黃于超 謝范章

（貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院,貴州 貴陽 550081）

引言

在畢節(jié)岔河勘探區(qū)實(shí)施繩索取芯鉆進(jìn)的主要"瓶頸"是復(fù)雜地層鉆進(jìn)中鉆孔護(hù)壁問題。主要有：遇水敏性地層而引發(fā)孔壁縮徑、水化膨脹；地層破碎、穩(wěn)定性較差的厚（粉）煤層出現(xiàn)鉆孔坍塌，擴(kuò)徑現(xiàn)象；由于繩索取芯鉆進(jìn)內(nèi)外環(huán)狀間隙小，沖洗液循環(huán)泵壓高，對孔壁產(chǎn)生沖刷破壞和下鉆具對孔壁產(chǎn)生激動壓力作用，都會引起憋泵、鉆桿折斷、粘附卡鉆、孔壁坍塌，鉆具下不到位等事故。這些事故的發(fā)生，無法發(fā)揮繩索取芯鉆進(jìn)的優(yōu)越性，針對岔河勘探區(qū)地層情況，使用有機(jī)處理劑（CMC）能夠有效抑制水敏性地層水化膨脹，即可解決繩索取芯鉆進(jìn)在復(fù)雜地層的護(hù)壁防塌問題。

一、鉆進(jìn)地層情況（7-3#孔）

使用CMC低固相沖洗液鉆進(jìn)的地層，主要為煤系地層，煤層厚而多，變化頻繁，巖石軟硬互層，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，大小斷層縱橫交錯(cuò)，巖性較為破碎，其主要巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，巖石可鉆性為8-10級。鉆進(jìn)中遇到構(gòu)造破碎帶，厚（粉）煤層，水敏性極強(qiáng)的泥巖等孔內(nèi)就易出現(xiàn)掉塊、煤層及泥巖坍塌等不利于鉆進(jìn)的現(xiàn)象，系極易發(fā)生孔內(nèi)事故的復(fù)雜地層。

二、CMC加量對鉆進(jìn)的影響

CMC低固相沖洗液具有較低的比重（密度），在加量小于或等于3%的情況下，具有低粘度和低動切力，適合繩索取芯鉆進(jìn)沖洗液的要求，而且CMC的靜切力變化較小，只需改變其加量，就能調(diào)節(jié)沖洗液流變性，控制層流或紊流，有利于繩索取芯鉆進(jìn)開高速，以提高小時(shí)進(jìn)尺。由于繩索取芯鉆進(jìn)的環(huán)狀間隙小，沖洗液上返速度快，低粘度，低切力有利于鉆孔孔壁的穩(wěn)定，極大的減少上下鉆具和開泵引起的壓力激動以及對孔壁的沖刷破壞，保護(hù)了孔壁。同時(shí)，CMC加量小于1.0%時(shí)，其動塑比較小（理論計(jì)算）即稀釋剪切效果不大理想，雖然不影響沖洗液的攜帶巖粉的效果，但由于沖洗液失水量較大，尤其是初失水（動失水）較大，不利于水敏性地層的護(hù)壁，但經(jīng)失水儀檢測在濾紙上形成的泥皮薄而堅(jiān)韌，有利于穩(wěn)定地層的保護(hù)孔壁，從而起到防塌作用。

三、CMC在低固相沖洗液中的作用機(jī)理

CMC是一種白色粉狀或纖維狀物資，易溶于水，形成膠狀，溶液呈中性或微堿性，有吸濕性，其粘度隨溫度升高而降低，PH 2-10穩(wěn)定，PH ＜2有固體析出，PH＞10粘度降低。在處理粘土?xí)r，主要是CMC分子中的羧基和醚氧可與粘土顆粒形成氫氧鍵吸附，而-CDONa能夠帶來電荷和水化。由于CMC是長鏈大分子，而一個(gè)大分子又能和幾個(gè)粘土顆粒相吸附并形成混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可阻止粘土細(xì)顆?；ハ嗾辰Y(jié)、變大。CMC的分子量較大時(shí)，有強(qiáng)親水基團(tuán)的長鏈環(huán)式高分子化合物，溶于水后有很高的粘度，在粘土表面形成吸附水化層，使沖洗液粘土顆粒保持較高的分散度和聚結(jié)穩(wěn)定性，形成的泥皮薄而致密。同時(shí)，CMC分子鏈間因氫鍵或與交聯(lián)劑交聯(lián)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而起到增粘和降低沖洗液失水的作用。

四、CMC低固相沖洗液現(xiàn)場配制及使用情況

根據(jù)CMC低固相沖洗液的性能特點(diǎn)，選擇了孔內(nèi)情況和地層結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜的岔河勘探區(qū)7-3#孔，該孔設(shè)計(jì)孔深820.00米，下入φ127井口套15.20米，φ89反絲技術(shù)套管118.00米。在鉆進(jìn)至780.00米時(shí)，出現(xiàn)了大面積的孔內(nèi)坍塌，坍塌孔深到520.00米在換用常用的低固相防塌泥漿后，仍在760.00米停滯。處理周期為10天，共計(jì)240小時(shí)。

