第11章 钻孔冲洗液及护壁堵漏
钻孔冲洗液：钻探过程中孔内使用的循环冲洗介质。主要功能是冷却钻头、带出岩屑、保护孔壁等。按介质的成分不同可分为“清水钻孔冲洗液(drilling water fluid)”、“泥浆钻孔冲洗液(drilling mud fluid)”、“泡沫钻孔冲洗液(drilling foam fluid)”等。
护壁与堵漏：是岩心钻探复杂地层处理的主要内容。复杂地层处理不当将从多方面影响钻探施工：使钻进中断，效率骤降，质量难以保证，事故多而成本高，对生产进度的影响往往超过岩石可钻性的影响。
钻孔冲洗液及护壁堵漏是保证钻进安全、高效、持续进行的重要技术五环节，对效率、质量、安全均有重大影响。
1 钻孔冲洗
1.1 钻孔冲洗液
测量原理及方法 性能 对钻进的影响 指标 钻 乳状液 气体
孔 类型 o/w乳状液 水基 无粘土
冲 泥浆（细分散—粗分散—不分散低固相） 清水 洗 油基 其它功能
液 护壁（护壁与破孔壁作用的控制） 功用 冷却、润滑钻头、钻具 悬浮、携带岩屑 1.2 泥浆
以粘土为分散相、水或油为分散介质的固 — 液分散体系叫做泥浆。
1. 泥浆性能指标主要有：粘度、比重、失水量、含砂量、静切力、胶体率、pH值。它们对钻进工作的影响分别是：
（1）比重：平衡地层压力
（2）粘度：反映了泥浆的流动性，起稳定孔壁的作用。 （3）含砂量：影响设备和钻具磨损。 （4）失水量与泥皮：稳定孔壁。
（5）静切力、表示悬浮岩粉能力的大小。 （6）胶体率：表示泥浆的聚沉能力。 （7）酸碱值：表示泥浆性能稳定情况。 2. 冲洗液种类：
（1）气体：高压空气。
（2）液体：清水、乳状液、饱和盐水溶液、泥浆。 （3）泡沫：由气体、液体及发泡剂等组成。 3. 常用泥浆处理剂种类及作用： 有加重剂（重晶石粉）：增大比重平衡压力
增粘剂（植物胶）：增加泥浆粘度 稀释剂（Na2CO3）：降低粘度改善流动性 降失水剂（PHP）：降失水量提高泥皮质量 絮凝剂（CaCl2）：抑止粘土水化性能防坍塌
+
pH值（NaOH）：增加Na提高分散性
4 水基泥浆按分散程度划分类型，反映了泥浆体系的发展变化。 分散程度：细分散→粗分散→不分散低固相 固相含量：高→中→低
不分散体系实际上是一种适度絮凝的粗分散体系，不分散是指岩屑不分散，因而易于保护较低的固相含量。
粘土含量愈大，粒度愈小，体系的流动性愈差，钻进阻力大、效率低、而体系本身不稳定，易被侵污，故细分散泥浆不适用于复杂条件下钻进。
盐水泥浆和钙处理泥浆属粗分散体系，随含盐、含钙量不同而分为不同的亚类，性能上亦有差异，适用于不同具体条件。
不分散低固相泥浆广泛应用于岩心钻探，不分散是为了维持低固相，造浆粘土则处于粗分散状态。岩屑不分散是依靠选择性絮凝剂，所以不分散低固相泥浆实质上是一种具有选择性絮凝作用的低固相粗分散体系。对不分散低固相泥浆应了解它的标准及配制、维护方法。
5.粗分散泥浆与细分散泥浆：
盐水泥浆和钙处理其分散相的分散度均较淡水泥浆为低，称为粗分散相泥浆。
细分散泥浆又叫淡水泥浆，其水基为淡水和软水，因其分散相的分散度较高，体系的流动性较差，钻进阻力大，效率低，体系本身不稳定，易被侵污，适用于一般松散破碎地层。
粗分散泥浆与细分散泥浆的优缺点：
粗分散泥浆有盐水泥浆与钙处理泥浆，随含盐、含钙量不同有各种不同的亚类泥浆，其水基为水和硬水，因其分散相的分散度较淡水泥浆为低，适用于水敏性和剥地层钻进。
6. 粗分散泥浆的种类及配制方法：
粗分散泥浆有钙处理泥浆和盐水泥浆两类。 钙处理泥浆的配制方法如下：
按一定的土、水比例配制基浆然后加入少量石灰、石膏、Cacl2等絮凝剂，再加入稀释剂和降失水剂进行性能调节。
