陳 燦， 王 暢

(湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì)，湖南 衡陽(yáng) 421001)

1 工程概述

仙人巖礦區(qū)地層十分復(fù)雜，主要地層依次為紅土夾角礫、硅化破碎角礫巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、矽卡巖、接觸破碎角礫巖、鐵帽等。巖層松散、破碎、軟硬交替，極易出現(xiàn)鉆進(jìn)憋泵，井壁縮徑、坍塌等各種情況，甚至引發(fā)嚴(yán)重孔內(nèi)事故。為此，我隊(duì)積極與科研院所，鉆頭、鉆具及生產(chǎn)沖洗液材料的廠家進(jìn)行合作攻關(guān)，經(jīng)過(guò)8個(gè)月的攻關(guān)試驗(yàn)研究和反復(fù)摸索，形成了一套適合該礦區(qū)鉆探事故護(hù)壁堵漏的技術(shù)體系。

2 鉆孔護(hù)壁方法

2.1 沖洗液體系和配方設(shè)計(jì)

(1)一開(kāi)、二開(kāi)選擇預(yù)水化膨潤(rùn)土沖洗液。

基本配方：生產(chǎn)水+5%～6%鈉膨潤(rùn)土+0.1%Na2CO3+0.1～0.3%CMC。

處理添加劑：0.5%～0.8%NH4HPAN。

(2)三開(kāi)選擇鉀基聚合物沖洗液。

基本配方：生產(chǎn)水+4%～5%膨潤(rùn)土+0.1%Na2CO3+0.1%NaOH+0.2%KHPAM+0.1%80A51+0.1%～0.3%CMC。

處理添加劑：0.5%～0.8%NH4HPAN。

(3)四開(kāi)選擇鉀基聚合物防塌沖洗液。

基本配方：生產(chǎn)水+4%～5%膨潤(rùn)土+1%～2%KCl+0.1%Na2CO3+0.1%NaOH+0.2%KHPAM+0.1% 80A51+0.1%～0.3% CMC+1%～2% OSAMK+1%～2% SAS。

處理添加劑：0.5%～0.8%NH4HPAN。

所選的3種沖洗液性能參數(shù)如表1所示。

表1 所選3種沖洗液的主要性能

2.2 沖洗液的配制

(1)嚴(yán)選優(yōu)質(zhì)沖洗液材料的材料采購(gòu)盡量要選擇品質(zhì)高，質(zhì)量好的廠家，樣品送到現(xiàn)場(chǎng)必須經(jīng)過(guò)性能試驗(yàn)檢測(cè)，例如增粘劑的粘度，膨潤(rùn)土的含砂量、造漿率等性能指標(biāo)，須檢測(cè)合格方可使用，對(duì)于不合格產(chǎn)品堅(jiān)決不使用，否則會(huì)嚴(yán)重影響沖洗液的質(zhì)量。

(2)根據(jù)沖洗液各材料的性能提前浸泡材料。由于各種材料的溶解原理不同，所需溶解的時(shí)間差異較大，所以必須根據(jù)各材料性能分別浸泡，才能發(fā)揮沖洗液的作用。

(3)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)沖洗液配比添加材料。材料添加要按照設(shè)計(jì)順序依次添加，盡量避免出現(xiàn)絮凝等現(xiàn)象。

(4)攪拌充分。每加入一種材料都要充分?jǐn)嚢璞３?0～15 min，使其能夠充分接觸融合，發(fā)揮沖洗液最大功效。

2.3 沖洗液性能維護(hù)

(1)做好沖洗液的監(jiān)測(cè)，隨時(shí)注意沖洗液的返量，及時(shí)做好增添。定時(shí)做好沖洗液各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的取樣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，保證沖洗液性能的穩(wěn)定。

(2)及時(shí)清理沖洗液中巖屑，保證沖洗液的性能。掃孔及正常鉆進(jìn)過(guò)程中，都會(huì)攜帶大量巖屑，必須及時(shí)進(jìn)行清理，才能保證沖洗液攜帶巖屑能力，避免出現(xiàn)卡鉆等事故發(fā)生。

(3)適當(dāng)加長(zhǎng)沖洗液循環(huán)槽的長(zhǎng)度及沉淀池?cái)?shù)量，能夠有力于巖屑的沉淀，并且及時(shí)進(jìn)行巖屑清除，有利于保證沖洗液性能穩(wěn)定。

