水文钻探工程中钻井液的应用

郭厚德+王旭+黄勇

摘 要 钻井液的作用是冷却钻头、冲洗孔内岩粉、保护孔壁，利用泥浆内部的结构强度悬浮岩粉，使停钻、停泵时岩粉不至于很快沉入孔底等。而在水井钻探工程中不仅对钻井液提出以上要求，还要尽可能的使钻孔内的含水层不被钻井液中的固相材料所污染，文章阐述了低固相钻井液在阜新辉绿岩找水工程中使用的效果。

关键词 钻井液；水文钻探；辉绿岩

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0078-01

1 水文钻探工程中钻井液使用的重要性

常规钻井液的作用是冲洗孔底、携带岩屑、平衡地层压力、冷却润滑钻头、稳定井壁、悬浮岩屑、通过钻井液所带出的岩屑，可以获取地层许多信息、可将泥浆泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻进速度。

钻井液的护壁功能，是指在钻探过程中使孔壁形成一层薄而韧的泥皮，它起到了减少钻具与孔壁摩擦力，防治钻具冲击孔壁产生掉块，并且利用钻孔内钻井液所产生的静压力和造壁性能，在有裂隙、破碎掉块、缩径、坍塌、流沙层、漏失等地层钻进时，对孔壁的保护作用。

水井钻探中勘探区地层的含水性是地质构造及自然条件所形成的，我们不能够改变，所以说，含水层产水量的大小影响因素为钻井的方式、所用的完井工艺和所选取的钻井液性能。在相同钻进方法和成井工艺的基础上，那么水井周围渗透性的因素主要在所使用的钻井液性能上，影响的因素有：

1）钻井液中化学药剂进入含水层，产生不良的化学反应。

2）钻井液中的固相物质进入地层孔隙内，阻碍水流的通道。

3）使用具有固相物质的钻井液钻进时，这种钻井液就会在孔壁上形成不同质量的泥皮，从而会非常严重的影响到该含水层的产水量。

由此可见，钻井液的性能在井周渗透性恢复方面起着极其重要的作用。在实际的水文井钻探中，为护壁堵漏，常采取粘度较大的钻井液进行钻进，钻井液会带着固相侵入近井地层，堵塞原有地下流体的孔隙裂隙，使产层的渗透率降低，成井后开采时，生产井的产水量低。因此，在这类地层中钻进，护壁堵漏与保护地层渗透性成了一对特殊的矛盾。因此在水文钻探工程中一定要有预见性的制定适合本地区的钻井液配方，不但可以提高机械钻速、保障井内安全又能克服传统钻井液中固相物质对含水层的影响。

2 钻井液在辉绿岩找水中的应用

阜新市是辽宁省严重缺水的城市，以往主要开采第四系地层中的地下潜水，近几十年来，随着遍布较广的矿区采煤影响以及工农业生产和生活用水的抽取，其水位在逐年下降，个别地方已经没有潜水含水层了。部分地区的潜水虽保有一定的可开采水量，但也因遭受人为活动的影响，污染严重而无法利用。考虑到未来城市的发展，供水问题更加显得重要。本次供水水源地勘察设计把目光投向了城市周围的地下深部—阜新地区基岩地下构造裂隙水。目的是探明城市周围的地下深部—阜新地区基岩地下构造裂隙水，目标层位为开发区～东梁一带（非采矿区）阜新组地层，该地层由于断裂地质构造的发育及大范围岩浆岩侵入体的破坏（约40km2），第三系辉绿岩侵入体沿着深大断裂及地层间软弱带穿插侵入，在形成过程中对围岩造成了极大的破坏，在接触部位产生了大量的蚀变裂隙带，增加了地下储水空间，同时辉绿岩内部致密完整性特点构成了地下水阻隔和储存作用。该层段地下水一般赋存深度比较大，其补给源有一定距离（西部山区）稳定较好。可作为供水水源地有针对的进一步勘察、开发利用。

本勘探区地质构造复杂，岩性胶结不良，透水性较强，属多层破碎易坍塌掉块及漏失区。在工程初期为了不污染水层，使用清水钻进施工，由于清水没有护壁性能，井内卡钻和埋钻等安全事故频发，成井率极低。针对上述技术难题，项目部的工程技术人员设计了适合该区的钻液体系，在设计钻井液组成时充分考虑的因素有：地层中粘土和无机盐的种类及含量、地层敏感性的类型、孔喉直径以及地层水的矿化度和离子组成等。

