摘要
在河南驻马店地区覆盖层钻探过程中，钻遇第四系黏土层、砂质泥岩、松散砂砾岩和泥岩不等厚互层，钻孔护壁难度大，容易发生掉块卡钻、塌孔埋钻等事故，取心困难。根据地质情况及区内钻孔施工资料，采用双聚防塌冲洗液，通过现场试验应用，在长孔段裸眼提钻取心钻进过程中，孔壁稳定性较好，未发生掉块、坍塌等现象，岩心采取率满足地质设计要求，减少了套管下入深度，节约了施工成本。
东部地区战略性矿产靶区查证技术支撑项目河南驻马店工作区地处河南省南部，位于南襄盆地中独立单元的泌阳凹陷内。2024年，钻探过程中遇到第四系黏土层、砂质泥岩、松散砂砾岩和泥岩不等厚互层，孔壁失稳，发生卡钻事故。
在河南驻马店覆盖层中钻遇第四系黏土层、砂质泥岩、松散砂砾岩和泥岩不等厚互层，在采用膨润土基冲洗液钻进时，因孔内掉块严重导致孔壁失稳，发生卡钻事故，最终钻孔报废、挪孔，后通过双聚防塌冲洗液的现场应用，较好的维持了孔壁的稳定，确保了钻探施工的顺利开展。
工作区地处东秦岭造山带，属于晚中生代—新生代形成的“后造山期”断陷-拗陷型盆地。地层基底为前白垩系变质岩及岩浆岩等柔性基底，沉积盖层为上白垩统及古近系、新近系、第四系。ZKBY05钻孔钻遇地层岩性情况见
| 深度/m | 岩 性 | 特 点 |
|---|---|---|
| 0~85 | 第四系黏土层，局部有弱胶结砂砾岩 | 地层易造浆，钻孔易缩径 |
| 85~127 | 古近系钻遇廖庄组棕红-灰绿色砂质泥岩 | 地层坚硬易打滑，进尺慢 |
| 127~450.2 | 古近系核桃园组破碎松散的砂砾岩和泥岩不等厚互层 | 岩石胶结性差，回转阻力大，回次进尺少，钻孔护壁难度大，容易发生掉块卡钻、塌孔埋钻等事故，取心困难 |
ZKBY05钻孔设计孔深450 m，ZKBY04钻孔设计孔深400 m，要求终孔直径>110 mm，岩心直径>60 mm，全孔取心，全孔岩心采取率≮65%，核桃园组岩心采取率≮75%，矿层回次进尺≯1.00 m，矿层岩心采取率≮85%，每50 m测斜一次，钻孔弯曲度<2°/100 m。
ZKBY05和ZKBY04钻孔均为全孔取心，既要采取岩心样品，研究填充序列、查明地层结构，也要进行必要的水文观测，对钻进过程中水文情况进行详细记录，钻进完成后做水位观测，揭示地下水特征。选用XY-6B型立轴钻机钻进，配备BW300型泥浆泵，采用提钻取心工艺。
ZKBY05钻孔原孔2024年5月20日开孔，钻进至201 m处发生卡钻事故，于2024年6月10日重新开孔，2024年7月8日终孔，终孔深度450.20 m，终孔口径Ø110 mm。采用两开钻孔结构，一开采用Ø130 mm PDC钻头+Ø127 mm单管取心钻具+Ø91 mm绳索取心钻杆，钻进至9 m，下入Ø127 mm表层套管；二开采用Ø110 mm PDC钻头+Ø108 mm单管取心钻具+Ø91 mm或Ø71 mm绳索取心钻杆，钻进至终孔。钻孔结构见
图1 ZKBY05钻孔结构
Fig.1 Structure of ZKBY05 hole
ZKBY04钻孔于2024年7月29日开孔，2024年8月26日终孔，终孔深度400.20 m，终孔口径Ø110 mm。采用两开钻孔结构，一开采用Ø130 mm PDC钻头+Ø127 mm单管取心钻具+Ø71 mm绳索取心钻杆”钻进至9 m，下入Ø127 mm表层套管；二开采用“Ø110 mm PDC钻头+Ø108 mm单管取心钻具+Ø71 mm绳索取心钻杆”钻进至终孔。
