琿春楊金溝鎢礦多泥漿體系的應(yīng)用

鄒振山

吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局603隊，吉林 琿春 133300

1 礦區(qū)地層特點

琿春楊金溝鎢礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，2005年至2007三年施工期間遇到的鉆探問題為坍塌、掉塊、縮徑、漏失等，這些問題使得鉆探過程中多次出現(xiàn)鉆孔報廢，三年間成孔率達不到70%，鉆探生產(chǎn)極其被動，人力、物力、財力、成本大幅上升。

楊金溝鎢礦區(qū)地層概括為1～10m為表土層，10～230m分別為高嶺土泥質(zhì)巖、泥質(zhì)角礫巖，這類巖層遇水極易膨脹縮徑，造漿嚴重，屬典型的水敏性地層。施工過程中出現(xiàn)嚴重的米粒狀坍塌物并伴有滲漏，機械振動極易破碎，膠結(jié)松散，水敏性強，有的巖心用手可搓碎，巖心經(jīng)日曬后自行松散，整個礦區(qū)鉆孔均有不同程度的坍塌、掉塊、漏失現(xiàn)象，地層造漿非常強。

2 以往施工概況

2005年至2007年，先后有多支鉆探施工隊在此施工，鉆進過程極其困難，多個鉆孔出現(xiàn)坍塌、掉塊、漏失，用SM膠無粘土液及低固相泥漿護孔，也未見效。其巖粉和坍塌物有的多達5m多，撈不盡，每次下鉆都須大泵量沖掃。鉆進時阻力大、泵壓高、回次進尺僅0.5m左右，并且提鉆時不敢停車采心，而是迅速連拉帶頂把鉆具直提上來，否則便有埋鉆的危險。提上來的巖心，實際都是巖粉，原狀結(jié)構(gòu)不復(fù)存在，采心率不到70%。后采取反復(fù)灌注水泥漿、高固相泥漿護壁均未成功，3年來在此礦區(qū)報廢多個鉆孔。整個礦區(qū)施工難度極大。

2.1 施工失敗的原因分析

2.1.1 客觀原因

該礦區(qū)地層大部分呈硬脆碎，鉆孔呈現(xiàn)不同程度的漏失與坍塌，風(fēng)化地層較深，一般為50～100m，全孔段護壁鉆進困難。

2.1.2 主觀原因

職工隊伍由于以往長時間在地層較好的條件下施工，技術(shù)素質(zhì)較差，沒有復(fù)雜地層鉆進的經(jīng)驗。

2.1.3 施工工藝上的問題

（1）技術(shù)套管處理上的問題，在以前的施工中，套管事故較多，一般為下跑、反扣、折斷?；ㄙM大量的時間處理。造成這種局面的原因是沒有合理地使用套管，基本上都是在實在無法鉆進時，才想起來下套管。這時由于鉆孔已形成“大肚子”，下入的套管在鉆桿的敲擊下容易發(fā)生嚴重事故。

（2）沖洗液的類型與地層適應(yīng)性的問題∶在2005、2006、2007年的施工中，我們基本上是采用清水頂漏鉆進，勢必造成孔壁坍塌、掉塊，給施工帶來很大的困難，導(dǎo)致鉆具在孔內(nèi)工作條件差，或促成事故頻繁發(fā)生，只有在實在鉆進不下去時才組織配制一些高固相、低固相、無固相泥漿去鉆進護孔，但此時孔內(nèi)條件已經(jīng)非常復(fù)雜，無法使用泥漿進行孔壁的修復(fù)和處理，最后被迫停鉆。

（3）堵漏技術(shù)上的問題∶在堵漏方面雖然做了一些工作，但大都是一些常規(guī)方法，采用泥漿、水泥、堵漏劑等進行堵漏。由于材料單一，加之我們技術(shù)水平有限，所做工作粗淺，掌握護堵工藝較差，未能解決該礦區(qū)的堵漏問題，給施工帶來很大困難。

