煤田钻探用冲洗液类型的探讨

煤田钻探用冲洗液类型的探讨

闫禄

四川华锋钻探工程有限责任公司 四川成都 610091

摘要：伴随着现代科学技术的快速发展，经济社会的现代化进程日益完善，伴随着人们现代化观念的不断转变，社会大众对于物质文化的需要和精神文化的需要也在不断增长，对新时期的煤炭生产事业提出了更高的要求，不仅要求煤炭发展要更高效，还要更快速，还要更全面，还要更系统。而煤炭生产事业这一体系是一个步骤繁多的操作系统，繁多的系统中的任一环节都是具有重要作用的，本文具体到煤田的钻探中所选用的冲洗液的类型进行探讨和分析，从煤田的钻探的角度，首先分析煤田钻探用的冲洗液的基本性能，要从性能角度分析冲洗液要具备的功能，再分析现有的冲洗液的类型的特点，从而分析不同类型的冲洗液能否在煤田钻探中发挥的合适的、关键性的作用。

关键词：煤田钻探、冲洗液类型、基本性能、主要类型分析

前言：

冲洗液对于煤田钻探来说，是很重要的需要原材料。在现今先进科学技术和化学等技术的支持下，国际上已经有很多关于煤田钻探所用的冲洗液的分析和研究，并且都已取得了较大的成就和进展，在我们国内，也有很多学者和专家也在这方面进行过很多细致和专业的研究。煤田钻探的重要性仅次于石油钻井，其所选用的冲洗液的类型问题也是占极大比重的重要问题。煤田钻探是一种以水敏感性地层为主要工作环境的作业，冲洗液能否发挥关键的作用更是极其重要的。那么如何针对我国当前煤田钻探的实际情况，选择高效、优质、合适的冲洗液就是我们要探讨的问题，这就要从冲洗液的性能和类型两个角度进行合理地分析，以确保达到煤田钻探的工作质量和工作效率的稳定，并努力将其得到提高，实现工程效益和经济效益的双赢，才是我们研究煤田钻探用冲洗液的目标所在。

一、煤田钻探用冲洗液的基本性能分析

煤田钻探的地层与石油钻井的地层有很多相似之处，如很多地层都具有水敏性，但还是有很多区别的，比如煤田钻探的情况中比较少的会遇到盐钙层，而且钻探的深度也相较于石油钻井浅的多，一般情况下，对煤田钻探用冲洗液的抗盐钙性能、抗湿性能的要求会高于对石油钻井的要求，所以，对于石油钻井的冲洗液的配方切不可全部照搬到煤田钻探上面去，应当做到有合适的、合理的冲洗液类型的选择。这就要求我们在探究煤田钻探用冲洗液的类型的时候，首先要对其基本性能进行分析，从性能角度寻找煤田钻探对于冲洗液的要求有哪些。

（一）粘度与流变性的情况分析

粘度，顾名思义，就是使得流体物在发生流体运动时减小流动状态和流动速度，保持相对的稳定性，在一定条件下也可以实现使流体脱离某些物体的表面，煤田钻探用冲洗液必须要保证其粘度的意义就在这里。较为显著的粘度能够保障煤田钻探过程中对孔壁的稳定性要求，对于需要破碎岩层、煤层进行作业的工作来说，特别是钻探某些岩层、泥浆等水敏性较高的煤田时，冲洗液的粘度对于稳定孔壁的整体结构，对于稳定钻探工作的过程而言都具有重要的作用。

流变性取决于物体的本身性质，但外在应变力对于其产生的影响也是不可忽视的，煤田钻探要求冲洗液具有较好的剪切、稀释、冲洗、分离的作用，从而能够在钻探过程有效地进行冲洗，通过较好的流变性处理钻头的泥垢等附着物，从而提高钻头的钻速和钻头携带岩屑、岩泥的能力。所以，冲洗液的流变性的保障是煤田钻探所用冲洗液的另外一个较为严谨的要求。

