钻进水敏性泥岩地层护壁技术_黄志
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岩石完整孔壁稳定地层，采用清水+聚丙烯酰胺 作为钻井液，金刚石钻进时，加入1%～2%润滑剂减 阻。
钻进水敏性强的中老山泥岩地层和煤系地层， 采用经室内大量配比，施工中多次试用，效果明 显的双聚复合型低固相不分散泥浆作为钻井液， 其配比为：水∶人工纳土∶PHP∶HPAN∶NaCO3∶ YZ-84=1∶0.1∶015∶（0.02～0.3）∶0.05∶0.05。
六、结论
通过三年来在丰城矿区使用的双聚复合型钻井液 钻进水敏性强的中老山泥岩地层的情况来看，其效果 是明显的，护壁能力强，祼眼钻进645m，时间达到一 个半月，值得今后在该区施工过程中加以推广应用， 并在应用的过程中加强对降低失水量的研究，以达到 最佳效果。
（责任编辑：叶小坚）
2012.03
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损，反过来也保护了孔壁。 （二）钻井液的管理与维护 1．钻探工程技术人员应对钻井液的选型、配
制、测试、检查等项工作给予指导和督促。 2．小班配备兼职泥浆员，对钻井液的配制、测
试、调整日常管理等项工作负责。 3．为确保钻井液的净化，除及时清除循环系统
中的岩屑沉渣外，还应配备除砂、除泥等净化装置。 4．加强防雨防洪工作避免钻井液遭到破坏。
DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2012.07.002
钻进水敏性泥岩地层护壁技术
黄 志
（江西省煤田地质局一九五地质队，江西 丰城 331100）
摘要 ：江西丰城矿区钻探施工中遇到一个重大难题是 ：钻进至水敏性强的二叠系龙潭组老山中亚段泥岩地层 时，泥岩易吸水膨胀发生孔壁破坏坍塌，导致施工受阻甚至钻孔报废。文章对矿区地层地质构造、岩层岩石 物理特性进行了分析，并从钻进工艺、钻井液的选型与使用、钻进技术参数和注意事项等方面介绍了有效的 钻孔护壁技术措施。 关键词 ：岩心钻探 ；水敏性地层 ；吸水膨胀 ；坍塌 ；护壁 中图分类号 ：P634 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009-2374（2012）07-0124-02
（四）钻具级配 普通工法钻进钻具级配为Baidu Nhomakorabea钻头→岩芯管→变经
接手→68mm→钻铤→50mm钻杆→主动钻杆。
三、钻井液与护壁技术措施
（一）钻井液的选型与配制 根据第四系表土层和第三系红层风化层地
层松散、破碎的特点，选择使用高粘度、大比 重的浓泥浆作为钻井液，可以有效的悬浮岩渣 和保护孔壁，其配比为∶水∶膨润土∶PHP∶ NaCO3=1∶（0.2～0.3）∶0.05∶0.02。
二、钻进工艺
根据本勘探区地层地质情况和钻孔上破碎、中漏 失，下坍塌的特点，采取以下钻进工艺：
（一）钻进方法 采用普通工法配合S96（或S75）金刚石绳索取芯
钻进，即在上部较松散破碎的第四系表上层和第三系 红砂岩风化严重地层采用普通工法钻进，待下好套管 后再换金刚石绳索取芯钻进。如大冶灰岩、长兴灰岩 段漏水，需要扩孔时，亦采用普通工法金刚石钻进。
该钻井液以优质人工纳土作为造浆材料，添加了 丙烯酸盐及其衍生物等高分子聚合物作处理剂，而聚 丙烯酰胺属于分子链长、结晶性好、桥联作用强，对 受水浸润和冲蚀出现散落的水敏性强的泥岩地层有良 好的保护效果，其高分子链中的官能固会在井壁表面 形成致密、坚韧、柔性好的吸附薄膜。而聚丙烯腈不 但具有良好的降失水性能，还有很好的稀释作用，从 而保证钻井液的粘度不会升高，护壁效果得到加强， 别外添加了YZ-84润滑剂大大减轻了孔壁对钻具的磨
（二）钻孔结构 开始使用Φ150mm口径穿过表土层和红层风化