（1）第四系黏土地层易水化造浆，使冲洗液黏度增加，导致孔壁缩径。ZKBY05钻孔0~85 m为第四系土黄色泥岩，局部有弱胶结砂砾岩（见
图2 0~85 m地层岩心照片
Fig.2 Core in 0~85m
（2）泥岩地层坚硬易打滑，地层造浆导致冲洗液黏度增加。ZKBY05钻孔85~96 m分布有棕红色泥岩，96~127 m为灰绿色砂质泥岩（见
图3 85~127 m泥岩地层岩心照片
Fig.3 Core photo of mudstone in 85~127m
（3）松散砂岩与泥岩互层孔段，地层胶结性差、取心困难，钻孔护壁难度大，容易发生掉块卡钻、塌孔埋钻等事故。ZKBY05钻孔重新开孔后，127~450.20 m为核桃园组灰绿色含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、泥岩互层（见
图4 127~450.2 m砾石-粗砂-中砂-细砂互层岩心
Fig.4 Cores of interbedded gravel-coarse sand-medium gravel-fine sand in 127~450.2m
由于工作区地层复杂，岩性变化快，提钻取心工艺孔内冲洗液静置时间长，钻孔护壁难度大。ZKBY05钻孔原孔2024年5月20日开孔，下入174 m Ø127 mm套管，使用膨润土基冲洗液钻进至201.60 m时发生卡钻事故，导致钻孔报废，126 m套管未取出。
为保证在该地区钻孔顺利施工，开展了区域地质资料、钻孔施工及冲洗液使用情况调研与分析，部分钻孔存在因孔壁失稳引发的卡钻事故。通过前期测井资料与岩心分析，孔径较大段多为地层破碎或不成岩孔段，地层渗透性强，冲洗液滤液易渗入地层微裂隙中引起剥蚀脱落，导致孔壁失
| 组分名称 | 主要作用 |
|---|---|
| 膨润土 | 造浆材料，作为提黏和降失水的基础材料 |
| 烧碱 | 调节冲洗液的PH值 |
| 改性沥青(GLA) | 抑制泥岩膨胀和降失水，保护孔壁 |
| 降失水剂(GPNH) | 降低冲洗液的滤失量，形成优质的泥饼 |
| 封堵剂(GFD-1) | 封堵地层孔隙和微裂隙，降低冲洗液滤失量和保护孔壁 |
| 增黏剂(GTQ) | 提高冲洗液的黏度，增强悬浮和携带岩屑能力 |
| 包被剂(GBBJ) | 絮凝包被作用，抑制泥岩等岩粉分散 |
现场采用淡水配制冲洗液，具体配方为：1
现场冲洗液性能为：密度1.08~1.20 g/c
在搅拌罐中放入清水，加入膨润土，搅拌10 min；再按照配方依次加入降失水剂、改性沥青和封堵剂，搅拌5~10 min；再加入经高速搅拌机搅拌后的包被剂胶液，搅拌20~30 min；最后加入稀释的烧碱溶液，搅拌15~30 min后即可使用。
现场使用和维护注意以下几个方面：
（1）在配制冲洗液时，按配方的顺序依次加入，每一种材料搅匀后再加入下一种材料，其中包被剂高速搅拌均匀，防止结团，造成材料浪费或堵塞莲蓬头。
（2）在冲洗液循环使用过程中，要定期测定冲洗液性能并注意观察岩心的状态，及时调整好冲洗液的性能参数。
（3）采用提钻取心钻进工艺，环空间隙大，冲洗液黏度应控制在50~60 s，需根据黏度情况适当增减膨润土加量。
（4）在弱胶结、松散的砂岩地层中钻进时，应提高封堵剂用量，保持冲洗液较低的滤失量，滤失量控制在10 mL/30 min以内；若滤失量偏大，则提高降失水剂的加量，以维护好孔壁安全。