煤田钻探是煤田地层的工作，它区别于地上、裸露的工作环境，也区别于其他稳定性较高的作业类别，如此，煤田钻探要求冲洗液具有较好的粘度和流变性是很有道理的。

（二）吸水、失水性与滤液成分的情况分析

对于煤田钻探这种涉及到水敏地层类型的钻探项目，所选择的冲洗液既要有利于作业过程中孔壁的稳定，也要能很好的增进钻探的速度和附着物清洗度之外，还要注意冲洗液的吸水、失水性，所选取的冲洗液的失水量的指标参数应当注意控制，最大限度应当做到保证钻探的质量和效率，与此同时，合理的吸水、失水量标准下，滤液成分的情况应当配合以何种比例？

在当前技术条件的支持下，有研究人员发现，通过给冲洗液中加入一定量的高分子聚合物，能够比较明显的改进滤液的成分，在煤田钻探的过程中对孔壁的稳定性结构的正向影响可以达到较高，而且即便在冲洗液在较高失水性的影响下，也对孔壁的稳定性没有产生负面影响，这就较好的保持了煤田钻探过程中冲洗的稳定性，针对煤田钻探中岩屑、岩泥的粉浆问题也有了合理的控制。一般情况下，该种类型的冲洗液可产生瞬间失水，能够很快形成保护膜，这样对于水敏层的稳定性是具有极大的好处的。所以，目前探索已知的高分子聚合物添入到冲洗液中形成的滤液成分，恰好具有煤田钻探用冲洗液所需要的这一特性。

（三）比重与固化控制的情况分析

煤田钻探作业是需要进入地层的，借助的机械设备是需要化学物质进行辅助的，冲洗液相对于固态化的处理设备和固态化的清理方式，会更加有效率一些，可以节约处理、清理的时间成本、空间成本等，所以，冲洗液在煤田钻探的工作中所占的比重就会越来越高，粘度和流变性的提高、失水性适当、滤液效能高等都是选择冲洗液必不可少的条件。此外，其比重和固化控制的情况也是需要进行分析利用的，塑性粘度的不断上升、钻速的降低、钻具设备的磨损程度、钻泵的泵压升高等都会影响煤田钻探的进度和效度。

当前使用的化学絮凝的方法中，许多的高聚物都在不同程度上具有能够絮凝岩粉的作用，严格来说，是除去聚丙烯酰胺外的许多高分子聚合物具有此功能。在提高矿化度的方面，也能祈祷絮凝岩粉的作用，有研究指出，特别是高价阳离子的浓度达到一定的高浓度的时候，便可以起到聚结作用，将小的岩屑颗粒、岩粉颗粒凝结成大的岩屑团块、岩粉团块，便于后续的机械式方法进一步去除。

还需要考虑到的，是固化控制的装置设备的配置问题，这一设备的全套系统的安装不仅要适应煤田钻探的需要，还要尽量做到循环利用、环保节约。这就要求固化设备除了基本的循环槽、沉淀池、除砂器、除泥器等之外，还要使得这些联动装置适应岩屑、岩粉的颗粒大小，适应其冲洗液的流动，还要适应后续的机械化去除，这样就要求比重与固化控制形成一个循环的闭路系统，从而起到从冲洗到作业的自我运作系统。

二、煤田钻探用冲洗液的主要类型分析

根据以上对于煤田钻探用冲洗液的基本性能分析，我们探讨以下类型的几种冲洗液的情况：

（一）粗分散体系泥浆冲洗液

大量有关研究人员的研究结果表明：在钙处理、和盐水泥浆二者材料的配合中，在煤田钻探的过程中，能够有效地对水敏层这一特殊的地层结构起到抑制作用，这一抑制作用对稳定孔壁具有比较显著的有利作用。但是，我们需要注意的问题在于：一般的钙处理泥浆当中的钙元素的含量是比较有限的。经测量后，如果发现钙元素的含量较高的时候，就必须要求在泥浆原材料当中增加相对多量的降失水剂，或者相对多量的稀释护胶剂，这样才能保证泥浆原材料的自身稳定性，才能起到稳定孔壁的作用。若在现阶段这类对于煤田钻探这种涉及到水敏地层类型的钻探项目中选用此类粗分散体系泥浆冲洗液，对于该类冲洗液的计量的要求是相当大的，如此，是不应当大剂量使用的，尤其在岩心钻中，应当少用，而且慎用。