带，下Φ146mm井口管，以下以S96mm口径钻进穿过长 兴灰岩，如遇漏水则以Φ112mm口径扩孔下入Φ108mm 技术套管（预留一级）口以S96mm绳钻或换S75mm绳 钻）钻进至终孔。
（三）施工设备和主要钻具 钻机:XY-5型 柴油机：4135型 泥浆泵：NBB-250/6 钻塔：22.5m四脚铁塔 钻具：S96绳钻、50mm普钻杆 68mm钻铤
一、地层地质情况
勘探区地处江西萍（乡）乐（平）坳陷带中部， 经历了多期多阶段的构造运动，中元代褶皱造山作用 强烈，加里东期褶皱和韧性变形，印之-燕山期构造 活动强烈而广泛推覆构造十分发育。
1．区内揭露地层自上而下为： ①第四系（Q）：表土层，松散，破碎。 ②第三系临江组（E2-3L）：红砂岩，上部风化 严重 ③白垩系南雄组（K3n）：灰-灰白色砂砾岩 ④侏罗系门口组（J1m）：灰-灰黑色砂岩、粉砂 岩 ⑤上三叠系安源组（T1d）：为灰-灰黑色中细粒
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粉砂岩、砂岩及煤层。 ⑥三叠系大冶组T1d:为灰-灰黑色泥灰岩含方解
石，岩溶裂隙发育，晶洞频见，偶见几米甚至十几米 大溶洞。
⑦二叠系长兴组P2c:为灰-灰白色灰岩，裂隙较 发育，可见晶洞或几十公分小溶洞。
⑧二叠系龙潭组（P2L） 王潘里段（P2L4）：为深灰黑色砂岩、粉砂岩、 泥岩、煤组成。 狮子山段（P2L3）：为灰-灰白色砂岩组成。 老山段：（P2L2）：为深灰-灰黑色砂岩、粉砂 岩、泥岩、煤组成。 官山段：（P2L1）:为灰-灰白色砂岩夹煤组成。 ⑨二叠系茅口组P2M：为灰-灰白色灰岩组成。 2．老山中段地层特性：二叠系龙潭组老山中段 泥岩，由于其地质构造属加里东褶皱叠加和韧性变 形，地层强度和裂裂隙发育变化较大，当孔内钻井液 液柱压力过低时，孔壁围岩应力超过岩石的剪切强 度，孔壁岩石发生破裂剥落，而泥岩中含有大量的蒙 脱石、伊犁石等粘土矿物遇钻井液中游离水后出现吸 水膨胀，长时间浸泡后发生缩径甚至孔壁坍塌，如果 起下钻具过程中操作不稳，钻管撞击孔壁引起液力激 动，则加剧了对孔壁的破坏。
四、钻进参数
（一）钻压 根据钻进方法不同，采用相对应的钻压：硬质
合金钻进钻压控制在6～10kN，金刚石钻进控制在
10～15kN.
（二）转速
根据钻头情况确定：硬质合金钻进150～300 1／
min，金刚石钻进300～600r／min
（三）泵量
由于使用的水泵为NBB／250-60，则根据孔径大
小和岩石软硬程度按水泵档位划分如下：
孔径（mm）
岩石硬度
S75
S96
110
134
软
3
4
4
4
中硬
2
3
3
4
硬
2
3
3
4
五、双聚低固相钻井液使用效果分析
自2009年到今施工的7个钻孔使用PHP-HPAN双聚 复合型低固钻井液钻探生产效果使用与以前普通单聚 钻井液的钻探生产指标分析来看，采用双聚复合型钻 井液有效地抑制了水敏性强的泥岩地层吸水膨胀发生 坍塌事故，钻探效率由2008年前的208.56m提高到现 在的392.12米，提高88%，纯钻时间利用率由过去的 30.6%提高到现在的41.30%，提高了10.7%，事故率由 过去的28%下降至现在的9.2%，下降了18.8%，单个钻 头寿命由过去的8.5米提高到现在的42.12米，提高了 近4倍。
自20世纪60年代始，江西煤田195队就一直辗转 在江西丰城坪湖，建新、尚庄等矿区和曲江，石上井 田进行地质找煤站探，随着老矿开采资源严重不足， 岩心钻探孔深不断增加，站进水敏性强的二叠系龙 潭组老山中亚段泥岩地层易出现孔壁坍塌的难题愈 显突出，这是因为其埋藏深度一般达八九百米，上 部覆盖的大冶灰岩和长兴灰岩不但岩性坚硬，而且易 见晶洞或溶洞需以套管隔封，如果采用拔管扩孔，下 好隔挡灰岩漏水段套管，再下小一级套管保护水敏性 强的泥岩易坍塌孔段，施工量和施工难度特别大。而 采用普通聚丙烯酰胺钻井液护壁，效果很不理想。 2005～2008年仅因钻进中老山层段发生垮孔的钻孔就 有8个，其中石验-1、石23-1、石21-3孔处理垮孔事 故时间超过3个月，泉28-4孔则因越处理越复杂而最 终报废钻孔工作量约800米。
