孙新堂

吉林省煤田地质112勘探公司，吉林 延吉133000

0 引言

钻井液的主要功用为冷却钻头、排除和携带岩粉。同时还具有保护井壁、润滑钻具、破碎岩石等功用。但在不同钻探和岩层条件下、其要求并不完全相同。钻井液的种类有多种，常用的大致分为细分散泥浆、粗分散泥浆、不分散低固泥浆、无固相泥浆等其他类型泥浆。由于地质勘探的发展，特别对深部资源的利用，是当前解决资源短缺的首要课题，地质勘探的工作显得越来越重要。深部勘探越来越多。由此而带来的深部勘探工作的难点增多，因常遇到岩层松散易坍塌、易漏失，以及遇水膨胀水敏底层，使钻井因而易缩径，这些都影响钻井的顺利施工。

随着地质勘探行业快速的发展，钻井液如钻探的血液，受到普遍关注和重视，对优质钻井液的需求越来越高涨，优质的钻井液具有防塌、防漏、降失水、携带能力强等特点。SWY无固相钻井液是优质的有机处理剂的复合产品，主要成份为有机高分子聚合物，它不含固相物质，比重低，钻进中保持了钻井中钻井液的清洁，不糊钻，保持钻头周围清洁，从而加快了钻进速度，提高了钻探效率。由于它具有优质钻井液的功能特点，在钻井壁上，形成薄而有韧性的膜，具有防塌、防漏、护壁的效果，故有利于安全钻进。SWY无固相钻井液特别适合于小口径金刚石取芯钻进、岩煤芯取芯钻进等其他地质钻探。

十多年来，我们配制多种无固相钻井液，在钻探施工中取得了很好的效果，本文介绍的SWY无固相钻井液是其中之一。

1 钻井液的作用机理与配制

1.1 作用机理

SWY无固相钻井液是由有机化学处理剂组成的防塌剂、降失水剂、稀释剂。它们都是有机高分子聚合物的物质，其性能是由高分子结构所决定的。防塌剂：水解聚丙烯酰胺（PHP）。分子量500～800万，水解度30%左右。它是由丙烯酰胺和丙烯酸钠两高聚物组成的。其分子结构式为:

它是以C-C链为骨架，在碳链上按着一定的规律重复分布着酰胺基和酸钠基，整个分子链长而有韧性和柔软性，可弯曲和扭转，每个链子为一个作用基团，具有很强的变形和架桥能力。在泥浆中有絮凝、增粘、降失水的作用。

降失水剂：钠羧甲基纤维素（Na-CMC）。分子量为4.5～13.5万，浓度2%～3%左右。它是一种聚阴离子纤维素类的高分子聚合物。Na-CMC分子结构中的羟基（-OH）和醚氧（-O-）与粘土氢氧离子形成氢链连接，而羧钠基（-COONa）的电离和水化，粘土颗粒带来水化膜，增加粘土颗粒间斥力，使粘土颗粒分散与稳定，自由水减少，形成的泥饼致密，有利于泥浆失水量的降低。

稀释剂：腐植酸钾。是褐煤用苛性钾（KOH）处理而得到。腐植酸是由分子大小不同，构成组分不一的，由羟基芳香羧酸组成的混合物。分子结构中的羧基（-COOH）变为羧钾基（-COOK），-OH变为-OK基的产物。这些基因水化作用强，能吸附在粘土颗粒上，使粘土颗粒表面形成水化膜，增加分散度，有稀释作用。

综上所述，有机处理剂通过助剂复配后，充分展示了其性能更加优良的特点。

（1）泥浆的相对密度是影响钻速的重大因素。SWY无固相钻井液的相对密度较低，仅为1.01 g/cm3 左右，保持了钻头周围的清洁，有效地提高了钻进速度。

（2）选择性絮凝作用。由于有机高分子聚合物，特别是聚丙烯胺的分子结构中，有很强的能溶于水的吸附基团，使固体颗粒聚集成团，而发生沉降，净化了泥浆，而很细小的部分颗粒仍保持在泥浆中，形成了低固相，使泥浆性能更佳。

（3）降失水作用。在有机处理剂中，很多的水化集团，使粘土颗粒周围形成水化膜，使自由水减少，同时高聚合物分子形成网状而致密的结构，提高了粘土颗粒聚结稳定性，于是形成致密而薄的泥饼，使滤失量下降。

（4）护壁、防塌、防漏性能。钻井液中长链型高分子化合物具有众多的能溶水的强吸附基团，使粘土颗粒相互聚结，在液固界面上具有一定的吸附作用，在井壁上形成一定强度的膜。该膜能阻止井壁与水的接触，防止岩层裂隙的发展和破碎地层的坍塌，同时也降低了钻井液的漏失。其次，高分子的线性长链卷曲成团状物，渗析于井壁表面或裂隙内，形成有韧性的膜，增加了对井壁的胶结作用，可很好地稳定井壁。

