陳錫慶，趙長亮， 付帆

(1.青海省水文地質工程地質環(huán)境地質調查院，西寧 810008； 2. 山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253072；3.北京探礦工程研究所，北京 100083)

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不分散抗鹽防塌沖洗液的研究與應用

陳錫慶1，趙長亮2， 付帆3

(1.青海省水文地質工程地質環(huán)境地質調查院，西寧 810008； 2. 山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253072；3.北京探礦工程研究所，北京 100083)

不分散抗鹽防塌沖洗液是一種針對含有可溶性礦物的松散地層研制的沖洗液體系，同時也適用于需要使用高礦化度鹵水配漿的情況。在柴達木盆地鉀礦資源調查評價項目及河南省葉舞鹽礦普查項目的成功應用表明，該沖洗液對松散地層具有良好的護壁效果，同時抗鹽能力強，可以使用高礦化度鹵水直接配制，適合用于含有巖鹽、鉀鹽的松散地層鉆探。

防塌；鹵水；沖洗液；松散地層

0 引言

松散地層[1]鉆探施工時，普遍存在孔壁膨脹縮徑、坍塌掉塊等現(xiàn)象，如果地層中含有可溶性礦物，上述現(xiàn)象會更為嚴重，嚴重影響取心質量和鉆探施工效率。北京探礦工程研究所針對這一類地層研制了不分散抗鹽防塌沖洗液體系[2]，目前已經(jīng)在《柴達木盆地鉀礦資源調查評價項目》及《河南省葉舞鹽礦普查項目》等項目中進行了應用，取得顯著成果。

1 不分散抗鹽防塌沖洗液配方及性能

1.1 不分散抗鹽防塌沖洗液配方

經(jīng)過大量室內實驗研究，最終確定鈉膨潤土作為造漿材料、增黏劑(GTQ)作為流型調節(jié)劑、降濾失劑(GPNA)和接枝淀粉[3-4]作為具有抗鹽抗鈣能力的降濾失劑、包被劑(BBJ)作為抑制劑、防塌潤滑劑(GFT)[5]作為防塌劑，另外還需要根據(jù)情況加入潤滑劑(GLUB)[6]配合使用。表1中列舉了兩組常用的不分散抗鹽防塌沖洗液配方。

1.2 不分散抗鹽防塌沖洗液性能

在室內對不分散抗鹽防塌沖洗液性能進行了評價。具體評價結果見表2。

從表2可以看出，不分散抗鹽防塌沖洗液具有較好的流變性能；API濾失量小于10 mL，形成的泥皮薄韌、質量較好，相對膨脹降低率大于80%，表現(xiàn)出良好的抑制性能和護壁性能。

沖洗液性能可依據(jù)現(xiàn)場情況在一定范圍內調節(jié)，當鉆遇地層較為松散且水敏性較強，需要降低沖洗液濾失量時，可以適當提高降濾失劑的加量；當需要提高沖洗液黏度和切力時，可適當提高增黏劑(GTQ)的加量；當需要提高沖洗液包被絮凝效果時，可適當提高包被劑的加量。

表1 不分散抗鹽防塌沖洗液配方

注：鹵水為冷湖鎮(zhèn)馬海地區(qū)地表鹵水(密度1.24 g/cm3，鈣離子濃度189 mg/L，鎂離子濃度845 mg/L)。

表2 不分散抗鹽防塌沖洗液性能

2 不分散抗鹽防塌沖洗液的應用

2.1 “青海省冷湖鎮(zhèn)馬海地區(qū)深層鹵水鉀礦預查項目”ZK5608孔和ZK7212孔施工中的應用

青海省冷湖鎮(zhèn)馬海調查區(qū)位于柴達木盆地西部中央拗陷帶的西部隆起區(qū)，北東為柴北緣褶皺帶，北西為阿爾金構造帶，南緣為昆北斷裂帶。大地構造位置屬柴達木板內裂陷盆地，在大地構造單元中屬三級構造單元，依據(jù)地臺構造發(fā)展過程的內部差異性，表層構造的形態(tài)、基底性質、各地區(qū)的構造特征，結合新生代盆地內部的隆起及沉降特征，可分出三個亞三級單元即柴北緣斷陷帶、中央拗陷帶和昆侖斷陷帶，中央拗陷帶又可分為二個四級單元西部隆起區(qū)和東部隆起區(qū)。

