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[摘要]介绍了复杂地层中钻井泥浆技术研究与应用的现状和发展，针对大型复杂地层中钻井工程，指出了泥浆性能指标难以保持、性能参数调整困难、稳定性要求高等技术难点，以及泥包钻头、膨胀缩径等容易出现的问题并提出了解决问题的方法。
[关键词]复杂地层中钻井 泥浆 处理剂 现状
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-4-417-1
1复杂地层中钻井泥浆技术研究与应用的现状及难点
复杂地层中立井常规钻井泥浆的配制一般使用膨润土和添加剂， 常用的添加剂有钠羧甲基纤维素、三聚磷酸钠和FA367 等， 钻井泥浆性能参数见表1。
复杂地层中钻井工程井筒深、冲积层厚、钻进直径大等特点为泥浆技术的研究及应用带来一定的困难，目前为止，复杂地层中钻井泥浆制作工艺仍需进一步研究和完善。相对来讲，石油钻井技术中的泥浆制作工艺已比较成熟，这也许能为解决复杂地层中钻井泥浆问题开辟一条新的途径。
1.1复杂地层中钻井泥浆性能指标难以保持
复杂地层中立井钻井施工采用反循环洗井方式， 即利用压气升液的原理，在空心钻杆上部插入一根尾部钻有许多小孔的风管，通入压缩空气后，气浆混合，钻杆内外形成压差，使带有岩屑、泥渣的泥浆通过钻头体下面的吸收口进入钻杆中的环形空间，经水龙头排到地面。深部钻进时，一个完整循环大概需要十几个小时， 使得大量泥浆长时间滞留在井内，容易产生沉沙、离析等现象将直接影响破岩效率和排渣效果；钻进过程中遇到的黏性土层和砂性土层较多，自然造浆量较大，维护泥浆性能的添加剂浓度不断降低，含砂量不断增加，泥浆性能指标难以保持。
1.2复杂地层中钻井泥浆的性能参数调整困难
复杂地层中深立井钻井直径大，所需的泥浆量大（如山东龙固煤矿2 个主井井筒钻井深度582.75 m、钻井直径8.7 m，风井井筒钻井深度580 m、钻井直径9.0 m，每口井泥浆量3.5 万m3 左右），泥浆性能参数调整比较困难，处理时间长，资金投入大。
2复杂地层中钻井泥浆容易出现的问题及解决方法
2.1泥包钻头问题
工程实际中，通常采用不同泥浆体系和提高操作工艺来避免或减少泥包钻头。采用抑制性泥浆体系，减少黏土的水化膨胀和分散；选取低黏度、低切力的泥浆参数；加大泥浆冲洗量；在易泥包地层段钻进时采用低钻压和高转数钻进方式，密封风管和钻杆，加大供风量，以加强井底泥浆的流速和携带岩屑的能力；控制给进速度均匀进尺；每次下钻时，钻头距井底0.5～1.0 m 开始扫孔； 钻进过程中时常上下窜动钻具，反复扫孔清洗。
2.2黏性土层井帮膨胀缩径问题
钻头通过膨胀黏土层后，井帮在泥浆的浸泡下因黏土吸水膨胀造成井径缩小，将会影响钻头的升降作业，对护壁泥皮有一定的破坏作用。施工时应合理选择泥浆参数、及时维护泥浆性能避免或减小井帮缩径。
（1）选择合理的泥浆密度根据所钻地层的坍塌压力和破裂压力来确定合理的泥浆密度，适当提高井筒内的液柱压力， 抗衡地层所产生的侧压力，使井壁处于力学稳定状态，以防止岩层发生塑性变形而造成井筒缩径。
（2）使用化学处理方法抑制泥浆水化分散为保持井帮稳定，采用高聚物处理泥浆，控制滤液性质，既要减少泥浆滤液进入地层的数量，又能增强护壁效果。
（3）使用除砂器、除泥器及时清除泥浆中劣质固相，减少劣质颗粒在泥皮上的黏附，避免泥皮透水性增加。
2.3泥浆稳定性问题
