比PHP——水玻璃无固相冲洗液有明显增强，它能在粘度较低的条件下，（漏斗粘度17 秒），使放入的干河沙快不坍散，与现用的几种冲洗液比较，这是它突出的一个性能特点。

2．冲洗液能够转化成堵漏浆液

调节凝聚——交联剂的加量，可使流动性很好的无固相冲洗液，在相应的时间内凝结成不流动的凝胶体，凝结前的冲洗液渗漏到孔壁逢隙中，而当其凝结时把逢隙封堵住，且封堵半径大。但是由凝胶体的强度低，所以只适用于封堵细小缝隙的渗漏和轻漏的钻孔。

3．具有适合金刚石钻进的流变性

目前，对金刚石钻进用冲洗液的流变性问题，虽然研究的不够深入，但是根据金刚石钻进的一些特点（如孔壁间隙小、岩粉少而细等），往往以粘度小流动性好作为流变性的主要要求，多功能性无固相冲洗液能在粘度低的条件下，保持良好的护壁性能，一般情况下这种冲洗液的岩粉沉降速度较快，有利于冲洗液的净化。因而，金刚石钻头的寿命和时效均有提高。如果为增加剪切稀释作用或外环间隙较大的钻孔为提高冲洗液的排粉能力，需要提高冲洗液的动塑比时，通过增加高分子物即可达到。

三、无固相冲洗液的凝聚堵漏工艺

1．不提钻或下钻后堵漏

适用条件：漏失裂缝较小，漏水孔段较长，轻漏的浅孔或中深孔。

堵漏浆液：为专门配制用于停钻堵漏的冲洗液，浆液的初凝时间应不少于30 分钟。

灌注工艺：（1）事先从绳索取心钻具内孔或下钻前的孔口注水，并随之测出孔内静水位。（2）配制堵漏浆液，配浆量应视孔深和漏失程度等条件而定一般可配300-500 升；（3）用泵注送浆液，其注浆用的压浆水量；（4）注完压浆水后，将主动钻杆提到最高位置，候凝；（5）浆液凝聚后，先缓慢转动钻具，将外环冻胶搅动而液化，接着加快转速，如回转阻力不大（看电流表），同时开泵送少量的水，注意泵压不要大于钻进时的泵压值，通水后即可恢复钻进。

2．随钻堵漏

适用条件：细小缝隙的渗漏钻孔

堵漏浆液：为随钻堵漏冲洗液。

堵漏工艺：（1）随钻堵漏用的冲洗液，可以是新配制的，也可以对循环的无固相冲洗液加凝聚剂处理，使冲洗液在几个小时凝聚。（2）钻进过程中应随时监测冲洗液粘度的变化，如果粘度增长较快时，应立即向水源箱中添加正常钻进用的无固相冲洗液，使循环系统中的冲洗液未发生凝聚前而进入微小漏失通道中，由粘度增高而逐渐凝聚于裂隙内。虽然凝聚物强度不高，

但是由于裂隙小，被凝聚物的封堵范围大。因此，会有- 定的堵漏作用。（3）当钻具内的“可凝聚”冲洗液全部被压到外环间隙后，也可停钻1-2 小时，这更有利于冲洗液在孔壁裂隙内凝聚。恢复钻进前需先开慢车送小水，注意泵压不要高于钻进时的泵压逐渐恢复到正常钻进时的规程。

3．孔口加压注水

适用条件：中、浅孔的轻漏钻孔，或者处理套管跑水。

堵漏浆液：为停钻堵漏冲洗液。

灌注工艺：（1）测出孔内的静水位。（2）主动钻杆通过接头连接于套管头上，如果套管上头无丝扣，也可在套管上头垫上胶布和破布等，再把主动钻杆的下接头压上。（3）配制浆液量约1 立方米左右。开泵压入，泵压过高时可时送时停，保持以较高的压力压入浆液。（4）待浆液凝聚后，下钻具钻进，遇凝聚物前即送水开车扫下，排出孔内凝聚物后即可恢复正常钻进。

四、提高含水玻璃冲洗液润滑性能的措施

含水玻璃的无固相冲洗液，具有碱性强（PH 值11-12）和其中的硅酸凝胶在钻杆和孔壁表面能迅速生成Si02 薄膜等特点。阴离子表面活性剂为主的润滑剂，在高碱性条件下其润滑性能降低，甚至失效，其原因在于OH 占据了钻杆和孔壁表面的吸附位，大量的金属离子（主要是Na、）阻碍着阴离子活性剂分子向固相表面吸附。据有关资料介绍，润滑剂以阴离子活性剂为主的冲洗液，PH 值不要大于10.5。

水玻璃中的硅酸在钻杆和孔壁表面层形成硅胶薄膜，封闭了整个吸附位，使活性剂分子失去与固相界面产生化学吸附的条件。因此，在高速钻进时，使用含水玻璃无固相冲液，需要采取提高润滑防震的措施。

使用乳化沥青石油道路沥青经化学乳化处理得到的乳化沥青，分散于水中后形成沥青乳化液，沥青呈0.5-1 微米的沥青珠。沥青乳化液的性能主要表现在提高含水玻璃冲洗液的润滑性能和增强冲洗液的护壁性能；此外，具有一定的水可洗性不污染环境。

乳化沥青用来提高含水玻璃无固相冲洗液润滑性能，是利用沥青的粘着性，即沥青珠在高流速和被挤压条件下产生物理破乳，粘附于钻杆和孔壁表面的硅胶薄膜上，形成沥青润涮漠。

乳化沥青物理破乳成膜是在以下条件下发生的。沥青珠在陕窄的钻孔外环间隙中，以很高的流速上返，既使是很小的沥青珠，也会有一定程度的变形。那些由珠状被明显地拉成扁条状的沥青滴，其界面增大，界面膜会随之破裂。这些界面膜破裂了的沥青滴，除部分可能复原外，有些则会粘附于钻杆塌孔壁表面。

沥青珠在挤压条件下成膜是主要的成膜原因。进入钻杆与孔壁摩擦部位的沥青珠，被挤压成沥青薄膜，其界面失去了乳化剂的保护，界面膜完全破裂，表现出沥青的粘着性，又受挤压作用，所以很容易粘附于钻杆和孔壁表面形成沥青润滑膜。钻进过程中润滑膜在不断磨擦磨蚀和水力冲蚀；同时，又不断再生。膜的厚度和连续程度与乳化沥青的力量、沥青珠的大小和沥青种类等因素有关。隨乳化沥青加量增多，沥青珠大的乳化液，成膜快膜厚，但是沥青珠大会使内外管间结垢厚，又会污染环境。

乳化沥青还具有护壁作用。渗析于孔壁表面的沥青珠在压差作用下，附于岩石表面并集聚成膜，阻止失水和胶结岩石，无固相冲洗液中减少水玻璃的含量在保持冲洗液的护壁性能和流变性的前提下，减少甚至不用水玻璃，是解决润滑问题的带根本性的措施。

（责任编辑：时音菠）