具体配制如下：在基浆中按泥浆体积加入0.3～0.5的Na2CO3，加入0.1～0.2％的石灰搅拌，随后加入10％浓度的稀释剂，再用NaOH调整，若失水量太大再加入0.1％的Na2CO3。
粗分散泥浆：
在细分散泥浆中加入一些处理剂，使泥浆产生结构，控制絮凝达到稳定而粗分散的泥浆，它包括钙处理泥浆和盐水泥浆。
粗分散泥浆优点：粘度低切力低流动性能有利于提高钻速具有抗粘土侵盐的能力。缺点是不能有效地控制钻进中泥浆粘度的升高。
粗分散泥浆优点：配制方便，处理剂用的少，成本低，但粘度切力不稳定，易受可溶盐的浸污在泥页岩中易造成坍孔。
7. 不分散低固相泥浆优点及标准： 优点：
（1）比重低，液柱压力小，对井底的压差小有利于提高钻井速度；
（2）粘度低流动性好，可大泵量钻进，携带岩粉能力强，井底清洁，有利于钻头破碎岩石；
（3）有利于金刚石钻进开高转速。
具体标准：
（1）泥浆中总的固相含量在4％以下（体积比），下此相当的泥浆比重为1.06以下； 8. 泡沫冲洗液有的特点及适用条件：
泡沫冲洗液为低密度冲洗介质，具有低比重、低液量，泡沫结构致密等特点，因而液柱静压力小，有利于提高钻进效率和防止漏失。液柱平衡孔壁的能力虽有所下降，但因摧屑能力强，上返速度远低于空气钻井；泡沫吸附能力强，形成泡沫壁后也有利于护壁堵漏。因此泡沫冲洗液适用于坍塌、漏失等复杂地层钻进，干旱缺水地层，浅油、气层及水井钻探。
9. 泥浆的配制和净化方法： 泥浆的配制：
根据所要求的比重把粘土和水加到搅拌机里搅拌，待粘土充分分散后再加入适量的碱和一些其它处理剂，当泥浆的性能指标达到要求后即停止搅拌。
泥浆的净化方法： ① 沉淀法； ② 振动法； ③ 旋流法； ④ 化学除砂法。
10. 泥浆循环系统的具体要求： 泥浆循环槽坡度为1/100—1/180； 循环槽长度不小于15—209米； 沉淀箱不少于二个；
循环槽中每隔1.5—2米应设置挡板。
2 钻孔护壁与堵漏
2.1 概述
护壁与堵漏是岩心钻探复杂地层处理的主要内容。复杂地层处理不当将从多方面影响钻探施工：使钻进中断，效率骤降，质量难以保证，事故多而成本高，对生产进度的影响往往超过岩石可钻性的影响。
复杂情况的产生：
钻进（破碎岩石）→形成孔眼→破坏原有平衡，有两个大的方面： 岩石压力不平衡→孔壁不稳定 — 护壁； 地层压力（水力）不平衡 — 防涌、漏。 护壁堵漏常用方法： 1. 泥浆护壁与堵漏 2. 水泥护壁与堵漏 3. 化学浆液护壁与堵漏 4. 套管护壁与堵漏 5. 惰性材料充填堵漏
6. 其它方法（如石膏护孔、沥青护孔及堵漏等） 2.2 钻孔护壁与堵漏
一、复杂地层治理
“复杂地层”一词涵义很广，钻进时易产生孔壁坍塌，涌水、井喷、易溶胀、溶蚀、剥落，冲洗液漏失或被污染，钻孔弯曲过大及采取岩心困难的地层，都是广义的复杂地层。质量问题已于前面章节中讨论，因此岩心钻探经常遇到的复杂情况是孔壁失稳与冲洗液漏失，从工艺技术上看，就是护壁与堵漏的问题。
为了顺利实现复杂地层钻进，必须正确选择和使用护壁堵漏方法。根据复杂地层的不同表现，往往需采取针对性的综合治理措施，措施的有效程度主要取决于对孔壁稳定性及漏失层特征的研究（定性、定位、定量）程度。
1. 产生复杂现象的原因
地质因素：岩性、地质作用、地下水活动。 技术因素：（1）孔深、孔径；（2）冲洗液与地层的适应性；（3）钻进工艺。 2. 复杂地层的分析判断 （1）坍塌、掉块与缩径
从岩心状况，取粉情况，回转、冲洗及起下钻阻力、泥浆性能变化等综合分析，可作出判断。
（2）漏失