根據(jù)已施工鉆孔資料，該地區(qū)上中部地層一般為含粉砂的石鹽、含芒硝的石鹽、含石膏的黏土粉砂、含石膏的黏土、石鹽+黏土、黏土+石鹽、粉砂黏土等；下部是碎屑層[7]。地層中較大粒徑的礫石堅硬，可鉆性及研磨性較強，但地層松散，巖心采取率低，易造成塌孔。

此前在本地區(qū)施工時，曾采用纖維素、植物膠等處理劑配制沖洗液，但在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)水土分離現(xiàn)象，攜帶懸浮能力極差，當?shù)貙訅毫^高時，無法加重平衡地層壓力，最終無法完成施工任務。

針對上述情況，施工方?jīng)Q定采用不分散抗鹽防塌沖洗液體系。具體配方如下：鹵水+0.8%～1.0%燒堿+3%～4%鈉膨潤土+0.1%～0.3%包被劑(BBJ)+0.8%～1.2%增黏劑(GTQ)+0.8%～1.5%降濾失劑(GPNA)+1.0%～2.0%防塌潤滑劑(GFT)。

該沖洗液順利地完成了ZK5608孔和ZK7212孔共計3 404 m的鉆探施工任務，取得了比較理想的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)具有較強的抑制能力。鉆孔上部為第四系地層，下部為第三系地層，存在大段黏土含量較高的泥巖，使用該體系后全孔無縮徑現(xiàn)象，每次下鉆都能一通到底。

(2)具有很好的抗鹽抗鈣能力。施工中經(jīng)常鉆遇大段石鹽地層、石膏層，但沖洗液性能沒有明顯變化，一直保持穩(wěn)定。

(3)具有良好的懸浮能力。ZK7212孔在孔深1 503 m遇到破碎地層，孔內有掉塊現(xiàn)象，用重晶石提高沖洗液密度至1.68 g/cm3后現(xiàn)象逐漸消除。

(4)具有良好的潤滑性能，有效降低了摩擦阻力。ZK7212孔鉆至孔深800 m后，每方漿加入15 kg潤滑劑(GLUB)，泵壓由10 MPa降低至8.5 MPa，扭矩也有明顯下降，降阻效果明顯。

(5)取得了良好的經(jīng)濟效益，降低了鉆探成本。沖洗液材料成本進一步降低，由236元/米降至120元/米。而且安全快速的完成了鉆探施工，ZK7212僅用了114天就完成了2 003 m的取心工作量，并且全孔零事故。

2.2 “柴達木西部(含整裝勘查區(qū))新近紀以來固液相鉀鹽資源調查評價項目”ZK04孔的應用

該孔也是位于柴達木盆地西部中央拗陷帶，以往施工中主要存在的難點和問題主要為以下幾個方面：

(1)該地區(qū)上中部地層一般含有粉砂、黏土、石鹽、芒硝、石膏等；下部地層松散，礫石、砂石居多，巖心采取率低，且易造成塌孔。

(2)地層壓力較高。0～500 m地層壓力系數(shù)約為1.2～1.45，500～1 400 m地層壓力系數(shù)約為1.3～1.6，鉆進中會出現(xiàn)井涌現(xiàn)象。

(3)沖洗液配制采用當?shù)佧u水，鹵水礦化度較高，含有大量的高價鈣、鎂離子，密度為1.20～1.27 g/cm3，配制的沖洗液膠體率低，性能不穩(wěn)定。