钻进水敏性强的中老山泥岩地层和煤系地层， 采用经室内大量配比，施工中多次试用，效果明 显的双聚复合型低固相不分散泥浆作为钻井液， 其配比为：水∶人工纳土∶PHP∶HPAN∶NaCO3∶ YZ-84=1∶0.1∶015∶（0.02～0.3）∶0.05∶0.05。
六、结论
通过三年来在丰城矿区使用的双聚复合型钻井液 钻进水敏性强的中老山泥岩地层的情况来看，其效果 是明显的，护壁能力强，祼眼钻进645m，时间达到一 个半月，值得今后在该区施工过程中加以推广应用， 并在应用的过程中加强对降低失水量的研究，以达到 最佳效果。
（责任编辑：叶小坚）
2012.03
125
损，反过来也保护了孔壁。 （二）钻井液的管理与维护 1．钻探工程技术人员应对钻井液的选型、配
制、测试、检查等项工作给予指导和督促。 2．小班配备兼职泥浆员，对钻井液的配制、测
试、调整日常管理等项工作负责。 3．为确保钻井液的净化，除及时清除循环系统
中的岩屑沉渣外，还应配备除砂、除泥等净化装置。 4．加强防雨防洪工作避免钻井液遭到破坏。
DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2012.07.002
钻进水敏性泥岩地层护壁技术
黄 志
（江西省煤田地质局一九五地质队，江西 丰城 331100）
摘要 ：江西丰城矿区钻探施工中遇到一个重大难题是 ：钻进至水敏性强的二叠系龙潭组老山中亚段泥岩地层 时，泥岩易吸水膨胀发生孔壁破坏坍塌，导致施工受阻甚至钻孔报废。文章对矿区地层地质构造、岩层岩石 物理特性进行了分析，并从钻进工艺、钻井液的选型与使用、钻进技术参数和注意事项等方面介绍了有效的 钻孔护壁技术措施。 关键词 ：岩心钻探 ；水敏性地层 ；吸水膨胀 ；坍塌 ；护壁 中图分类号 ：P634 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009-2374（2012）07-0124-02
（四）钻具级配 普通工法钻进钻具级配为Baidu Nhomakorabea钻头→岩芯管→变经
接手→68mm→钻铤→50mm钻杆→主动钻杆。
三、钻井液与护壁技术措施
（一）钻井液的选型与配制 根据第四系表土层和第三系红层风化层地
层松散、破碎的特点，选择使用高粘度、大比 重的浓泥浆作为钻井液，可以有效的悬浮岩渣 和保护孔壁，其配比为∶水∶膨润土∶PHP∶ NaCO3=1∶（0.2～0.3）∶0.05∶0.02。
二、钻进工艺
根据本勘探区地层地质情况和钻孔上破碎、中漏 失，下坍塌的特点，采取以下钻进工艺：
（一）钻进方法 采用普通工法配合S96（或S75）金刚石绳索取芯
钻进，即在上部较松散破碎的第四系表上层和第三系 红砂岩风化严重地层采用普通工法钻进，待下好套管 后再换金刚石绳索取芯钻进。如大冶灰岩、长兴灰岩 段漏水，需要扩孔时，亦采用普通工法金刚石钻进。
该钻井液以优质人工纳土作为造浆材料，添加了 丙烯酸盐及其衍生物等高分子聚合物作处理剂，而聚 丙烯酰胺属于分子链长、结晶性好、桥联作用强，对 受水浸润和冲蚀出现散落的水敏性强的泥岩地层有良 好的保护效果，其高分子链中的官能固会在井壁表面 形成致密、坚韧、柔性好的吸附薄膜。而聚丙烯腈不 但具有良好的降失水性能，还有很好的稀释作用，从 而保证钻井液的粘度不会升高，护壁效果得到加强， 别外添加了YZ-84润滑剂大大减轻了孔壁对钻具的磨
（二）钻孔结构 开始使用Φ150mm口径穿过表土层和红层风化
带，下Φ146mm井口管，以下以S96mm口径钻进穿过长 兴灰岩，如遇漏水则以Φ112mm口径扩孔下入Φ108mm 技术套管（预留一级）口以S96mm绳钻或换S75mm绳 钻）钻进至终孔。
