钻井液是钻探的血液,是保证绳索取心钻探技术能否顺利应用的关键技术,针对河坝地层及岩石情况,既符合绳索取心钻进开高转速要求的“三低一好”(低粘度、低密度、低切力、润滑性好),又能满足复杂地层护壁要求的需要,我们选用了无固相、低固相防塌钻井液。
4.2.1 无固相钻井液
与清水相比,无固相钻井液具有较好的携带和悬浮岩屑的能力,且能在孔壁上形成薄的吸附膜,具有一定的护壁能力,有较好的润滑和减阻作用,配制简单,成本低,钻进时效高等特点。主要应用于无煤系地层和胶性好的嘉陵江组、飞仙关组和长兴组。无固相钻井液是在清水中添加聚丙烯酰胺(PAM)。
配比:清水(1m)+聚丙烯酰胺(PAM)(0.5公斤)+特效润滑剂(6公斤)。
性能指标:密度1.005~1.01g/cm。粘度16~20s,失水量15~25mL/30min,含砂量<0.5%,pH值7~8,润滑系数0.12~O.15。
4.2.2 聚合物低固相钻井液
以优质钠膨润土为基本造浆材料,添加适量的处理剂调整性能,以适应高转速和护壁的需要,以3%~5%钠土配成基浆,添加PAM、HL生植物胶、CMC、润滑剂等制成。适用于破碎带、岩石胶结差的泥岩、泥质粉砂岩等遇水膨胀、坍塌水敏性地层。
3
配比:
性能指标:密度1.03~1.05g/cm。粘度20~25s,失水量12~15ml/30min,含砂量<3%,pH值7.5~8.5,润滑系数O.13~O.15。
4.2.3 防塌钻井液
河坝井田煤系地层主要使用的钻井液。由于南翼地层属于高陡地质构造,最大地层倾角80多,煤系地层普遍假厚在400m左右,最厚假厚达780多米。钻遇煤层5~8层,单层最厚假厚达37.85m以上。因此,本地层的钻井液的技术关键就是优选钻井液体系,实现控制煤层、炭质泥岩、粘土、泥岩的坍塌和掉块。钻井液要有很强的抑制泥页岩水化膨胀,防止孔壁坍塌的能力。护壁王是一种复配的防塌剂,对页岩有很强的抑制作用,能阻止页岩水化膨胀和分散,封堵裂缝,防止孔壁剥落性坍塌。主要用作泥页岩微裂缝及破碎带的封闭,而起防塌作用,并有较好的润滑能力和降滤失能力,在破碎地层、厚煤层、粘土、泥岩等易塌地层,采用护壁王钻井液护孔,具有较好的防塌护壁效果。
配比:。
性能指标:密度1.03~1.05g/cm,粘度20~35s,失水量lO~12mL/30 min,泥皮<1mm,pH值9~10,润滑系数0.13~O.15。
4.3 确保钻井液的防塌能力及性能稳定技术措施 (1)进入煤系地层1l号煤层前,变换钻井液类型,向
循环浆中一次性加足3%~5%的膨润土粉和1%~2%护壁王防塌剂,以最大限度的封堵煤层裂隙,防止煤层垮塌。根据现场情况也可以提高钻井液密度至1.2~1.3g/cm。以平衡煤层坍塌能力,严格控制失水,保持钻井液有较强的抑制能力,防止煤层物质成分的水化分散引起的煤层垮塌的加剧。钻遇煤层以快通过为主原则,钻进中时刻注意泵压、电流变化,发现异常及时调整钻井液性能,以适应地层的需要。
(2)在层理和裂隙发育孔段,根据孔内实际情况,定期加人防塌剂和封堵性处理剂。保持钻井液中的防塌剂在1%~2%。膨润土含量在6%左右,这样既能提高钻井液防塌能力,又改善钻井液的润滑性和泥饼质量,减少钻井液向地层的渗透。
