黃衛(wèi)東，付 帆，陶士先

(1．中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)青海分隊(duì)，青海 西寧810000;2．北京探礦工程研究所，北京100083)

農(nóng)波礦區(qū)地理位置上位于東南亞老撾國(guó)中部甘蒙省農(nóng)波縣的南部地區(qū)，與泰國(guó)僅湄公河隔河相望。該區(qū)地勢(shì)平緩，海拔一般在140～150 m之間［1］。農(nóng)波礦區(qū)所處的呵叻高原，鉀鹽儲(chǔ)量相當(dāng)豐富，根據(jù)最新的勘查數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)呵叻高原鉀鹽礦儲(chǔ)量能達(dá)420億t［2］，其中農(nóng)波礦區(qū)的鉀鹽礦儲(chǔ)量可達(dá)數(shù)十億噸［1］。老撾PT有限公司經(jīng)老撾政府批準(zhǔn)獲得該礦區(qū)南部的部分探礦權(quán)，中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)承擔(dān)了該探礦權(quán)區(qū)中16個(gè)孔的鉆探工作。

1 地質(zhì)及地層概況

工作區(qū)位于老撾甘蒙省農(nóng)波縣南部，沙空那空盆地的南東緣，基底最大埋深約750 m。近河岸地段由第四系砂礫石層覆蓋(厚2～21 m)，遠(yuǎn)河岸地段由耕土或腐殖土覆蓋(0.1～0.5 m)，覆蓋層下部為第三系紅色砂巖、泥巖。地層自上而下分述如下。

(1)第四系(Q):現(xiàn)代河漫灘沖積沉積，灰黃、灰白色砂、砂土、砂質(zhì)粘土，厚2～8 m;一級(jí)階地堆積:灰白、淺灰色中～細(xì)礫石、砂礫、砂質(zhì)粘土，厚8～21 m。

(2)下第三系(E):

①古新統(tǒng)—始新統(tǒng)班塔博組(E1－2bt):上部為紅褐色厚層狀泥巖，裂隙發(fā)育，沿裂隙充填石膏、硬石膏及白云石;下部為灰紫色微～細(xì)粒厚層狀砂巖、粉砂巖，具平行層理，大型槽狀、楔狀層理，厚74 m;

②古新統(tǒng)塔貢組(E1tg):乳白、白、灰、淡紅等色膏鹽層與棕紅、紫紅色中～厚層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖組成的3個(gè)沉積旋回。鉀鎂鹽礦主要賦存在下部旋回中。粉砂質(zhì)泥巖中同生泥礫及鈣質(zhì)結(jié)核。粗粉砂巖、細(xì)砂巖中具小型楔狀、槽狀層理。厚350 m，主要分布于工作區(qū)及以東的深部地段。

(3)白堊系上統(tǒng)(K2):淺灰、灰紫色塊狀石英質(zhì)細(xì)～中砂礫巖夾同色厚層狀含礫中細(xì)巖屑石英砂巖及少量中層狀復(fù)合成分中～粗礫巖。具大型板狀、楔狀交錯(cuò)層理。主要出露于盆地邊緣和工作區(qū)以東丘陵地帶。

(4)侏羅系(J):

①侏羅系中統(tǒng)班辛黑組(J3bh):紫紅、暗紫色中薄層狀細(xì)粒(鈣質(zhì))巖屑長(zhǎng)石砂巖夾粉砂鈣質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。具小型板狀、楔狀交錯(cuò)層理，底部具沖刷構(gòu)造。出露于工作區(qū)東部。

②侏羅系下～中統(tǒng)班辛黑組(J1－2bh):紫紅、暗紫、灰綠色薄～中層狀粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)～微粒巖屑石英砂巖及少量鈣質(zhì)泥巖等。粉砂巖、細(xì)～微粒巖屑石英砂巖中發(fā)育小型板狀、槽狀交錯(cuò)層理。出露于工作區(qū)東南一帶。

以中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)承擔(dān)的礦區(qū)鉆孔ZK01為例，說(shuō)明該礦區(qū)具體巖性情況(見(jiàn)表1)。