（1）針對7-3#孔坍塌的情況，把CMC低固相沖洗液應(yīng)用于該孔進(jìn)行護(hù)壁防塌，7-3#孔從520.00米沖掃孔至原孔深780.00米，其中除了10層煤外，巖性主要為泥巖，泥質(zhì)粉砂巖等典型水敏性地層，而且6-3#煤、8#煤、9#煤的厚度都超過了7米（為塊、粉混合狀），520米--620米為破碎帶，其巖性為泥巖，泥質(zhì)粉砂巖，巖芯采取率僅有52.10%。CMC低固相沖洗液在沖掃孔過程中，科學(xué)合理地調(diào)整了鉆進(jìn)參數(shù),所以掃孔鉆進(jìn)時(shí)電流基本平穩(wěn)，泵壓，穩(wěn)定≥10-18個(gè)大氣壓，這次的沖掃孔護(hù)壁，直至掃到原孔深780.00m，只用了三天時(shí)間，在掃孔過的孔段，未出現(xiàn)掉塊、坍塌現(xiàn)象，五天后順利終孔電測，而且電測順利。

（2）7-3#孔施工現(xiàn)場配制：

納 粘 土：25kg; 純堿（Ma2CO3）1.00-1.50kg；

Na-CMC：1.50-3.00kg ；護(hù)壁劑：1.00-2.00kg:

鹽皂適量

（3）施工現(xiàn)場沖洗液的性能指標(biāo)：

粘度（漏斗）：20-22s

密度（杠式）：1.01-1.03g/cm3

失水量：5-10ml/30min;

含沙量：≧2%

Ph值：8--9

泥皮厚度：0.50-1.00mm

五、Na-CMC低固相沖洗液的使用效果

通過對岔河勘探區(qū)7-3#孔坍塌的處理情況表明：CMC低固相沖洗液性能良好，對繩索取芯鉆進(jìn)順利通過（沖掃孔）復(fù)雜地層，減少孔壁坍塌事故，提高鉆進(jìn)效率，降低生產(chǎn)成本有明顯的作用。

（1）CMC雖然不能快速溶解，但能形成薄而有韌性的泥皮。比重低d=1.013，在高速轉(zhuǎn)動的鉆桿內(nèi)外壁不結(jié)垢或少結(jié)垢，內(nèi)管投放和打撈較為順利，可以減少輔助時(shí)間。

（2）CMC能快速有效的抑制水敏性地層的水化膨脹，防塌效果好，攜帶巖粉能力強(qiáng)，孔底干凈，沖洗液流變性和潤滑性較好，能夠有效預(yù)防坍塌、燒鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故。

（3）與CMC配套使用的鈉土粉，具有造漿率高、低粘、低切力和良好的護(hù)壁性能，有利于高轉(zhuǎn)速和提高純鉆進(jìn)時(shí)間和效率。

六、使用中應(yīng)注意的問題

（1）配漿時(shí)，必須在攪動的水中徐徐加入，否則易結(jié)塊而不容易攪散、攪勻，因?yàn)镹a-CMC隔水性較強(qiáng)，與水接觸后，表面易形成水膜化，從而阻止水向核部滲透。

（2）在使用 CMC時(shí)，因CMC溶解慢（35min以上），為使CMC能夠快速溶解和提高粘土的分散性，應(yīng)適量的加入一定的Na2CO3和適量的表面活性劑，以保持CMC的快速溶解及改變粘土的水化性能，減少鉆桿與孔壁間的摩擦阻力，有利于提高鉆進(jìn)效率。

（3）在鉆進(jìn)過程中，CMC低固相沖洗液不斷消耗，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充。同時(shí)，水源循環(huán)系統(tǒng)要按《規(guī)程》嚴(yán)格設(shè)置并經(jīng)常打撈循環(huán)槽內(nèi)、沉淀池中的巖粉，以保持沖洗液性性能的穩(wěn)定。

七、結(jié)論

（1）優(yōu)質(zhì)鈉土粉與CMC配套使用時(shí)，造漿率高，CMC加量少，穩(wěn)定地層加量只需0.50-1.00%；復(fù)雜地層加量為±1.50-3.00%，就能起到良好的護(hù)壁防塌作用。

（2）CMC具有低粘、低失水，低切力等優(yōu)點(diǎn)，比較適合于繩索取芯鉆進(jìn)。在孔內(nèi)較為復(fù)雜的情況下，能夠起到護(hù)壁、防塌作用。

（3）Na-CMC低固相沖洗液配方簡單、易懂、易學(xué)，只須將水和Na-CMC按一定比例加在一起攪拌并預(yù)水化后即可使用，而且無腐蝕作用，抗粘土侵強(qiáng)，在鉆進(jìn)中性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，但不適用于頂漏鉆進(jìn)。

CMC低固相沖洗液通過在岔河勘探區(qū)7-3#孔的實(shí)踐應(yīng)用，效果良好，可以推廣應(yīng)用到其它勘探區(qū)的復(fù)雜地層鉆進(jìn)。

［1］李世忠主編 .巖土鉆進(jìn)工藝學(xué)[M].北京：地質(zhì)大學(xué)出版社 .1992.

［2］馬鎖柱，張海秋 .鉆探工程技術(shù)[M].鄭州：黃河水利出版社 .

［3］曾祥熹主編 .鉆孔護(hù)壁都漏原理[M].北京：地質(zhì)出版社 .1986