3 鉆探設(shè)備

XY-4型、XY-42型、XY-44型XY-5型鉆機，BW-250型衡陽泥漿泵，75 kW柴油發(fā)電機組，φ75繩索取心鉆具，17m斜塔，繩索取心絞車等。

4 室內(nèi)研究與試驗

實踐證明，復(fù)雜地層的鉆進護壁與堵漏，是需要采用多種方法綜合治理，但重點是研究漿液法護孔。這是因為當前各種高分子化學(xué)泥漿處理劑的大量涌現(xiàn)，為研制高效能的護孔液提供了可能。另外金剛石鉆進由于孔徑偏小和孔內(nèi)的環(huán)狀間隙較小，導(dǎo)致了灌注水泥漿的有效性和局限性，套管護壁對于多處長孔段坍塌、掉塊的鉆孔也是有著很大的局限性。生產(chǎn)實踐也證明：采用良好的漿液護孔，其效果、效益都占優(yōu)勢，而后遺癥較少。所以漿液的研究作為研究的重點。我隊沖洗液護孔的研究歷經(jīng)多年時間，其間，第一階段，主要是將各種水敏性巖樣進行模擬防塌試驗，進而優(yōu)選出性能良好及稀釋濃度較佳的處理劑；第二階段，采用正交實驗法大面積研配，將多種漿液與巖樣進行模擬防塌浸泡試驗，然后根據(jù)對巖樣浸泡變化的觀察分析，優(yōu)選出較佳沖洗液；第三階段，對成本高、難溶解、難采購的處理劑進行替代，爾后根據(jù)巖樣浸泡觀察分析，優(yōu)選出幾種最好的鉆孔沖洗漿液，定為多體系鉆孔漿液，該多體系鉆孔漿液的主要組份與配方如下：

（1）無固相鉆孔沖洗液∶PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO23%；CMC0.3% 。

（2）無固相鉆孔沖洗液：PHP 500×10-6；KP粉1%；Na2O.nSiO25%；CMC0.3% 。

（3）無固相鉆孔沖洗液：PHP 500×10-6；Sm膠0.8%；Na2CO35%（占Sm膠粉重）；CMC0.3%。

（4）無固相鉆孔沖洗液：PHP 200×10-6；KHm2%；PVA1%；CMC1% 。

（5）無固相鉆孔沖洗液：PHP 300×10-6；KP粉1%；KHm1.5%；CMC0.3% 。

（6）無固相鉆孔沖洗液：PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO28%；CMC0.3% 。

(7)無固相鉆孔沖洗液：CPA1%；FeCl31%；CMC0.5% 。

(8)低固相泥漿：PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO23%；CMC0.3% 。

(9)低固相泥漿：PHP 500×10-6；KP粉1%；Na2O.nSiO25%；CMC0.3% 。

(10)低固相泥漿：PHP 500×10-6；SM膠0.8%；Na2CO33%；CMC0.3% 。

(11)低固相泥漿：PHP 200×10-6；KHm2%；PVA0.6%；CMC1% 。

(12)低固相泥漿：PHP 200×10-6；Na2O.nSiO25%；XC1310.3%；CMC0.3% 。

(13)大漏失的處理方法：主要是以高分子物全絮凝堵漏和惰性材料混合堵漏。

配方：甲漿：水：PAM：粘土=100∶2∶30；乙漿：水：地勘水泥=50∶100 。

將甲乙兩漿接1∶1的比例，淺孔從孔口倒入，深孔需加工一個特殊的孔口灌注及加壓裝置，將兩漿用兩臺水泵配合，從鉆桿送出漏失層位后加壓2～3 MPa，候凝2～3 h，用低固相泥漿掃孔即可。

5 使用效果

多體系鉆孔漿液，不僅在室內(nèi)試驗具有非?？煽康淖o孔機理和效能，而且在2008年楊金溝鎢礦區(qū)鉆探生產(chǎn)中，處理嚴重和極嚴重復(fù)雜地層的護孔也取得了非常滿意的效果，被各鉆探隊普遍接受，深受歡迎。

2008年我隊楊金溝鎢礦區(qū)開始大規(guī)模的詳查開始。根據(jù)以往施工經(jīng)驗教訓(xùn)，使用了多體系鉆孔漿液全面治理，立見功效。本年度在此礦區(qū)共施工了100多個鉆孔，總進尺達40 000多米，使用此種多體系鉆孔漿液在鉆探施工過程中沒有發(fā)生過膨脹、縮徑、坍塌現(xiàn)象，井壁保持完好，井內(nèi)保持干凈，上下鉆順暢，電流、泵壓穩(wěn)定，鉆桿回轉(zhuǎn)輕快平穩(wěn)，巖心采取率保持在90%～100%之間。

