摘要：介绍了弓沟煤田勘探中钻井液的使用问题，通过2个钻孔的应用实践，表明所采用的低固相钻井液体系性能优良，适应性强，粘度适中，滤失量合理，形成的泥饼薄而致密且有韧性，对充分发挥金刚石钻进特点，防止井壁垮塌起到了良好的作用，从而有效提高了钻进效率。
关键词：低固相钻井液 钻探 煤层勘探
1. 地层特点
察右前旗弓沟煤田上部地层主要是第四系黄土、玄武岩、灰岩、白云灰岩，浅部有分化裂隙地层。中部和下部地层以泥岩、砂岩为主，夹杂粉砂岩、粘土岩。该矿区的地层普遍存在着漏失，地层多破碎、易坍塌等问题。
煤层钻探的目的层是煤层，煤层节理、微裂缝发育，胶结疏松，脆性大，容易发生破裂造成坍塌。含煤岩层水敏性强，毛细效应突出，容易吸附水。含煤岩系中的粘土、泥岩等遇水后极易产生吸水膨胀、崩塌，常造成钻孔坍塌、埋钻等事故。所以煤层段的防塌、堵漏就成了低固相钻井液技术的重点。
2. 钻井液技术措施
2.1 上部地层钻井液特点
钻井液体系选择的合理与否，将直接影响到钻探质量、钻进效率和钻探成本。对玄武岩、细粒灰岩、白云灰岩等地层，岩层结构完整、岩性稳定、局部破碎有裂隙和溶洞的地层，钻进主要采用清水作钻井液。遇孔内岩粉过多的地层，可加PHP300～500ppm配制成无固相钻井液。采用这种钻井液，润滑能力强、机械钻速高，能充分发挥金刚石钻进的特点。
2.2 下部煤层钻井液特点
该矿段中下部进入煤系地层，这种地层裂隙发育，钻孔易坍塌、掉块，地层漏失严重，煤层易遇水膨胀、掉块、坍塌。针对这种情况，必须配置高质量的钻井液。原浆采用优质粘土粉加水充分搅拌，水化24 h以上。处理剂可以分别采用CMC、PHP及GSP广谱护壁剂，粘度高时可采用腐植酸钾作稀释剂，配制成低固相钻井液，性能控制标准为：密度1.04-1.05g／cm，漏斗粘度25s，失水量<12mL／30min，泥饼厚度<1min，pH值9—10，胶体率>98％。
如遇孔壁垮塌严重，水敏性特强，地层污染能力，强造浆能力强，宜采用抑制性更强的钙处理钻井液体系。但考虑到金刚石钻进的特点需求，仍然需要在粘度、失水量和泥皮厚度等方面维持低固相钻井液的性能要求。这种钻井液体系取钙处理钻井液和低固相钻井液的优点，在维持正常钻进方面起到了很好的效果，其性能指标控制为：密度1.09-1.20ｓ／cm，漏斗粘度20—30s，失水量5—15mL／30min，泥饼厚度<1mm，pH值9—10，胶体率>98％。
3. 低固相聚丙烯酰胺钻井液
3.1 低固相聚丙烯酰胺钻井液特点
针对孔内坍塌、掉块不太严重的一般煤系地层，可以采用低固相聚丙烯酰胺钻井液。低固相钻井液的主要特点是指钻井液体系中的固相含量≯4％，且以掺加不同的高分子聚合物维持钻井液性能。低固相钻井液是小口径金刚石钻进最常用、最有效的钻井液体系，它既有可获得无固相钻井液体系的高钻速，又有较好的携带悬浮岩屑的能力和防止孔壁垮塌的性能。特别是采用部分水解聚丙烯酰胺高分子聚合物絮凝剂，既可以实现低固相钻井液的粘度特点，又可以实现对钻进混合液中岩屑和劣质土的选择性絮凝作用，这种对钻井液体系的“自清洁”特点使钻井液中的岩屑和劣质粘土处于絮凝状态，利于机械设备将其清除，使钻进速度显著提高，并且可有效降低钻进成本。配制聚丙烯酰胺低固相钻井液的主要程序包括：膨润土预水化，造浆粘土的护胶保护，添加聚丙烯酰胺絮凝剂，根据性能要求添加其它处理剂。
聚丙烯酰胺钻井液具有下列优点：（1）提高了钻井速度；（2）钻井液的润滑性能好；（3）护壁性能好，并有一定的防漏和堵漏效用；(4)孔内清洁，减少了卡钻、埋钻等孔内事故；（5）降低了钻井成本和减小了环境污染。
3.2 应用实例
ZK020是该矿段的一口钻井，孔深设计是490m，使用XY-4型钻机，采用金刚石绳索取心钻进。当钻进到313m时，钻孔漏失严重，钻井液损失过大。当钻进到315m时，钻孔漏失现象依然严重。由于即将进入煤层钻进，所以要求通过钻井液性能的调节来维持钻进的稳定。