从岩心观察，钻进中进尺及冲洗液循环（返水量、泵压）情况，水位变化等判断。 3. 复杂地层钻进技术措施 坍塌：（1）胶结、加固。（2）隔离。（3）减少机械破坏作用（强度与时间）。 水敏：遇水溶解、溶胀、剥落。 （1）失水量小的淡水泥浆。（2）抑制性泥浆（粗分散、不分散、钾基、饱和盐水、w/o乳化泥浆等）。
漏失：（1）调整冲洗液性能，保持压力平衡。（2）堵塞或固结漏失通道。（3）隔离漏失层。（4）顶漏钻进。
溶洞及老窿：漏失严重，充填物常疏松，易出现断钻杆或甩脱事故，严重程度随洞穴大小，有无充填及地下水活动情况而不同。
（1）发现钻具骤降且冲洗液漏失，要立即提钻检查。 （2）用高粘度、高切力泥浆穿透，长钻具钻进。 （3）灌注水泥或化学浆液造壁。
（4）下套管隔离（有条件时可下双层管或厚壁管）。
（5）无充填物时可投入充填物再灌水泥，无法充填时亦可长钻具穿越后留置孔内作为套管（反回上部钻杆）。如不允许换径，亦可采用帆布袋法灌注水泥。
4.复杂地层的分类：
在现有技术条件下，钻进时易出现各种复杂现象，如孔壁坍塌、涌水或井喷、易溶胀、溶蚀或剥落、冲洗液漏失或被污染，钻孔易弯曲、采心困难等地层统称复杂地层。
5. 治理复杂地层的钻探工艺问题： 复杂地层治理可归结为二方面的问题： （1）质量问题 — 在质量篇章中已阐述。
（2）由于钻进而造成孔内不平衡 — 护壁堵漏问题： 岩石压力不平衡→孔壁失稳—护壁；
地层压力不平衡→涌、漏及井喷—堵漏、防喷。 6. 钻进中根据钻进情况判断地层的复杂性： （1）动力机及钻机在运转中发生异状； （2）水泵压力突然发生变化；
（3）泥浆性能的变化（如污染变质、稠化、稀释等）； （4）水量消耗增大；
（5）循环系统中岩粉成分、粒度和形状的变化； （6）岩心岩性结构构造的改变； （7）岩心的破碎程度及形状的变化；
（8）升降钻具时孔内发生异常阻力； （9）孔内水位突变；
（10）钻具突然下落，泵压大幅度下降，孔内返水停止。 7. 钻进中减小对孔壁的机械破坏的措施及注意事项： （1）控制起下钻速度； （2）合适的泥浆性能；
（3）保持孔底清洁，但要防止长时间大泵量冲孔； （4）钻孔结构、钻具级配合理； （5）不使用弯曲过大的钻杆和钻具； （6）控制规程参数； （7）开泵要稳；
（8）尽量快速穿过复杂地层。 二、钻孔护壁堵漏
1. 护壁堵漏的基本方法有：
（1）固结、堵塞漏失通道或胶结、加固孔壁； （2）隔离复杂层位；
（3）减轻对孔壁的机械破坏作用；
（4）调整冲洗液的性能，保护和平衡孔壁； （5）顶漏钻进。 2. 水泥护壁堵漏：
（1）水泥来源广，品种多，价格低，无毒、无污染； （2）使用方便，水中可固结，灌注成效高； （3）固结强度高，抗渗性能好。 3.化学浆液护壁堵漏：
水泥浆液有很多优点，但它的流动性、渗透性不够好，凝固时间不易掌握，与孔壁粘结能力也较差。而化学浆液选择使用得当则可能粘度低而流动与渗透性好，瞬间可凝固（亦可控制、调整），有一定强度及胶结力，使护壁堵漏效果优于水泥浆液。
目前化学浆液使用不广泛的原因是： （1）材料来源较困难、辅剂亦较多； （2）成本高；
（3）性脆、强度不足；
（4）一次注浆量少，灌注要求高； （5）某些浆液有毒、能产生污染。
但化学浆液很有前景，随合成工业发展及灌注技术提高，今后将有大的发展。 4. 用于护壁堵漏的化学浆液种类：脲醛树脂、氰凝、301聚脂等。 5. 套管护孔：
套管护孔的最大的优点是牢固可靠、效果好且长时间起作用。但套管起、下费时费力；占用消耗管材；必需穿过复杂层位下到硬盘上，故复杂层钻进时不能起护壁堵漏作用；套管使用过程中本身有可能出现断、脱、下沉等事故；下套管必须换径钻进，下管层数有限，通常要在设计钻孔结构时即予以考虑。
6. 其它护孔材料和方法：
有丙凝、广谱护壁剂、PW植物胶、SM植物胶、石膏等。