例如我們在ZK8821號鉆孔施工時采用了體系6及體系11兩種泥漿配方，成功克服了此孔復(fù)雜地層條件，該孔地層復(fù)雜性為軟硬相間，完整與破碎的比例約為0.5：1，完整與破碎厚度不等，完整厚度不大于20m，破碎層不小于30m，有些孔段甚至上百米，坍塌物多為機械破碎的巖石以及斷層松散物，有時有較大的掉塊封堵孔徑，使鉆具下不到底。該孔為隨鉆漏失。漏失間距小，鉆孔漏失分為全泵量漏水和滲漏，以全泵量漏失為主，漏失多發(fā)生在破碎帶。該孔主要是裂隙漏失，裂隙分布和發(fā)育極不均勻，有水平的，斜交的，陡立的、網(wǎng)狀的裂隙，有張開連通和局部閉合的裂隙。我們在此孔的施工中交替使用泥漿體系6及泥漿體系11兩種配方，當護壁為主要矛盾時我們使用配方11泥漿進行施工，當漏失為主要矛盾時我們使用配方6泥漿進行施工，配方11具有良好的護壁功能，同時在小裂隙、小漏失地層中具有堵漏的功能，配方6泥漿具有很好的護壁功能，同時在較大裂隙較大漏失地層中具有較好的堵漏功能。配方11比較適合在深孔段地層中使用，但配制過程中比較繁瑣，需要長時間允分的攪拌，否則泥漿中的PVA不易溶解于泥漿中。

我們堅持使用此多體系鉆孔漿液，一直到2008年末在此礦區(qū)施工結(jié)束，各鉆孔得以順利完成施工，巖心采取率在90%以上。全部鉆孔施工正常，均評為一級鉆孔。楊金溝礦區(qū)復(fù)雜地層的處理實踐，進一步有力的證明：多體系鉆孔漿液有著可靠的護孔效能。

6 結(jié)論

（1）在復(fù)雜地層中采用綜合治理的護堵方法取得了積極的作用，但是對于一些采用多種手段仍難以治理的地層，在目前現(xiàn)場條件下和技術(shù)水平下，反復(fù)以各種手段護堵鉆孔做法，是不可取的。應(yīng)當以護堵為輔，堅持使用泥漿頂漏鉆進出完整巖石，以技術(shù)套管一次隔離為主的方法。

（2）及時分析情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。要根據(jù)巖層性質(zhì)和孔內(nèi)情況靈活使用泥漿，水泥高分子聚合物，絮凝物等護堵孔壁，快速突破以快脫險，完善復(fù)雜地層的鉆進方法。

（3）對于部分巖石硬脆碎取心不足的巖礦層，應(yīng)限制回次進尺，勤提鉆?？s短內(nèi)外管長度，提高單動性能。另外使用具有強護壁和交聯(lián)性能的沖洗液，提高巖礦心的采取率。

（4）認真搞好施工前的護堵工作，做好各種預(yù)防準備工作，及時采取相應(yīng)的適合的鉆進措施進行不同地層不同孔段的鉆進，以保證孔壁穩(wěn)定，防止鉆孔坍塌超徑。

（5）在漏失嚴重，巖礦破碎，孔壁不穩(wěn)定的地層施工，建議最好引進反循環(huán)連續(xù)取心技術(shù)。預(yù)計有利于保證質(zhì)量和較大幅度提高工程效率。但反循環(huán)連續(xù)取心技術(shù)目前在我國巖心鉆探中還沒有取得大面積的推廣使用，廣大鉆探職工技術(shù)人員還沒有掌握相關(guān)的技術(shù)知識及實踐經(jīng)驗。

（6）建議進一步實踐多工藝空氣鉆進技術(shù)，以泡沫泥漿鉆進技術(shù)為該復(fù)雜地層鉆進開辟新的途徑。預(yù)計會取得更好的鉆探效果及更好的經(jīng)濟效益。我隊在楊金溝一年多的生產(chǎn)實踐證明, 多體系鉆孔漿液在水敏性、力學(xué)不穩(wěn)定地層、強造漿地層、漏失地層中有其獨特的不可替代的作用。

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[3] 胡耿寰.我國鉆井液技術(shù)發(fā)展近況[J]. 探礦工程, 1992.

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