这种钻井液可以控制岩层破碎坍塌掉块，防止裂隙地层的消耗及漏失，保证井眼畅通，又可以最大程度上保护了含水层不被污染。得出了基本配方如下：

0.1%PACL+0.1%KPAM+0.5%FL-1+0.1%XCD+0.5%SMK+0.5%SMP-1+4.0%+钠膨。

以上配方为基准配方，施工现场可以根据实际地层情况加入一些润滑剂，它与钻井液具有良好的配伍性，有效降低钻井液的摩阻系数和很强的封堵性及承压能力，它所形成封堵膜，可以降低钻井液滤失量，提高地层的承压能力。

该工程在施工两口井以后，选用了如上的低固相钻井液，结果与前两口井相比，井眼稳定性明显增强，缩径、坍塌现象很少出现，在使用清水钻进时，每天平均进尺为20 m左右，而使用该配方的低固相钻井液，每天的平均钻井度速增加了35%左右，达到了25 m～30 m进尺，各项钻探指标全部达到设计要求。

在进行抽水试验时，我们对地质条件相近的两口水井：使用清水钻进的H11井和使用钻井液钻进的H13井进行了综合对比。

H11井和H13井综合对比表

井号 井深m 完井周期d 产水量m3 备 注

H11 300 15 400 清水钻进

H13 300 10 390 钻井液钻进

从综合对比表上我们发现，产水量没有明显的变化，而钻井效率却提高了35%，这说明这种配方的钻井液对产水量造成的影响非常小，达到了预期的目的。

3 结论与建议

辉绿岩找水工程属于水文水井钻探，当遇到特殊地层时，要及时的配制了适合本地区地层特点的低固相钻井液进行钻进施工，有这样可以有效的防止含水层不被泥浆内的固相物质所污染，另外，它还简化了抽水试验过程，不必进行酸化等水井洗井工艺，缩短了完井时间，提高了钻进效率，还节省开支，带来明显的经济效益和社会效益。

建议在以后的水文水井钻探施工中，要根据施工区域的地层情况及时合理的选择钻井液配方，即能使成井率得到提高，又能使水量得到保障。另外还可以尝试采用空气钻井技术、泡沫钻井技术和专门针对水井能够自动降解的新型环保钻井液进行钻井施工。

参考文献

[1]马玉军.泥浆在钻探施工中的重要作用[J].城市建设理论研究，2012（5）.

[2]蔡记华.自动降解钻井液在水井钻探中的应用[J].煤田地质与勘探，2004（5）.

作者简介

郭厚德（1964-），男，辽宁义县人，钻探工程师，主要从事煤田地质勘探、煤层气勘探、地热井勘探和水源勘探中的钻探工作。

王旭（1978-），男，辽宁锦县人，钻探助理工程师，主要从事煤田地质勘探、煤层气勘探、地热井勘探和水源勘探中的钻探工作。endprint

摘 要 钻井液的作用是冷却钻头、冲洗孔内岩粉、保护孔壁，利用泥浆内部的结构强度悬浮岩粉，使停钻、停泵时岩粉不至于很快沉入孔底等。而在水井钻探工程中不仅对钻井液提出以上要求，还要尽可能的使钻孔内的含水层不被钻井液中的固相材料所污染，文章阐述了低固相钻井液在阜新辉绿岩找水工程中使用的效果。

关键词 钻井液；水文钻探；辉绿岩

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0078-01

1 水文钻探工程中钻井液使用的重要性

常规钻井液的作用是冲洗孔底、携带岩屑、平衡地层压力、冷却润滑钻头、稳定井壁、悬浮岩屑、通过钻井液所带出的岩屑，可以获取地层许多信息、可将泥浆泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻进速度。

钻井液的护壁功能，是指在钻探过程中使孔壁形成一层薄而韧的泥皮，它起到了减少钻具与孔壁摩擦力，防治钻具冲击孔壁产生掉块，并且利用钻孔内钻井液所产生的静压力和造壁性能，在有裂隙、破碎掉块、缩径、坍塌、流沙层、漏失等地层钻进时，对孔壁的保护作用。

水井钻探中勘探区地层的含水性是地质构造及自然条件所形成的，我们不能够改变，所以说，含水层产水量的大小影响因素为钻井的方式、所用的完井工艺和所选取的钻井液性能。在相同钻进方法和成井工艺的基础上，那么水井周围渗透性的因素主要在所使用的钻井液性能上，影响的因素有：