（5）润滑减阻作用。钻井液中的有机高分子聚合物物质都有一定的润滑性，可在钻具及钻井壁上形成一层薄膜，也就是边界膜，它具有良好的润滑性和一定的强度，大大降低钻具、井壁、岩石及岩屑的摩擦阻力。由于其润滑性能使得钻具回转阻力减小，有利于提高钻进速度。

（6）排除和携带岩粉能力。在SWY无固相钻井液中，有机高分子聚合物在井底温度作用下，通过分裂蒸发，颗粒相互聚结，使高分子长链在钻井液中伸展开来，可以同时吸附在两个或两个以上的粘土颗粒上，在粘土颗粒间架桥，从而使岩粉被携带上来，并在泥浆槽和沉降池中，悬浮的岩粉颗粒絮凝成团而被沉降，其SWY无固相钻井液排除和携带岩粉能力大大增强。

1.2 配制过程

无固相钻井液的研究实质是处理剂的研究。优质的处理剂会使钻井液具有优良的性能。配制SWY无固相钻井液处理剂的技术路线如下：

（1）防塌剂、降失水剂、稀释剂之间比例的选择。适当的比例是SWY具有优良性能的重要因素，经试验确定当防塌剂、降失水剂与稀释剂之间的比例为3：5：12时为最佳。

（2）助剂的选择。为了使防塌剂、降失水剂与稀释剂有机地结合起来，使性能得到充分的发挥，我们选取多种助剂之一NaHCO3。

2 室内SWY钻井液复配性能

2.1 泥浆性能试验

通过试验（表1）可以看出，SWY具有良好降失水功能，随着SWY的量的增加，其粘度也在逐渐上升，可根据地层条件，调配适岩的钻井液。

2.2 润滑试验

以（表1）润滑系数可以看出，SWY润滑减阻性能明显。

表 1 SWY流变性能表Table 1 Mud performance of SWY unfi xed phase drilling fl uid

2.3 抗干扰能力

因Na-CMC和腐植酸都是有很强的抗盐能力，这就大大降低实际工作中泥浆的成本。

3 钻井液在井场的使用及维护与管理

为了在钻井现场的工作中使用好SWY无固相钻井液，更好的发挥其优良效能在地质勘探施工中的作用，在实际工作中，加强对SWY无固相钻井液的使用与维护管理，显得非常重要，需按以下几点去做好工作。

（1）钻井液消耗量大需补加钻井液时要在沉降池中加入SWY复配液及助剂与清水充分搅拌成有机高分子水基交联液，并使其钻井液具有一定的粘度和切力。

（2）为了使细粒岩粉很好的悬浮与钻丼液中，保持泥浆具有一定的粘度、切力、比重，必须往钻井中加入一定的SWY复配液。

（3）补充加入SWY复配液时，要在泥浆井口流出处，往泥浆槽中缓慢加入，切不要过量。

（4）如果钻井液中存在的粘土颗粒（固相）成分使泥浆比重加大时，可用清水缓慢进行稀释，同时加入SWY复配液进行泥浆处理，以减少泥浆固相含量，以使泥浆比重下降。

（5）及时清除泥浆槽内及沉降池中的岩屑，并配合采用机械除砂、除泥装置，使絮凝的固相颗粒从泥浆中除去。

（6）在有效携带岩屑的前提下，泥浆的动切力，表观粘度和静切力尽可能降低，以利于泥浆保持低固相、低比重、净化好，以利于提高钻速。

（7）如遇复杂松散地层和遇水膨胀地层，要加大SWY复配液的量，使其粘度、切力、比重加大、可大大减少钻井事故的发生。

（8）加强泥浆性能的测试工作，泥浆性能指标要做好记录，并做好上下班的交接。

4 野外实际应用情况

十多年来，我们分别在九台龙家堡深部找煤勘探和舒兰深部找煤勘探以及敦化、珲春等勘探区都使用了SWY无固相钻井液，取得了很好的效果。我们的施工钻井深度大都在千米以上，部分超过1 350多米，特别在舒兰、敦化勘探区岩层松散、破碎，且易漏失的地质条件下，都取得了成功。SWY无固相钻井液在施工中，充分发挥其优良的性能，保障了钻井的顺利施工。

5 结论

（1）SWY无固相钻井液是优质的有机处理剂的复配品。

（2）该钻井液无固相，低比重，性能优异，即能加快钻进速度，又能保障钻进安全。

（3）该钻井液SWY在岩层松散、破碎、易坍塌掉块，易漏失复杂地层条件下，能发挥其优良的性能和作用，满足其地质钻探的需求。

（4）高分子聚合物易溶解于水，无毒，无害，不污染环境，操作方便。

（5）低密度，无固相，综合流变性能更好，特别适用于绳索取芯钻进。煤田岩芯钻进等其他地质勘探。适用广泛，易于推广。

[1] 武汉地质学院.钻探工艺学(钻孔冲洗与护壁堵漏)[M].北京：地质出版社.1981(7).

[2] 周国庆，高 峰，徐晓芹.介绍一种新型无固相钻井液[J].中国煤田地质报.1999,(6).

[3] 任 重.关于煤田钻探与金刚石钻进工艺的几点探讨[Z].中国地质学会探矿工程专业委员会编(翻印版)，1995.