針對以上情況，施工方?jīng)Q定采用不分散抗鹽防塌沖洗液。具體配方為鹵水+0.8%～1.0%燒堿+3%～4%鈉膨潤土+0.1%～0.3%包被劑(BBJ)+0.6%～1.0%增黏劑(GTQ)+0.8%～1.5%降濾失劑(GPNA)+1%～2%防塌潤滑劑(GFT)。

采用不分散抗鹽防塌沖洗液順利完成了ZK04孔1 301 m施工?，F(xiàn)場應用表明，該體系具有良好的防塌、攜帶能力，抗鹽、鈣污染能力強。

2.3 河南省葉舞鹽礦普查ZK12孔鉆探中的應用

山東省魯北地質工程勘察院承擔了河南省葉舞鹽礦普查鉆探任務。據(jù)甲方提供的地層情況，在2 150 m以深主要存在石鹽巖、石膏、巖鹽。因此決定在鉆至2 150 m時，將沖洗液由聚合物沖洗液轉化為不分散抗鹽防塌沖洗液，具體配方為：飽和鹽水+0.2%～0.5%燒堿+2%～3%鈉膨潤土+0.2%～0.3%包被劑(BBJ)+0.8%～1%增黏劑(GTQ)+0.5%～1%接枝淀粉+0.5%～1%降濾失劑(GPNA)+1%～1.5%防塌潤滑劑(GFT)。

由聚合物沖洗液體系轉化為不分散抗鹽防塌沖洗液時，首先對沖洗液進行稀釋，將沖洗液的膨潤土含量控制在40 g/L以下；然后按設計配比配制處理劑膠液，待溶解后加鹽至飽和；最后將鹽水膠液均勻混入稀釋后的沖洗液中，待性能穩(wěn)定后逐漸調節(jié)鹽含量至飽和。

現(xiàn)場應用表明，采用不分散抗鹽防塌沖洗液較好地解決了鹽礦心溶蝕問題，巖心采取率達95%以上；抑制能力強，無縮徑及坍塌掉塊現(xiàn)象；懸浮攜帶巖屑能力好，孔底清潔，下鉆順暢。

3 結論

(1)不分散抗鹽防塌沖洗液具有較好的抑制性，懸浮攜帶能力強。

(2)該沖洗液適用于含有巖鹽、巖膏、鉀鹽地層鉆進。

(3)該沖洗液可使用飽和鹽水和鹵水配制，膠體穩(wěn)定性好，護壁效果強。

(4)不分散抗鹽防塌沖洗液現(xiàn)場配制與維護簡單，便于施工人員掌握。

[1] 陶士先,李曉東,吳召明,等. 強成膜性護壁沖洗液體系的研究與應用[J]．地質與勘探,2014,50(6): 1147-1154．

[2] 紀衛(wèi)軍,張明德,趙長亮,等. 青海省冷湖鎮(zhèn)鉀礦資源調查評價項目沖洗液技術研究及應用[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,01:54-57.

[3] 胡繼良. 復雜地層地質鉆探?jīng)_洗液研究與應用[D].北京:中國地質大學(北京) ,2011．

[4] 陶士先,胡繼良,紀衛(wèi)軍. 水敏性地層鉆探用接枝淀粉聚合物泥漿體系研究[J]．地質與勘探,2012,48(5): 1029-1033.

[5] 蔡曉文,陳錫慶,熊正強,等.GFT 型防塌減阻劑的性能評價與現(xiàn)場應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程), 2014,41(7): 39-41.

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[7] 葛建兵,尹文龍. 柴達木盆地冷湖地區(qū)含鹵、涌水砂層鉆孔護壁工藝研究[C]//全國探礦工程. 2015.

2016-08-10

陳錫慶(1976-)，男，中國地質大學(武漢)土木工程專業(yè)畢業(yè)，探礦工程師，從事探礦工作，青海省水文地質工程地質環(huán)境地質調查院，青海省西寧市城西區(qū)蘇家河灣4號，Tel：18697150045，E-mail：maoren-100@163.com。

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1009-282X(2016)05-0035-03