1）钻井液中化学药剂进入含水层，产生不良的化学反应。

2）钻井液中的固相物质进入地层孔隙内，阻碍水流的通道。

3）使用具有固相物质的钻井液钻进时，这种钻井液就会在孔壁上形成不同质量的泥皮，从而会非常严重的影响到该含水层的产水量。

由此可见，钻井液的性能在井周渗透性恢复方面起着极其重要的作用。在实际的水文井钻探中，为护壁堵漏，常采取粘度较大的钻井液进行钻进，钻井液会带着固相侵入近井地层，堵塞原有地下流体的孔隙裂隙，使产层的渗透率降低，成井后开采时，生产井的产水量低。因此，在这类地层中钻进，护壁堵漏与保护地层渗透性成了一对特殊的矛盾。因此在水文钻探工程中一定要有预见性的制定适合本地区的钻井液配方，不但可以提高机械钻速、保障井内安全又能克服传统钻井液中固相物质对含水层的影响。

2 钻井液在辉绿岩找水中的应用

阜新市是辽宁省严重缺水的城市，以往主要开采第四系地层中的地下潜水，近几十年来，随着遍布较广的矿区采煤影响以及工农业生产和生活用水的抽取，其水位在逐年下降，个别地方已经没有潜水含水层了。部分地区的潜水虽保有一定的可开采水量，但也因遭受人为活动的影响，污染严重而无法利用。考虑到未来城市的发展，供水问题更加显得重要。本次供水水源地勘察设计把目光投向了城市周围的地下深部—阜新地区基岩地下构造裂隙水。目的是探明城市周围的地下深部—阜新地区基岩地下构造裂隙水，目标层位为开发区～东梁一带（非采矿区）阜新组地层，该地层由于断裂地质构造的发育及大范围岩浆岩侵入体的破坏（约40km2），第三系辉绿岩侵入体沿着深大断裂及地层间软弱带穿插侵入，在形成过程中对围岩造成了极大的破坏，在接触部位产生了大量的蚀变裂隙带，增加了地下储水空间，同时辉绿岩内部致密完整性特点构成了地下水阻隔和储存作用。该层段地下水一般赋存深度比较大，其补给源有一定距离（西部山区）稳定较好。可作为供水水源地有针对的进一步勘察、开发利用。

本勘探区地质构造复杂，岩性胶结不良，透水性较强，属多层破碎易坍塌掉块及漏失区。在工程初期为了不污染水层，使用清水钻进施工，由于清水没有护壁性能，井内卡钻和埋钻等安全事故频发，成井率极低。针对上述技术难题，项目部的工程技术人员设计了适合该区的钻液体系，在设计钻井液组成时充分考虑的因素有：地层中粘土和无机盐的种类及含量、地层敏感性的类型、孔喉直径以及地层水的矿化度和离子组成等。

这种钻井液可以控制岩层破碎坍塌掉块，防止裂隙地层的消耗及漏失，保证井眼畅通，又可以最大程度上保护了含水层不被污染。得出了基本配方如下：

0.1%PACL+0.1%KPAM+0.5%FL-1+0.1%XCD+0.5%SMK+0.5%SMP-1+4.0%+钠膨。

以上配方为基准配方，施工现场可以根据实际地层情况加入一些润滑剂，它与钻井液具有良好的配伍性，有效降低钻井液的摩阻系数和很强的封堵性及承压能力，它所形成封堵膜，可以降低钻井液滤失量，提高地层的承压能力。

该工程在施工两口井以后，选用了如上的低固相钻井液，结果与前两口井相比，井眼稳定性明显增强，缩径、坍塌现象很少出现，在使用清水钻进时，每天平均进尺为20 m左右，而使用该配方的低固相钻井液，每天的平均钻井度速增加了35%左右，达到了25 m～30 m进尺，各项钻探指标全部达到设计要求。

