植物胶冲洗液在田家石畔矿区钻探工程中的应用
白晋恒
摘要：本文总结了SH植物胶冲洗液在地质勘探中的应用，并通过作者在田家石畔矿区钻探工程中应用实例，说明了SH植物胶冲洗液的配制方法、使用方法和所取得的成效。
关键词：SH植物胶；冲洗液；保护岩心；抑制缩径
1.矿区地质概述
1.1区域地质构造。准格尔煤田总体构造形态为北高南低，东高西低，走向近南北、向西南倾斜。田家石畔勘查区位于准格尔煤田南部。其构造特点与准格尔煤田区域构造基本一致。根据填图资料和二维地震时间剖面资料显示，勘查区内断层发育较少，构造简单，在勘查区东北部发现一较大断层，该断层为一正断层，走向140—320°，倾向230°左右，倾角30°-84°，地表延伸约20km，断距在200～800m之间。
1.2地层岩性分析。1.2.1奥陶系中统马家沟组（02m）。该组下部为青灰色、灰白色中厚层状灰岩、虫迹灰岩夹灰色泥岩及泥灰岩；上部为灰色、灰白色角砾状白云质灰岩、内碎屑灰质白云岩夹灰绿色泥岩及不规则团块状硬石膏组成，钻孔揭露最大厚度24.54m，未见底。1.2.2石炭系（c）。是本区主要含煤地层之一。为多旋回的海陆交互相沉积，煤层产于每个旋回上部的泥炭沼泽相中。该层厚度49.01～108.07m，平均厚73.35m。该地层在勘查区内呈东南部向西北部由厚变薄趋势，一般厚度80-108m；本组以北厚度较小，一般厚度50-80m。1.2.3二叠系（P）。①二叠系下统山西组（Pls）：本组为一套含煤的陆源碎屑岩组合，是本普查区主要的陆相含煤地层。该层厚度42.40～166.31m，平均厚98.81m，含2、3、5号等3层煤层。②二叠系下统石盒子组（Plsh）：为典型的陆相沉积，厚度100.70～404.17m，平均厚度为187.06m。③二叠系上统孙家沟组（P2sj）：为一套以砖红色、紫红色为特征的陆源碎屑岩夹少量碳酸盐岩和硅质岩组合。地层厚度82.57m～351.61m，平均厚度为181.28m。1.2.4三叠系（T）。①三叠系下统刘家沟组（T11）：地层厚度109.56m～470.25m，平均厚度为311.47m。岩性主要为粉红、灰白色细砂岩、中粒砂岩，夹有粉红色砂质泥岩，底部夹有薄层紫红色砂质泥岩，砂岩中斜层理、交错层理发育。②三叠系下统和尚沟组（T1h）：岩性为棕红色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、夹浅灰色中粒砂岩、细粒砂岩，含钙质结核。本组地层厚度81.41m～496.19m，平均厚度为262.18m。1.2.5第四系（Q）：全新统（Qh）。为近代风积沙，冲洪积砂砾层，淤泥、残坡积物等。揭露厚度5.00m～23.56m，平均厚度为9.89m。沿沟谷、梁顶分布。
1.3施工中遇到的主要问题
上部0-80m第四系和三叠系砂岩层为主，胶结不甚致密，研磨性高，松散易扩径。钻探揭露勘查区东北部一较大断层，断距在200～800m之间，斜穿于岩层和煤层，钻探中地层破碎，易坍塌、掉块，取心困难。500-800m多为含砾泥岩，是石炭、二叠系地层，含高岭土较多，地层打滑、造浆，钻进效率低下。
根据地层特点和经销商的推荐，查阅了关于SH植物胶的研究与应用资料后，从经济的角度考虑，我们把SH植物胶作为准格尔煤田田家石畔勘查区钻探冲洗液的主要处理剂进行试用。
2.钻进对冲洗液的要求分析
2.1.强降滤失及抑制性：冲洗液具有强的降滤失性，渗入到地层中的自由水相对就少，对煤层或不稳定地层的胶结能力的破坏就小，地层水化膨胀就少；冲洗液的抑制性是指冲洗液抑制孔壁岩石水化、膨胀、分散的能力，在实践中与粘土的造浆性和孔壁的遇水稳定性有密切联系。
2.2较强的润滑性：冲洗液的润滑性与钻具磨损、冲洗液的循环流动阻力、设备功率消耗、坍塌事故的处理、发生等都有密切的关系，润滑性强还可以减少激动压力对孔壁的破坏。
2.3良好的流变性：具有良好的流变性，可降低冲洗液的流动阻力，减少泵压损失，同时更好地排除岩粉，提高钻速。根据复杂地层对冲洗液的要求和煤田取芯钻进的特点，围绕冲洗液进行充分调查、研究和分析，在比较各类冲洗液配制原料、性能、价格、市场供应的基础上，针对准格尔煤田实际情况，提出采用SH植物胶冲洗液钻孔护壁。
3.不同地层条件下SH植物胶的应用
3.1第四系、三叠系砂岩地层钻进