（三）施工设备和主要钻具 钻机:XY-5型 柴油机：4135型 泥浆泵：NBB-250/6 钻塔：22.5m四脚铁塔 钻具：S96绳钻、50mm普钻杆 68mm钻铤
一、地层地质情况
勘探区地处江西萍（乡）乐（平）坳陷带中部， 经历了多期多阶段的构造运动，中元代褶皱造山作用 强烈，加里东期褶皱和韧性变形，印之-燕山期构造 活动强烈而广泛推覆构造十分发育。
1．区内揭露地层自上而下为： ①第四系（Q）：表土层，松散，破碎。 ②第三系临江组（E2-3L）：红砂岩，上部风化 严重 ③白垩系南雄组（K3n）：灰-灰白色砂砾岩 ④侏罗系门口组（J1m）：灰-灰黑色砂岩、粉砂 岩 ⑤上三叠系安源组（T1d）：为灰-灰黑色中细粒
124
2012.03
粉砂岩、砂岩及煤层。 ⑥三叠系大冶组T1d:为灰-灰黑色泥灰岩含方解
石，岩溶裂隙发育，晶洞频见，偶见几米甚至十几米 大溶洞。
⑦二叠系长兴组P2c:为灰-灰白色灰岩，裂隙较 发育，可见晶洞或几十公分小溶洞。
⑧二叠系龙潭组（P2L） 王潘里段（P2L4）：为深灰黑色砂岩、粉砂岩、 泥岩、煤组成。 狮子山段（P2L3）：为灰-灰白色砂岩组成。 老山段：（P2L2）：为深灰-灰黑色砂岩、粉砂 岩、泥岩、煤组成。 官山段：（P2L1）:为灰-灰白色砂岩夹煤组成。 ⑨二叠系茅口组P2M：为灰-灰白色灰岩组成。 2．老山中段地层特性：二叠系龙潭组老山中段 泥岩，由于其地质构造属加里东褶皱叠加和韧性变 形，地层强度和裂裂隙发育变化较大，当孔内钻井液 液柱压力过低时，孔壁围岩应力超过岩石的剪切强 度，孔壁岩石发生破裂剥落，而泥岩中含有大量的蒙 脱石、伊犁石等粘土矿物遇钻井液中游离水后出现吸 水膨胀，长时间浸泡后发生缩径甚至孔壁坍塌，如果 起下钻具过程中操作不稳，钻管撞击孔壁引起液力激 动，则加剧了对孔壁的破坏。
四、钻进参数
（一）钻压 根据钻进方法不同，采用相对应的钻压：硬质
合金钻进钻压控制在6～10kN，金刚石钻进控制在
10～15kN.
（二）转速
根据钻头情况确定：硬质合金钻进150～300 1／
min，金刚石钻进300～600r／min
（三）泵量
由于使用的水泵为NBB／250-60，则根据孔径大
小和岩石软硬程度按水泵档位划分如下：
孔径（mm）
岩石硬度
S75
S96
110
134
软
3
4
4
4
中硬
2
3
3
4
硬
2
3
3
4
五、双聚低固相钻井液使用效果分析
自2009年到今施工的7个钻孔使用PHP-HPAN双聚 复合型低固钻井液钻探生产效果使用与以前普通单聚 钻井液的钻探生产指标分析来看，采用双聚复合型钻 井液有效地抑制了水敏性强的泥岩地层吸水膨胀发生 坍塌事故，钻探效率由2008年前的208.56m提高到现 在的392.12米，提高88%，纯钻时间利用率由过去的 30.6%提高到现在的41.30%，提高了10.7%，事故率由 过去的28%下降至现在的9.2%，下降了18.8%，单个钻 头寿命由过去的8.5米提高到现在的42.12米，提高了 近4倍。
自20世纪60年代始，江西煤田195队就一直辗转 在江西丰城坪湖，建新、尚庄等矿区和曲江，石上井 田进行地质找煤站探，随着老矿开采资源严重不足， 岩心钻探孔深不断增加，站进水敏性强的二叠系龙 潭组老山中亚段泥岩地层易出现孔壁坍塌的难题愈 显突出，这是因为其埋藏深度一般达八九百米，上 部覆盖的大冶灰岩和长兴灰岩不但岩性坚硬，而且易 见晶洞或溶洞需以套管隔封，如果采用拔管扩孔，下 好隔挡灰岩漏水段套管，再下小一级套管保护水敏性 强的泥岩易坍塌孔段，施工量和施工难度特别大。而 采用普通聚丙烯酰胺钻井液护壁，效果很不理想。 2005～2008年仅因钻进中老山层段发生垮孔的钻孔就 有8个，其中石验-1、石23-1、石21-3孔处理垮孔事 故时间超过3个月，泉28-4孔则因越处理越复杂而最 终报废钻孔工作量约800米。