在进行抽水试验时，我们对地质条件相近的两口水井：使用清水钻进的H11井和使用钻井液钻进的H13井进行了综合对比。

H11井和H13井综合对比表

井号 井深m 完井周期d 产水量m3 备 注

H11 300 15 400 清水钻进

H13 300 10 390 钻井液钻进

从综合对比表上我们发现，产水量没有明显的变化，而钻井效率却提高了35%，这说明这种配方的钻井液对产水量造成的影响非常小，达到了预期的目的。

3 结论与建议

辉绿岩找水工程属于水文水井钻探，当遇到特殊地层时，要及时的配制了适合本地区地层特点的低固相钻井液进行钻进施工，有这样可以有效的防止含水层不被泥浆内的固相物质所污染，另外，它还简化了抽水试验过程，不必进行酸化等水井洗井工艺，缩短了完井时间，提高了钻进效率，还节省开支，带来明显的经济效益和社会效益。

建议在以后的水文水井钻探施工中，要根据施工区域的地层情况及时合理的选择钻井液配方，即能使成井率得到提高，又能使水量得到保障。另外还可以尝试采用空气钻井技术、泡沫钻井技术和专门针对水井能够自动降解的新型环保钻井液进行钻井施工。

参考文献

[1]马玉军.泥浆在钻探施工中的重要作用[J].城市建设理论研究，2012（5）.

[2]蔡记华.自动降解钻井液在水井钻探中的应用[J].煤田地质与勘探，2004（5）.

作者简介

郭厚德（1964-），男，辽宁义县人，钻探工程师，主要从事煤田地质勘探、煤层气勘探、地热井勘探和水源勘探中的钻探工作。

王旭（1978-），男，辽宁锦县人，钻探助理工程师，主要从事煤田地质勘探、煤层气勘探、地热井勘探和水源勘探中的钻探工作。endprint

摘 要 钻井液的作用是冷却钻头、冲洗孔内岩粉、保护孔壁，利用泥浆内部的结构强度悬浮岩粉，使停钻、停泵时岩粉不至于很快沉入孔底等。而在水井钻探工程中不仅对钻井液提出以上要求，还要尽可能的使钻孔内的含水层不被钻井液中的固相材料所污染，文章阐述了低固相钻井液在阜新辉绿岩找水工程中使用的效果。

关键词 钻井液；水文钻探；辉绿岩

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0078-01

1 水文钻探工程中钻井液使用的重要性

常规钻井液的作用是冲洗孔底、携带岩屑、平衡地层压力、冷却润滑钻头、稳定井壁、悬浮岩屑、通过钻井液所带出的岩屑，可以获取地层许多信息、可将泥浆泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻进速度。

钻井液的护壁功能，是指在钻探过程中使孔壁形成一层薄而韧的泥皮，它起到了减少钻具与孔壁摩擦力，防治钻具冲击孔壁产生掉块，并且利用钻孔内钻井液所产生的静压力和造壁性能，在有裂隙、破碎掉块、缩径、坍塌、流沙层、漏失等地层钻进时，对孔壁的保护作用。

水井钻探中勘探区地层的含水性是地质构造及自然条件所形成的，我们不能够改变，所以说，含水层产水量的大小影响因素为钻井的方式、所用的完井工艺和所选取的钻井液性能。在相同钻进方法和成井工艺的基础上，那么水井周围渗透性的因素主要在所使用的钻井液性能上，影响的因素有：

1）钻井液中化学药剂进入含水层，产生不良的化学反应。

2）钻井液中的固相物质进入地层孔隙内，阻碍水流的通道。

3）使用具有固相物质的钻井液钻进时，这种钻井液就会在孔壁上形成不同质量的泥皮，从而会非常严重的影响到该含水层的产水量。

由此可见，钻井液的性能在井周渗透性恢复方面起着极其重要的作用。在实际的水文井钻探中，为护壁堵漏，常采取粘度较大的钻井液进行钻进，钻井液会带着固相侵入近井地层，堵塞原有地下流体的孔隙裂隙，使产层的渗透率降低，成井后开采时，生产井的产水量低。因此，在这类地层中钻进，护壁堵漏与保护地层渗透性成了一对特殊的矛盾。因此在水文钻探工程中一定要有预见性的制定适合本地区的钻井液配方，不但可以提高机械钻速、保障井内安全又能克服传统钻井液中固相物质对含水层的影响。