3.1.1地层特点：风积沙，冲洪积砂砾层，淤泥、残坡积物松散层，砂岩、粉砂岩、胶结较差，在钻进中易坍塌、扩孔、取心率低、排粉困难，研磨性强。3.1.2冲洗液体系及配方。用SH植物胶低固相泥浆。重点是预防钻孔坍塌，保护岩心，提供岩心采取率。配方l为：水lm3+预水化膨润土16-24%+SH植物胶原浆8-16%+防塌润滑剂（WFF-1）0.3-0.4%+中粘Na-CMC0.3-0.4%3.1.3冲洗液的配制。预水化膨润土：水50%+膨润土50%+NaOH为土的1.2%侵泡24小时备用。SH植物胶原浆：水l m3+SH植物胶干粉5%+NaOH为SH胶的8%搅拌后备用。配制时，先加SH植物胶搅拌5分钟后，再加NaOH搅拌5-10分钟。性能指标以一小时后测定的为准。冲洗液配制：清水边搅拌边加入Na-CMC、防塌润滑剂，搅拌均匀后加入预水化膨润土和SH植物胶基浆搅拌后即可使用。
3.2易坍塌、掉块的破碎带地层
3.2.1地层特点：破碎带贯穿除第四系外的所有钻探地层，在不同的钻孔，遇到破碎带的深度、地层岩性、破碎程度不同。砂岩地层：易坍塌，形成“大肚子”，会造成埋钻、钻杆折断事故，给排粉、取心造成困难。煤层：多数是碎煤、泥煤，最为重要的是钻进取心困难。夹少量碳酸盐岩和硅质岩的碎屑岩：在钻进中易出现掉块，卡钻事故，钻进不平稳。含高岭土较高的泥岩：在钻进中易形成糊钻，易出现钻孔缩径现象。
3.2.2冲洗液体系及配方。在砂岩地层和含碳酸盐岩和硅质岩的碎屑岩出现破碎带，采用SH植物胶低固相泥浆。泥浆的功能是以防坍塌、掉块为主，其次是减磨润滑钻具、保护岩心。配方2为：水1m3+预水化膨润土16%+SH植物胶原浆8%+防塌润滑剂（WFF-1）0.2-0.4%+中粘Na-CMC0.3-0.4%在煤层、泥岩地层，出现破碎带，采用SH植物胶无固相冲洗液。冲洗液的功能主要是护胶作用，保护岩心，提供岩心采取率，降低钻孔的渗透性，降低孔壁遇水缩径的进程和泥皮厚度。减轻糊钻的程度。配方3为：水1m3+SH植物胶原浆8-12%+中粘Na-CMC0.2%或水lm3+SH植物胶干粉0.4-0.6%+NaOH为SH胶的8%+中粘Na-CMC0.2%。
3.3含砾泥岩地层
3.3.1地层特点：地层含砾，钻进不平稳；泥岩含高岭土较多，钻进极易形成泥包钻头，造浆、不进尺。要求冲洗液在保证裸孔段孔壁安全的前提下，尽量降低冲洗液中劣质粘土。
3.3.2冲洗液体系及配方。用具有选择性絮凝的无固相冲洗液。配方4：水1m3+SH植物胶干粉0.4-0.6%+NaOH为SH胶的8%+水解度为28-30%的PHP（水解聚丙烯酰胺）100-300ppm
3.3.3冲洗液的维护：这个冲洗液体系PHP的消耗量是与絮凝沉淀是成正比的，需要每一个回次或两个回次补充一次PHP，不可超量添加，加量过大PHP变为增粘剂；絮凝沉淀物是很松散的，具有一定的流动性，需要每班清除一次絮凝沉淀物。PHP配制成浓度为1%的水溶液，备用。向循环槽内直接滴补PHP时，配制成浓度为0.1%（1000ppm）的水溶液。
3.4稳定地层
3.4.1地层特点：钻孔比较深，多为1100m左右，尽管地层完整，岩性还是有变化的。为保证冲洗液适合各种岩性地层的钻进，同时兼顾维护、并不破坏裸孔段的泥皮，要保存较高浓度的SH植物胶加量。
3.4.2冲洗液体系及配方。用SH植物胶无固相冲洗液。配方5：水1m3+SH植物胶干粉0.4-0.6%+NaOH为SH胶的8%。
4.使用方法
（1）膨润土要预水化处理，浸泡24小时。
（2）SH植物胶加NaOH，配制成浓度为5%的水溶液，放置一小时后备用。一小时前SH植物胶溶液陛能不佳。
（3）PHP配制成浓度为1%的水溶液备用。
（4）配方1是用于开孔上部地层的，第一坑泥浆的配制剂选用最大剂量，随着钻进深度增加，地层趋向完整、密实，补充泥浆配制剂的剂量逐渐减少。视钻进的岩性变化，过度到配方5。即排除沉淀岩粉，补充配方5冲洗液，不需要一次性彻底更换。钻进中遇到地层破碎带，配方5→配方2或配方5→配方3。即在配方5的基础上，补充稠泥浆，调制成配方2。或添加2%的Na-CMC水溶液，调制成配方3。钻进中遇到地层是含砾泥岩地层，配方5→配方4。即在原冲洗液中按照配方4添加水解度为28-30%的PHP水溶液；每班补充一次，约100ppm或向冲洗液循环槽内滴补，滴补速度视絮凝情况而定，机台习惯不同，两种方法均有采用，并且每班清理一次絮凝沉淀。
（5）配方调整原则：完整地层钻进进入破碎带，停钻调整冲洗液，并替换孔内冲洗液开始钻进。其它冲洗液配方调整，边清理沉淀岩粉、稠浆，边补充调整。
5.使用效果
准格尔煤田田家石畔勘查区完成钻孔28个，累计进尺28736m；有5个钻孔遇到断层破碎带，累计钻进破碎带约180余米。SH植物胶冲洗液良好的护壁性能和护胶性能，使得钻进比较顺利，粉煤、碎煤、破碎地层及水敏性强的地层未发现坍塌，保证了钻孔安全，提高了钻效，提高岩心采取率，平均岩心采取率在95%以上，钻探成本明显降低。优质孔率达96%。