（二）抑制性泥浆冲洗液

抑制性泥浆的配比原理在于：在泥浆原材料配制时向其中加入一定比例的磺化沥青、腐植酸钾、木质素磺酸钾原材等其他具有抑制作用的处理剂，这样便可配制成具有抑制作用的抑制性泥浆，这些所有配比的原材的共性均体现为比较显著的岩水化抑制的特性。这样，在煤田钻探的作业过程中，使得冲洗液所涉及的粘土、泥浆、泥屑、泥垢等黏土矿物质不易发生水化、分散，或者膨胀反应，这样便有利于废体物质的去除。这是因为抑制性泥浆冲洗液中的钾元素进入黏土矿物质中，使得其晶格硅氧四面体穴结构具有更加稳定性，组织矿物质的水化、分散、膨胀，但因为其抑制性的有限性，而且其实际使用的频率目前尚低，有关研究人员对其的探索也仍处于逐步的摸索阶段，如果想要加强抑制性泥浆冲洗液的实用性，我们还应当进行进一步的研究，以发挥此类冲洗液的最大作用。

（三）高矿化度无粘土冲洗液

这是目前现阶段我们很多应用于煤田钻探中，钻孔深度超过一千五百米的煤田钻探项目中，而且效果很好。高矿化度无粘土冲洗液这个类型的冲洗液中是含有显著高的钙离子（Ca²⁺）非离子特性的无粘土冲洗液，它对于稳定孔壁结构、抑制煤田钻探的钻井的造浆问题具有极好的作用，这是当前市场中许多类型的冲洗液中相对具有实用性较高、可操作性较易的一种煤田钻探用冲洗液。这类冲洗液更为关键的一点优势在于：高矿化度无粘土冲洗液的粘土比重是可以调节的，我们可以依据实际的操作作业中的情况，合理进行配比，调制不同时候需要的不同配比的冲洗液，对密度的要求较高时，可调至漏斗流不出态的冲洗液；对可流动性的要求较高时，可调至能够泵送状态的冲洗液，这样对于不同作业环境所需求的不同程度的冲洗液就极其方便了。高矿化度无粘土冲洗液兼顾了较高的流变性、较小的失水性、较好的稳定性、较显著的絮凝阻特性，以及浸泡岩样稳定性好等特点。而且，后经有关研究人员的实验发现，在高矿化度无粘土冲洗液中加入少量的润滑剂，就可以投入到实际的运行中去，对于既要完成煤田钻探的任务保障，又要兼顾环保节约的目的是具有极大优势的，这样便兼顾了工程效益和经济效益。但这类冲洗液也存在一个问题，就是它的抗高温性较低，一般不得超过八十摄氏度，这样的缺点限制了煤田钻探的深度必须是在两千米以内，这对于孔深两千米以内的煤田钻井是可行的，那么对于超过两千米的钻探的孔深则需要进一步进行考量。

（四）油机冲洗液

现阶段油机冲洗液应用最广泛的地方是在石油钻井工程中，石油钻井工程项目当中的：乳化液浆与油包水反向乳状液，均属于油机冲洗液的内容范畴。其成分中的连续相是油，加上高矿化度的所包水（最好选用的是氯化钙水：CaCl₂），可以在孔壁和孔柱之间的页岩间保证其稳定性，保证其运作的活度平衡，可以有效地防止泥浆中水敏层中的水分向地层中渗透，从而影响孔壁的稳定性，从而影响煤田钻探的作业过程。但目前这类冲洗液的突出使用是在石油钻井中较为广泛的，在煤田钻探中是否适用，是需要我们探究和研讨的。在煤田钻探作业中，同样需要保持孔壁及孔柱结构的整体的稳定性，且同样要注重其吸水、失水性能的保障，如此说来，油机冲洗液在煤田钻探中使用的理论基础是可以建立起来的，而具体的实际操作中应该如何使用，还是需要进一步进行探讨的。