表1 農(nóng)波礦區(qū)南部ZK01孔巖性

觀察農(nóng)波礦區(qū)南部ZK01孔巖性情況可以發(fā)現(xiàn)，該探礦權(quán)區(qū)內(nèi)，在0～140 m地層中主要存在泥巖，其中還夾雜著砂礫、石膏。在140～371 m地層之間主要存在光鹵石、石膏、石鹽、鉀石鹽。光鹵石的主要成分為鉀、鎂的鹵化物礦物，一般形成于石膏、硬石膏、石鹽和鉀石鹽連續(xù)沉積的蒸發(fā)巖地層中。

2 主要鉆探設(shè)備及孔身結(jié)構(gòu)

農(nóng)波礦區(qū)南部ZK01孔采用提鉆取心，使用XY－42型鉆機(jī)及其配套設(shè)備。一開(kāi)為1～18 m，孔口直徑150 mm，二開(kāi)直徑120 mm，直至孔底。

3 鉆井液的選擇

從農(nóng)波礦區(qū)南部ZK01孔巖性情況可以發(fā)現(xiàn)，本探礦權(quán)區(qū)地層中存在大量的石鹽、鉀石鹽和光鹵石。由于地層中的鉀石鹽和光鹵石為易溶性鹽，如采用一般水基沖洗液，鉆進(jìn)過(guò)程中鹽會(huì)不斷地溶于沖洗液中，不僅影響沖洗液性能和孔壁穩(wěn)定，還會(huì)出現(xiàn)巖心溶蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響巖心采取率。根據(jù)上述情況，需要選用具有良好抗無(wú)機(jī)電解質(zhì)污染作用的泥漿處理劑，并在沖洗液中加入易溶鹽，以有效解決巖心溶蝕問(wèn)題，從而起到護(hù)壁保心、提高巖心采取率的作用。

2001年1月～2003年11月，云南地礦勘查工程總公司在萬(wàn)象盆地進(jìn)行了鉀鹽預(yù)查及普查工作，在此期間，針對(duì)極易溶于水的含光鹵石、鉀石鹽的地層(即含鉀鎂鹽的礦層)，一直都沒(méi)有找到適用的鉆井沖洗液。采用飽和鹽水(氯化鈉)沖洗液雖可避免巖鹽地層巖心溶蝕，但無(wú)法阻止鉀鎂鹽礦層巖心的溶蝕。迫于無(wú)奈，大多數(shù)鉆孔使用柴油作為鉆孔沖洗液。但柴油作為鉆孔沖洗液，除了避免礦層溶蝕外，無(wú)法滿足諸如懸浮攜帶鉆屑(巖粉)、護(hù)壁堵漏等鉆探對(duì)沖洗液的其他基本要求(沖洗液性能見(jiàn)表2)，同時(shí)還會(huì)伴隨難以處理的污染問(wèn)題和鉆探成本居高不下等問(wèn)題。事實(shí)證明，使用柴油作為沖洗液時(shí)，常發(fā)生卡鉆、埋鉆等鉆孔事故。所以，急需一種適用于當(dāng)?shù)氐貙忧闆r的沖洗液。

北京探礦工程研究所研制的抗污染多功能劑［3］是一種將酰胺基(—CONH2)和羧鈉基(—COONa)及其它抗污染分子基團(tuán)引入鈉膨潤(rùn)土中改性膨潤(rùn)土材料，具有較強(qiáng)的耐鹽及抗污染能力。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將其與鹽水和易溶鹽(鎂基)沖洗液配合使用可以滿足各種鉆探工藝需求，施工中取得較為理想的效果。柴油、飽和鹽水和鎂基多功能劑沖洗液基本參數(shù)性能對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 柴油、飽和鹽水和鎂基多功能劑沖洗液基本參數(shù)性能對(duì)比

從表2可以看出，與另外2種沖洗液相比，鎂基多功能劑沖洗液具有較好的流變性能、相對(duì)較低的濾失量，礦心溶蝕性較小，既可以滿足懸浮攜帶巖屑、護(hù)壁堵漏等基本要求，又可以保護(hù)礦層及巖心，適用于鉀鎂鹽礦床鉆探。通過(guò)成本對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，與柴油沖洗液相比鎂基多功能劑沖洗液節(jié)約成本效果顯著，可節(jié)約成本84%。最終，老撾鉀鎂鹽鉆探項(xiàng)目全部采用鎂基多功能劑沖洗液。