（5）为了使岩粉有效沉淀，并保证冲洗液性能的稳定性，现场设置了长距离的冲洗液循环槽，配制了3个1
ZKBY05钻孔6月10日重新开孔，使用双聚防塌冲洗液，下入9 m Ø127 mm套管，7月8日终孔，终孔孔深450.20 m。ZKBY04钻孔使用双聚防塌冲洗液，7月29日开孔，下入9 m Ø127 mm套管，8月26日终孔，终孔孔深400.20 m。ZKBY04钻孔虽然孔深较浅，但存在多处放射性异常孔段，矿层厚度较大，为保证矿层岩心采取率，提钻取心回次进尺≯1.00 m，台月效率相对较低。
（1）具有良好的防塌护壁性能。双聚防塌冲洗液很好地发挥了防塌护壁效果，ZKBY05钻孔新孔、ZKBY04钻孔没有发生坍塌或掉块卡钻事故，确保了钻进工作的顺利实施。而且，得益于双聚防塌冲洗液良好的护壁性能，有效保证了复杂地层孔壁安全，节约了套管的使用。
（2）具有较好的悬浮及携带岩粉性能。ZKY05钻孔原孔使用膨润土基冲洗液时，每次下钻都需要冲孔、扫孔。ZKBY05钻孔新孔、ZKBY04钻孔使用双聚防塌冲洗液后，冲洗液能够保持较高的黏度和动塑比，在低泵量（40 L/min）、大环空间隙的情况下，仍能较好地将孔内岩粉携带至地表，孔内较为清洁，存留岩粉较少，全孔提钻取心过程很顺畅，终孔后物探测井探头一次性测至孔底，成功取得了完整的测井资料。
（3）具有良好的护心性能。双聚防塌冲洗液具有良好的抑制性和降滤失性能，能够在岩心表面形成一层薄而致密的泥皮，减弱了冲洗液对松散岩心的冲刷（冲洗液未进入岩心内部），并能抑制泥岩水化膨胀，全孔岩心采取率逐步提高至94%，实现高质量地获取岩心实物。岩心照片见
图5 不同冲洗液的护心效果对比
Fig.5 Comparison of the “core protection” effect using different drilling fluids
| 孔 号 | 孔深/m | 岩心采取率/% |
|---|---|---|
| ZKBY05 | 450.20 | 84 |
| ZKBY04 | 400.20 | 94 |
（4）节约了施工成本。由于冲洗液性能好且易于维护操作，ZKBY05钻孔新孔、ZKBY04钻孔采用双聚防塌冲洗液后，孔壁稳定性高，长孔段裸眼钻进过程中没有发生孔内事故，全孔施工顺利，减少了扫孔冲孔、补采岩心等辅助工作时间，提高了钻探施工效率，避免了长孔段下套管的风险，有效节约了人工和材料成本，提高了经济效益。
（1）对于复杂地层钻探施工，选择合适的冲洗液体系至关重要，合理的冲洗液技术能保证孔壁稳定的同时，大大缩减钻进辅助工作时间，确保钻探施工安全顺利、经济高效。
（2）双聚防塌冲洗液在河南驻马店地区覆盖层钻进中应用效果显著，孔壁稳定性较好，全孔提钻取心顺畅，岩心采取率达到94%，符合地质设计要求，终孔后测井工作安全顺利。
（3）双聚防塌冲洗液的应用有效解决了黏土层缩径造浆、松散砂岩孔壁不稳定、取心困难等难题，保证了长孔段裸眼钻进过程中孔壁的稳定，避免了缩径掉块、坍塌埋钻等事故的发生，大幅度减少了下入套管的数量，避免了套管回收的风险，节约了施工成本。
（4）长孔段裸眼钻进选用的冲洗液必须满足不同地层的护壁要求，选用适合的冲洗液体系同时，应做好冲洗液的日常维护，控制有害固相的含量，确保冲洗液的性能稳定。此外，还要严格控制起下钻速度，避免孔内压力波动过大造成强抽吸作用而引发孔壁失稳。
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