（五）泡沫液冲洗液

泡沫液、泡沫泥浆的作用在于隔离和稳定，在煤田钻探的漏失层可采用这类冲洗液，是有效的，但对于煤田钻探这种涉及到水敏地层类型的钻探项目，如何进行配方的配比，哪种合适的比例是对孔壁的稳定性最有利的，都是需要我们探讨和实验的。泡沫液冲洗液既要适应煤系地层具有水敏性的特点，也要兼顾具体作业时的可操作性和所投入的泡沫液冲洗液的剂量配比问题，包括冲洗液装置设备的系统性，以及煤田钻探作业的效益性，以及资源节约和充分利用的效率性。

（六）聚丙烯酰胺泥浆冲洗液

现用的聚丙烯酸盐的泥浆冲洗液是从上个世纪年代就已经投入使用的煤田钻探冲洗液，它属于聚丙烯酸盐体系中的一种，使用最多的是“双聚泥浆”冲洗液、聚丙烯酰胺泥浆冲洗液，这类冲洗液在煤田钻探作业过程中的广泛运用证明了它的理论性是可操作的。它具有明显的絮凝作用，而“双聚泥浆”冲洗液所具备的絮凝特性是可根据实际情况进行调节的，它是可选择的，对于不同地层的煤田钻探来说，是具有灵活性的。换句话说，如果现场作业人员在采用此种冲洗液的时候，能够将其的和合适配比与相对质量优良的固化控制装置设备相配合，那么冲洗液当中的泥浆比重就能按照煤田钻探的实际项目工作进行合理地调节，这样就能适应不同地层，保证不同孔壁的稳定性，这对于提高钻头的钻速起着关键性的作用，对于适应孔深较深、温度较高的孔柱和钻探环境有着重要的保障作用。

但在当前技术条件的支持下，聚丙烯酰胺泥浆冲洗液要想实现上述功能，就必须控制原材料当中的钙元素（钙离子：Ca²⁺）的含量，在200PPM的参数范围之内，这就要求，现场操作人员在选用聚丙烯酰胺泥浆冲洗液作为煤田钻探用冲洗液的时候，不得同时选用高钙离子（大于>200PPM）来对水敏层进行控制，这是我们二十多年来的实际使用经验，如果要克服这些问题，我们仍需要不断探索、总结、对比，总结双聚泥浆型冲洗液的新配比，以便适应更多环境和条件下的煤田钻探。

结语：

经过上述分析，我们知道，现今我们在使用和探索的煤田钻探用冲洗液的类型有很多种，而且仍然有很多其他可以考虑采用，但我们没有一一列举的冲洗液类型。随着现代科学技术的发展，随着当今化学水平和物理水平的不断提高，冲洗液的化学成分配比、适用冲洗液的装置设备的系统完善都是不断在探索和进步的。而且，我国地大物博，我们拥有的煤田种类有很多，如何对于不同的煤田进行不同程度的钻探，是我们需要分析的问题。在不同的煤田钻探的环境中，选用不同的、合适的冲洗液是煤田钻探作业的一项重要内容。经过上述我们简要的分析，我们得出的结论是：煤田钻探用冲洗液的选择大方向上仍然是选择含高矿化度成分的冲洗液是比较合适的，它具有稳定孔壁、提高钻速的特点，它在很大程度上解决了煤田钻探作业过程中的操作难题，不仅如此，它还能在保证煤田钻探作业的过程中，兼顾工程效益和经济效益，是一类值得推广使用的煤田钻探用冲洗液。当然，对于其中存在的问题和局限性，我们也要进一步加以研究，不断去寻找能够适应更多煤层环境、煤田钻井的冲洗液的改良方式，这就需要我们相关研究人员和现场擦操作人员不断实验，通过对冲洗液的合理选择和合理配比，不断探索对冲洗液的类型的探索，从而更加有利于煤田钻探的作业过程。

参考文献：

1. 刘英凯.煤田钻探用冲洗液类型的探讨[J].黑龙江科技信息,2019(5):72.

2. 杨军.煤田钻探用冲洗液类型的探讨[J].新疆有色金属,2018(6):24-25.

3. 乔绪文.煤田钻探用冲洗液类型的探讨[J].内蒙古煤炭经济,2017(9):88-89.

作者简介：姓名：闫禄，性别：男，出生年月：1987.04.06，民族：汉，籍贯：甘肃民勤，学历：大学本科，职称：工程师，研究方向：钻井冲洗液研究.