深部地质钻探冲洗液技术的认识与实践

陶士先，纪卫军，单文军，胡继良，付  帆

（北京探矿工程研究所，北京  102405）

1    深部地质钻探存在的冲洗液技术问题的认识

（1）钻遇地层复杂多变，冲洗液维护孔壁稳定更加困难。

深孔经常钻遇多层不同的复杂地层，错综复杂、相互制约。如一个钻孔，涌水、漏失、坍塌掉块、膨 胀缩径、各种电解质污染等复杂情况，可能同时出现或多次交替出现，实现孔壁稳定十分困难。

（2）受钻孔直径及设备能力影响，孔内复杂问题的处理和解决受到制约。

大部分地质钻探，钻孔直径相对较小，因此钻孔与孔壁之间、钻杆与岩心管之间的间隙也比较小。在 采用颗粒较大的惰性材料（如颗粒直径≥1mm）进行堵漏作业时会由于间隙被颗粒材料堵塞造成循环受阻 或影响岩心管打捞。泥浆泵也会因堵漏材料颗粒大无法泵送，给施工带来不便，也影响堵漏效果。在造浆 性强的地层，由于缺乏有效地固相控制系统，导致冲洗液固相含量急剧升高，粘度也大幅度提高，大大增 加粘附卡钻的风险，施工中只能通过频繁排浆来实现固控，既污染环境，又造成冲洗液的大量浪费。

（3）绳索取心钻探技术的使用效果受到影响，甚至无法使用。

绳索取心钻探要求冲洗液需保持较低的固相含量和良好的流变性能。但在松散破碎的坍塌掉块地层、 高地应力地层，冲洗液往往需要较高的密度和粘度来维持孔壁稳定；在造浆性强的水敏性地层，要维持较 低的固相含量十分困难；在粘附性强的粘土层和渗透性强的砂岩等地层，采用绳索取心钻进极易发生粘附 卡钻事故。

（4）随钻孔深度增加，斜孔大量出现，摩擦阻力显著增大。

摩擦阻力的大小与钻孔深度、钻孔倾角、孔壁岩石硬度、孔壁泥皮质量、冲洗液固相含量等众多因素 有关。摩擦阻力大小随着钻孔深度的增加而增加，斜孔的摩擦阻力增加更为突出。摩阻增大，除增加扭矩 外，也加剧了钻具的磨损，容易引起断钻杆等复杂孔内事故。

（5）钾盐等高溶解性矿体钻探，既要维护孔壁稳定，又要考虑岩心保护。

（6）现场试验手段落后，施工人员依据地层变化配制和维护冲洗液性能存在困难，需要研制简便易 用多功能复合型钻井液材料。

2    冲洗液技术研究成果与应用

（1）研制了具有减摩降阻作用的高效润滑剂（GLUB），解决深孔钻具高摩阻问题。该技术在大陆科 学钻探等钻探工程中得到良好的应用。

大陆科学钻探采用螺杆马达液动锤金刚石单动双管取心钻进，这种特殊的钻进工艺对冲洗液质量特别 是润滑性能要求高。GLUB 在应用中效果明显：① 降低钻具扭矩。加入 1.5%GLUB 后，转盘扭矩从 10 000~ 12 000 Nm 降低到 7000～8000 Nm，钻具摩阻降低 30～40%。② 提高钻具的使用寿命，螺杆马达的平均寿 命由 86.26 小时提高到 124.95 小时，取心钻具的平均使用寿命由 32.6 小时提高到 86.7 小时。③ 提高回次 进尺长度和岩心采取率。使用润滑剂前的平均回次进尺长度为：3.89 m，加入润滑剂后平均回次进尺长度