针对超声波测井和井壁下沉时对泥浆稳定性的需要，引入了石油用处理剂FA367 来增强复杂地层中钻井泥浆的稳定性。FA367 是由多种非离子、阳离子和阴离子单体共聚而成的水溶性高分子两性离子聚合物。其中阳离子基团起着中和黏土表面电荷和提供强烈吸附力的作用， 它能把黏土颗粒包被起来，在外面形成紧密的包被层，抑制其分散。而阴离子基团主要形成空间网架结构， 使体系稳定性增强。FA367 处理剂在风井钻井工程中的应用实例表明，FA367 处理剂能增强泥浆悬浮岩屑能力，提高泥浆稳定性，为井壁安全、顺利的下沉提供了保证条件。
2.4废弃泥浆处理问题
（1）利用废弃泥浆高效液-固转化，化学絮凝、压滤泥浆固化技术，排放水、固化物达到无害化。在朱集西矿矸石井和平煤八矿2# 井进行了规模化应用，基本实现了钻井废弃泥浆零排放。
（2）在废弃泥浆中添加聚合材料，使钻井废弃泥浆具有良好的流动、结石性能，满足其作为注浆、充填材料的基本要求，可用作地面预注浆，降低工程成本，减少环境污染。
（3）采用单一的“一扩成井”或“一钻成井”新技术， 泥浆排放量可以减少20%～30%。而采用“一扩成井”或“一钻成井”并结合固液分离技术，先是在朱集西矿矸石井进行了大规模应用， 后在平煤八矿2# 井实现了废弃泥浆的全部处理。
3结语
引入石油用处理剂FA367 增强了复杂地层中钻井泥浆的稳定性， 有效保证下沉井壁的安全顺利进行，满足钻进和测井的要求，使得钻井法在大直径深立井工程中的应用更有保障。随着设备能力的提高，相继研发了“一扩成井”和“一钻成井”等新工艺技术。减少扩孔次数的同时减少了泥浆的使用量和排放量。废弃泥浆固化及综合利用新技术，为解决长期以来难以解决的泥浆占地和影响环保问题开辟了道路。今后应进一步研究完善废弃泥浆的固化技术、固液分离技术和再利用技术等，将处理后的泥浆用于壁后充填固井材料或制作建材的原料，做到零污染、无公害。石油钻井泥浆工艺技术比较成熟，对复杂地层中钻井泥浆的发展有一定的借鉴价值。建议研究使用低固相或无固相泥浆体系，抑制泥包钻头的发生，提高破岩效率。
参考文献
[1]刘志强，洪伯潜. 改革开放30 年煤矿井筒建设技术及装备发展[J]. 建井技术，2011，32（Z1）：4-7.
[2]吴刚，赵文平. 孙庄铁矿立井钻井法凿井施工技术[J]. 建井技术，2012，33（3）：19-21，31.
[关键词]复杂地层中钻井 泥浆 处理剂 现状
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-4-417-1
1复杂地层中钻井泥浆技术研究与应用的现状及难点
复杂地层中立井常规钻井泥浆的配制一般使用膨润土和添加剂， 常用的添加剂有钠羧甲基纤维素、三聚磷酸钠和FA367 等， 钻井泥浆性能参数见表1。
复杂地层中钻井工程井筒深、冲积层厚、钻进直径大等特点为泥浆技术的研究及应用带来一定的困难，目前为止，复杂地层中钻井泥浆制作工艺仍需进一步研究和完善。相对来讲，石油钻井技术中的泥浆制作工艺已比较成熟，这也许能为解决复杂地层中钻井泥浆问题开辟一条新的途径。
1.1复杂地层中钻井泥浆性能指标难以保持
复杂地层中立井钻井施工采用反循环洗井方式， 即利用压气升液的原理，在空心钻杆上部插入一根尾部钻有许多小孔的风管，通入压缩空气后，气浆混合，钻杆内外形成压差，使带有岩屑、泥渣的泥浆通过钻头体下面的吸收口进入钻杆中的环形空间，经水龙头排到地面。深部钻进时，一个完整循环大概需要十几个小时， 使得大量泥浆长时间滞留在井内，容易产生沉沙、离析等现象将直接影响破岩效率和排渣效果；钻进过程中遇到的黏性土层和砂性土层较多，自然造浆量较大，维护泥浆性能的添加剂浓度不断降低，含砂量不断增加，泥浆性能指标难以保持。
1.2复杂地层中钻井泥浆的性能参数调整困难
复杂地层中深立井钻井直径大，所需的泥浆量大（如山东龙固煤矿2 个主井井筒钻井深度582.75 m、钻井直径8.7 m，风井井筒钻井深度580 m、钻井直径9.0 m，每口井泥浆量3.5 万m3 左右），泥浆性能参数调整比较困难，处理时间长，资金投入大。