起钻后通过6次观测孔内的水位情况，发现最后水位维持在40m左右。观察岩心情况，发现308m处时取上来的岩心有裂隙存在，确定孔深为315m时在孔深为40m和308m处有2个裂隙形成了一个地下水的封闭水圈。最终决定采用低固相钻井液的方案，并在钻井液中加入一定量的惰性材料——锯末进行堵漏，取得了较好的钻进效果。
由于钻孔马上要进入煤层，堵漏和防塌是钻井液施工的关键。鉴于在进入煤层前会有一段碳质泥岩，后会进入粘土层，这两个地层都有一定的造浆性，使得钻井液密度迅速升高，不利于控制钻井液性能，所以一定要控制钻井液的低密度和低粘度，密度一般为1.03g/cm3，粘度为22s，同时可添加锯末材料进行随钻堵洞。
3.3应用效果
通过使用实践表明，所用钻井液性能稳定，孔内钻进平稳，井眼比较稳定，顺利钻完煤层，取芯比较顺利。说明此种低固相聚丙烯酰胺钻井液体系完全可以满足矿区一般煤层的钻进要求。
4. 低固相钙处理钻井液
4.1 低固相钙处理钻井液特点
在进入垮塌特别严重的煤系地层钻进时，试验采用低固相钙处理钻井液体系钻进，以此来抑制水敏性地层垮塌和强化钻井液平衡地层压力，实现防止孔壁坍塌的效果。低固相钙处理钻井液体系是在低固相聚合物钻井液的基础上，掺加可提供钙离子的物质，使钻井液体系实现适度絮凝，实现钻井液体系的防污染，对水敏性岩层有很好的抑制作用，特别适用于钻进泥质页岩和易塌掉块的非稳定地层。实际使用的低固相钙处理钻井液体系既有低固相钻井液的优点，又兼顾了钙处理钻井液的特点，它是处于两者之间的适度聚结状态的钙基钻井液。现场采用的加钙物质是水泥，所配成的是水泥一聚丙烯酰胺钻井液体系。
在钻井液的护壁堵漏方面，水泥一聚丙烯酰胺钻井液体系是利用高分子化合物的交联原理，即利用聚丙烯酰胺和高钙物质发生的适度交联反应，形成的新型结构的凝胶体来达到护壁的效果。但配置的钻井液粘度过高将影响钻井液的循环效果，不利于金刚石钻进，为此，应加入一定量的腐植酸钾处理剂控制钻井液的粘度，它主要起到抑制孔壁垮塌和降失水作用。同时加入了腐植酸钾的钻井液具有粘度低、流动性好、携砂能力强、防塌护壁效果好等优点。
4.2 应用实例
ZK016孔用XY-4型钻机采用普通金刚石钻进。当钻进到孔深为330m时孔壁不稳定，孔内坍塌现象严重，起钻后孔内的沉砂大约有20~30m厚。现场测得使用的钻井液性能如下：密度为：1.08g/cm3，pH值为10，粘度为81s，失水量为12mL，泥皮厚度3mm。由于钻井液粘度太高，造成泥浆泵的使用负荷过大。
现场迅速调配低固相钙处理钻井液体系，加入1%的水泥，适当调高密度，以此适当增大钻井液柱压力来平衡孔内四周的地层压力，抑制住孔壁的垮塌，并且在钻进中加入腐植酸钾起稀释作用，降低钻井液的密度。当使用新钻井液体系后，钻井液性能如下：密度1.10g/cm3，粘度23~25s，失水量11mL，泥皮厚度约1.5mm。
4.3 应用效果
通过使用低固相钙处理钻井液进行孔内扫孔循环，携带出大量岩屑，同时应加强机场地面的除砂，确保钻井液体系清洁，经过一段时间循环孔内干净后进入正常钻进，一直裸眼钻进至终孔。在钻进中钻井液体系的性能良好，携砂能力强，性能稳定。
5. 结论与建议
在该煤田勘探中针对地层特点，开发使用了两种低固相钻井液体系。低固相聚丙烯酰胺钻井液体系对一般煤系地层具有良好的润滑减阻和护壁效果，从而提高了钻进速度。当钻遇水敏性严重容易垮塌和掉块的非稳定地层，使用低固相钙处理钻井液就能起到良好的钻进效果。归纳起来具有以下特点和效果。
(1)针对不同煤系地层采用不同的低固相钻井液体系能够满足煤层钻进取心的需求。
(2)在煤层钻进中维护钻井液体系性能十分重要，一般要求控制低固相、低粘度、高矿化度和小滤失量，泥饼薄而韧，就可以起到较好钻进效果和护壁作用。
(3)在配制低固相聚丙烯酰胺钻井液体系时，必须使用粘土护胶剂保护造浆粘土，才能添加选择性絮凝剂——水解聚丙烯酰胺控制钻井液性能。
(4)配制低固相钙处理钻井液体系时，必须注意钙处理剂和稀释剂的合理配合使用，才能保持钻井液性能稳定。
参考文献：
[1] 中国煤田地质总局.煤田钻探工程（第五分册）［M］.北京：煤炭工业出版社，1994.
[2] 李世忠.钻探工艺学（中册）［M］.北京：地质出版社，1989.