2 钻井液在辉绿岩找水中的应用

阜新市是辽宁省严重缺水的城市，以往主要开采第四系地层中的地下潜水，近几十年来，随着遍布较广的矿区采煤影响以及工农业生产和生活用水的抽取，其水位在逐年下降，个别地方已经没有潜水含水层了。部分地区的潜水虽保有一定的可开采水量，但也因遭受人为活动的影响，污染严重而无法利用。考虑到未来城市的发展，供水问题更加显得重要。本次供水水源地勘察设计把目光投向了城市周围的地下深部—阜新地区基岩地下构造裂隙水。目的是探明城市周围的地下深部—阜新地区基岩地下构造裂隙水，目标层位为开发区～东梁一带（非采矿区）阜新组地层，该地层由于断裂地质构造的发育及大范围岩浆岩侵入体的破坏（约40km2），第三系辉绿岩侵入体沿着深大断裂及地层间软弱带穿插侵入，在形成过程中对围岩造成了极大的破坏，在接触部位产生了大量的蚀变裂隙带，增加了地下储水空间，同时辉绿岩内部致密完整性特点构成了地下水阻隔和储存作用。该层段地下水一般赋存深度比较大，其补给源有一定距离（西部山区）稳定较好。可作为供水水源地有针对的进一步勘察、开发利用。

本勘探区地质构造复杂，岩性胶结不良，透水性较强，属多层破碎易坍塌掉块及漏失区。在工程初期为了不污染水层，使用清水钻进施工，由于清水没有护壁性能，井内卡钻和埋钻等安全事故频发，成井率极低。针对上述技术难题，项目部的工程技术人员设计了适合该区的钻液体系，在设计钻井液组成时充分考虑的因素有：地层中粘土和无机盐的种类及含量、地层敏感性的类型、孔喉直径以及地层水的矿化度和离子组成等。

这种钻井液可以控制岩层破碎坍塌掉块，防止裂隙地层的消耗及漏失，保证井眼畅通，又可以最大程度上保护了含水层不被污染。得出了基本配方如下：

0.1%PACL+0.1%KPAM+0.5%FL-1+0.1%XCD+0.5%SMK+0.5%SMP-1+4.0%+钠膨。

以上配方为基准配方，施工现场可以根据实际地层情况加入一些润滑剂，它与钻井液具有良好的配伍性，有效降低钻井液的摩阻系数和很强的封堵性及承压能力，它所形成封堵膜，可以降低钻井液滤失量，提高地层的承压能力。

该工程在施工两口井以后，选用了如上的低固相钻井液，结果与前两口井相比，井眼稳定性明显增强，缩径、坍塌现象很少出现，在使用清水钻进时，每天平均进尺为20 m左右，而使用该配方的低固相钻井液，每天的平均钻井度速增加了35%左右，达到了25 m～30 m进尺，各项钻探指标全部达到设计要求。

在进行抽水试验时，我们对地质条件相近的两口水井：使用清水钻进的H11井和使用钻井液钻进的H13井进行了综合对比。

H11井和H13井综合对比表

井号 井深m 完井周期d 产水量m3 备 注

H11 300 15 400 清水钻进

H13 300 10 390 钻井液钻进

从综合对比表上我们发现，产水量没有明显的变化，而钻井效率却提高了35%，这说明这种配方的钻井液对产水量造成的影响非常小，达到了预期的目的。

3 结论与建议

辉绿岩找水工程属于水文水井钻探，当遇到特殊地层时，要及时的配制了适合本地区地层特点的低固相钻井液进行钻进施工，有这样可以有效的防止含水层不被泥浆内的固相物质所污染，另外，它还简化了抽水试验过程，不必进行酸化等水井洗井工艺，缩短了完井时间，提高了钻进效率，还节省开支，带来明显的经济效益和社会效益。

建议在以后的水文水井钻探施工中，要根据施工区域的地层情况及时合理的选择钻井液配方，即能使成井率得到提高，又能使水量得到保障。另外还可以尝试采用空气钻井技术、泡沫钻井技术和专门针对水井能够自动降解的新型环保钻井液进行钻井施工。

参考文献

[1]马玉军.泥浆在钻探施工中的重要作用[J].城市建设理论研究，2012（5）.

[2]蔡记华.自动降解钻井液在水井钻探中的应用[J].煤田地质与勘探，2004（5）.

作者简介

郭厚德（1964-），男，辽宁义县人，钻探工程师，主要从事煤田地质勘探、煤层气勘探、地热井勘探和水源勘探中的钻探工作。

王旭（1978-），男，辽宁锦县人，钻探助理工程师，主要从事煤田地质勘探、煤层气勘探、地热井勘探和水源勘探中的钻探工作。endprint