(3)在钻孔施工过程中,加强对钻井液性能的测定(每班测2次,并记录在班报表上),分析,并及时对钻井液进行调整处理。
(4)煤系地层钻进阶段,维护钻井液具有较好的流变性和较低滤失量,可降低地层的吸水膨胀,又可降低对孔壁的破坏。根据地层实际,确定钻井液的处理方案,及时加入适量的防塌剂和膨润土,以增强钻井液的造壁性及护壁性能,保持钻井液性能的相对稳定性。
(5)钻进煤层及破碎易塌地层时,调整处理钻井液要平稳进行,避免大幅度调整钻井液性能。
(6)用好固控净化设备,循环槽、沉淀池要按循环系
统规格布置并及时清除钻井液中的有害固相,根据需要补充预水化膨润土,改善钻井液质量。
4.4 钻孔堵漏工艺措施
绳索取心钻进普遍存在着不同程度的钻孔漏失,孔内钻井液漏失是地层系统压力不平衡造成的。只要地层压力小于钻孔内液流的压力,就可能产生漏失现象。河坝井田地层大部分存在着渗透性、裂隙性漏失。其漏失部位主要存在于嘉陵江组、长兴组岩层、构造破碎地层以及飞仙关组的泥灰岩地层等。漏失程度从渗透性漏失、裂隙性漏失到小裂隙、大裂隙和空洞性漏失不一,个别钻孔涌、漏并存。钻进时漏失,停钻时涌水。钻井液的性能难以稳定。特别是岩石破碎,同时又存在着严重漏失的钻孔,给绳索取心钻探施工带来很大的困难。由此,我们根据地层的漏失特点以及漏失的不同程度,采用了不同的堵漏工艺。
4.4.1 水泥护壁堵漏
对于惰性材料堵漏不能堵住的钻孔,我们采用水泥堵漏。水泥堵漏的材料主要采用:普通水泥+20%~30%石灰粉+锯末+1%~2%食盐。配浆用水要清洁,水温≯30℃,灌注时应根据漏失孔段的长度、深度确定用量,选择水灰比。堵漏前,钻具应下在漏失孔段以下1~3 m,灌浆前应事先做好充分准备,灌浆时不得间断,全部灌浆量应一次灌完,并打入替浆量(替浆量一定要计算准确),然后徐徐将钻具提离浆面30~40m,才能开泵清洗管路和钻具,并一定要掌握好水
泥候凝时间,以防止扫水泥塞时出现岔孔,12 h即为合适的候凝时间。
4.5 多工艺技术的应用 4.5.1 螺杆定向造斜
由于南翼地层地质构造复杂,岩性倾角大,个别勘探线达85°~88°,地面甚至陡直。在此种直立岩层中钻进,钻头很容易顺层走,不但造成施工风险,也很难达到地质目的,而且根据现有的机械设备、钻具而言,几乎成为不能完成的任务。为此采用先进的螺杆定向造斜工艺,人为控制孔斜、方位按其逆层发展,减少钻孔深度,压缩施工周期,都起到很好的效果。在69~22、73~23,77~24、77~40、8l~25、81~41等6个钻孔中实施后均满足地质设计要求,取得较好的经济效益。
4.5.2顶漏钻进及套管护孔
河坝井田的地层漏失情况复杂,段长、点多,多数钻孔在开孔时就漏水,乃至全孔段漏水,特别是嘉陵江组和长兴组孔段。在绳索取心钻进这些地层遇孔内全漏失时,暂不堵漏,待穿过相关的漏失孔段再采取相应的措施方法。但是,在孔口不返水钻进时,要密切注意水泵的工作情况,时刻观察泵压、电流情况以免发生烧钻事故。
采用套管护孔时,首先要做好准备工作,选择套管所下孔段,要保证套管下到完整坚硬的岩石上,套管底部与孔口要密封可靠,我们采用的是套管底部和顶部缠胶带的方法,