2复杂地层中钻井泥浆容易出现的问题及解决方法
2.1泥包钻头问题
工程实际中，通常采用不同泥浆体系和提高操作工艺来避免或减少泥包钻头。采用抑制性泥浆体系，减少黏土的水化膨胀和分散；选取低黏度、低切力的泥浆参数；加大泥浆冲洗量；在易泥包地层段钻进时采用低钻压和高转数钻进方式，密封风管和钻杆，加大供风量，以加强井底泥浆的流速和携带岩屑的能力；控制给进速度均匀进尺；每次下钻时，钻头距井底0.5～1.0 m 开始扫孔； 钻进过程中时常上下窜动钻具，反复扫孔清洗。
2.2黏性土层井帮膨胀缩径问题
钻头通过膨胀黏土层后，井帮在泥浆的浸泡下因黏土吸水膨胀造成井径缩小，将会影响钻头的升降作业，对护壁泥皮有一定的破坏作用。施工时应合理选择泥浆参数、及时维护泥浆性能避免或减小井帮缩径。
（1）选择合理的泥浆密度根据所钻地层的坍塌压力和破裂压力来确定合理的泥浆密度，适当提高井筒内的液柱压力， 抗衡地层所产生的侧压力，使井壁处于力学稳定状态，以防止岩层发生塑性变形而造成井筒缩径。
（2）使用化学处理方法抑制泥浆水化分散为保持井帮稳定，采用高聚物处理泥浆，控制滤液性质，既要减少泥浆滤液进入地层的数量，又能增强护壁效果。
（3）使用除砂器、除泥器及时清除泥浆中劣质固相，减少劣质颗粒在泥皮上的黏附，避免泥皮透水性增加。
2.3泥浆稳定性问题
针对超声波测井和井壁下沉时对泥浆稳定性的需要，引入了石油用处理剂FA367 来增强复杂地层中钻井泥浆的稳定性。FA367 是由多种非离子、阳离子和阴离子单体共聚而成的水溶性高分子两性离子聚合物。其中阳离子基团起着中和黏土表面电荷和提供强烈吸附力的作用， 它能把黏土颗粒包被起来，在外面形成紧密的包被层，抑制其分散。而阴离子基团主要形成空间网架结构， 使体系稳定性增强。FA367 处理剂在风井钻井工程中的应用实例表明，FA367 处理剂能增强泥浆悬浮岩屑能力，提高泥浆稳定性，为井壁安全、顺利的下沉提供了保证条件。
2.4废弃泥浆处理问题
（1）利用废弃泥浆高效液-固转化，化学絮凝、压滤泥浆固化技术，排放水、固化物达到无害化。在朱集西矿矸石井和平煤八矿2# 井进行了规模化应用，基本实现了钻井废弃泥浆零排放。
（2）在废弃泥浆中添加聚合材料，使钻井废弃泥浆具有良好的流动、结石性能，满足其作为注浆、充填材料的基本要求，可用作地面预注浆，降低工程成本，减少环境污染。
（3）采用单一的“一扩成井”或“一钻成井”新技术， 泥浆排放量可以减少20%～30%。而采用“一扩成井”或“一钻成井”并结合固液分离技术，先是在朱集西矿矸石井进行了大规模应用， 后在平煤八矿2# 井实现了废弃泥浆的全部处理。
3结语
引入石油用处理剂FA367 增强了复杂地层中钻井泥浆的稳定性， 有效保证下沉井壁的安全顺利进行，满足钻进和测井的要求，使得钻井法在大直径深立井工程中的应用更有保障。随着设备能力的提高，相继研发了“一扩成井”和“一钻成井”等新工艺技术。减少扩孔次数的同时减少了泥浆的使用量和排放量。废弃泥浆固化及综合利用新技术，为解决长期以来难以解决的泥浆占地和影响环保问题开辟了道路。今后应进一步研究完善废弃泥浆的固化技术、固液分离技术和再利用技术等，将处理后的泥浆用于壁后充填固井材料或制作建材的原料，做到零污染、无公害。石油钻井泥浆工艺技术比较成熟，对复杂地层中钻井泥浆的发展有一定的借鉴价值。建议研究使用低固相或无固相泥浆体系，抑制泥包钻头的发生，提高破岩效率。
参考文献
[1]刘志强，洪伯潜. 改革开放30 年煤矿井筒建设技术及装备发展[J]. 建井技术，2011，32（Z1）：4-7.
[2]吴刚，赵文平. 孙庄铁矿立井钻井法凿井施工技术[J]. 建井技术，2012，33（3）：19-21，31.