4 鉆井液的配制及性能

在上部地層，可直接采用淡水配制的多功能劑沖洗液。當(dāng)鉆遇石鹽、鉀石鹽或光鹵石地層時(shí)，在沖洗液中加入一定量氯化鈉或氯化鎂，配制成鹽水或鎂基沖洗液體系完成該探礦權(quán)區(qū)的鉆探任務(wù)。沖洗液具體配方及配制方法如下。

配方:1 m3淡水+25 kg多功能劑(MBM)+鹽。

配制方法:按上述配方加量將多功能劑加入到水中，攪拌0.5～1 h即可使用。當(dāng)鉆遇鹽巖層或光鹵石地層時(shí)，加入250～300 kg氯化鈉或氯化鎂，轉(zhuǎn)變?yōu)辂}水或鎂基沖洗液。沖洗液基本性能見(jiàn)表3。

從表3可以看出，采用淡水配制的多功能劑沖洗液在孔內(nèi)循環(huán)48 h后，各方面性能變化不大，并且粘度不高，有利于巖屑在地表的沉降。將現(xiàn)有沖洗液轉(zhuǎn)化為鹽水或鎂基沖洗液時(shí)，流變性能沒(méi)有明顯變化，攜帶與沉降性能均保持較好。

表3 現(xiàn)場(chǎng)沖洗液基本參數(shù)性能

5 現(xiàn)場(chǎng)使用效果

現(xiàn)場(chǎng)采用多功能抗污染劑完成本探礦權(quán)區(qū)地層全部5246.61 m鉆進(jìn)工作，并且取得了比較理想的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)該沖洗液具有較強(qiáng)的耐鹽及抗污染能力。全孔140 m以后基本上都是含鹽地層，轉(zhuǎn)化為鹽水或者鎂基沖洗液后，沖洗液性能沒(méi)有明顯變化。隨著新漿的不斷加入，泥漿的基本性能都維持在較好的水平。

(2)采用鹽水和鎂基沖洗液很好地解決了巖心溶蝕問(wèn)題，石鹽表面光滑無(wú)溶蝕，鉀石鹽和光鹵石表面有少量溶蝕，滿足了地質(zhì)取樣的要求。在鉆進(jìn)過(guò)程中巖心采取率達(dá)到90%以上(見(jiàn)圖1和圖2)。

圖1 石鹽、鉀石鹽巖心照片

圖2 光鹵石巖心照片

(3)具有良好的懸浮攜帶能力。泥漿可以順利將鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的鉆屑、泥沙帶出，保持孔底清潔。

(4)對(duì)泥巖具有較強(qiáng)的抑制水化分解能力。一般在沙層和泥巖的鉆進(jìn)中，易出現(xiàn)塌孔、縮徑等現(xiàn)象。使用多功能劑體系泥漿無(wú)這類現(xiàn)象出現(xiàn)，鉆進(jìn)極為順利，每次下鉆都能一通到底。

(5)使用和維護(hù)便捷簡(jiǎn)單。采用多功能劑，大大簡(jiǎn)化了配漿過(guò)程，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，不需要特殊維護(hù)，極為方便。

6 結(jié)論

(1)采用多功能劑配制漿液時(shí)，僅需用2.5%左右的多功能劑直接與水混合攪拌，不需再加入其他鉆井液處理劑，所配制的鉆井液各項(xiàng)性能即可滿足鉆探要求。該鉆井液配制使用簡(jiǎn)便，非常適合在野外地質(zhì)鉆探中使用。

(2)當(dāng)?shù)貙又写嬖谝兹苄喳}，巖心易出現(xiàn)溶蝕情況時(shí)，可將多功能劑沖洗液中加入易溶鹽(鎂基)轉(zhuǎn)換成易溶鹽(鎂基)多功能劑沖洗液，達(dá)到保護(hù)礦層和巖心，保障巖心采取率的目的。

(3)與以往常用的柴油沖洗液相比，鎂基多功能劑沖洗液不僅可以滿足鉆探工藝的需求，又可以極大的節(jié)約鉆探成本。

(4)通過(guò)在老撾農(nóng)波礦區(qū)南部的成功應(yīng)用，證明該多功能劑在易溶鹽(鎂基)沖洗液中具有較強(qiáng)的耐鹽、抗污染和增粘能力，并且對(duì)泥巖具有較強(qiáng)的水化分解抑制作用。采用其配制的鹽水和易溶鹽(鎂基)多功能劑沖洗液體系具有較好的護(hù)壁及保心作用，適合于在易溶鹽鉆探和鉀鹽鉆探中使用。

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