(4)做好沖洗液循環(huán)線路的防水設(shè)施，避免雨水及其他物質(zhì)混入沖洗液中，破壞沖洗液的性能，進(jìn)而影響孔壁的穩(wěn)定。

3 鉆孔堵漏

遇到小漏失地層時(shí)，采用鋸末灰、谷殼、CMC或聚丙烯酰胺、膨潤(rùn)土混合而成堵漏材料來(lái)進(jìn)行堵漏；遇到中等漏失地層時(shí)，采用鋸末灰、谷殼、CMC或聚丙烯酰胺、海帶等混合而成堵漏材料來(lái)進(jìn)行堵漏；遇到大漏失地層時(shí)，采用樹(shù)枝或稻草、谷殼、CMC或聚丙烯酰胺、海帶、膨潤(rùn)土等混合而成堵漏材料來(lái)進(jìn)行堵漏。在以上堵漏材料未達(dá)到效果，井內(nèi)漏失情況不明或全漏失時(shí)，則采用水泥灌注方法進(jìn)行堵漏。

表2 堵漏配方

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4.1 鉆孔堵漏研究情況

正常情況下我們按原設(shè)計(jì)對(duì)鉆孔漏失地層進(jìn)行堵漏，但在堵漏無(wú)效的情況下也采用了設(shè)計(jì)外的堵漏方式。新采用了北京探礦工程研究所提供的復(fù)合型堵漏劑及其他堵漏方式。

以ZK6A03孔為例，該鉆孔在29.20～32.4 m處有老窿，該礦區(qū)地板巖石較松動(dòng)、破碎，經(jīng)常性出現(xiàn)垮孔，且全孔漏水，基本上每次鉆進(jìn)此處都要進(jìn)行掃孔，鉆頭的內(nèi)徑磨損很大。通過(guò)多次實(shí)踐后，采用以下方法可以取得不錯(cuò)效果：先采用水泥將周?chē)膸r層加固，保持巖層的穩(wěn)定性，防止垮孔。取心時(shí)，采用繩索送入內(nèi)管方法進(jìn)行取心，當(dāng)內(nèi)管到位后，從井口用泵注入大排量的沖洗液，使管內(nèi)有足夠的沖洗液，投入脫卡器脫卡，達(dá)到脫卡的效果。穿過(guò)老窿10～15 m后，下入套管，注入水泥，封住套管底部后變徑施工。下入套管隔離后，又遇下部地層復(fù)雜，全孔漏水，繼而采用人工從鉆桿投入高泵壓掃壓的方法，將已配好的堵漏材料壓入裂隙，達(dá)到良好的堵漏效果。具體配料成分及比例：15 kg樹(shù)枝+80 kg谷殼+15 kg聚丙烯酰胺+30 kg海帶+40 kg膨潤(rùn)土+20 kg水。

當(dāng)鉆進(jìn)施工地層為第四系高嶺土?xí)r，極易導(dǎo)致全孔漏水，采用“鋸木灰+谷顆+包被劑”方法進(jìn)行堵漏。此方法堵漏無(wú)效后采用灌注大排水泥灌注法。此灌注法必須將水泥的水灰比控制在0.4～0.5，通過(guò)水泵壓入井底，使水泥漿充分壓入孔壁間隙。采用灌注大排量水泥的方法進(jìn)行堵漏，該方法能夠達(dá)到不錯(cuò)的效果。

ZK0603孔堵漏處理情況又不同，圖1為ZK0603孔部分巖心，該鉆孔鉆進(jìn)至150 m時(shí)，地層開(kāi)始不斷的反復(fù)變化，在長(zhǎng)7 m的巖心中，巖性就出現(xiàn)6種變化，增加了鉆孔的施工難度。在灌注水泥無(wú)明顯作用的情況下，我們采用了每班堵漏的辦法，堵住漏水層，使孔內(nèi)有循環(huán)液返上來(lái)，以減少井故發(fā)生的幾率。但是這種堵漏，不能再采用上述的辦法和材料，我們用一種帶有膨脹性質(zhì)的油溶性聚氨酯堵漏劑混合鋸末灰、稻谷的方式來(lái)堵漏，堵漏材料采用油溶性聚氨酯，油溶性聚氨酯具有很強(qiáng)的吸水膨脹性能,可膨脹至原體積的幾十倍,且時(shí)間快,有利于形成快速的封堵,油溶性聚氨酯與稻谷和鋸木灰形成的復(fù)合堵漏材料在承壓堵漏測(cè)量裝置中表明體系不僅能形成封堵而且能夠承受一定的壓差，非常實(shí)用，巖心的采取率得到顯著提高，破碎巖層處采取率達(dá)到將近80%。

圖1 ZK0603孔采集的巖心

4.2 鉆孔縮徑研究

一般縮徑地層，在雙聚成膜低固相沖洗液體系的支持下，加上XY-4型巖心鉆機(jī)扭矩大、起拔力大的特點(diǎn)能較好、較快地完成施工，但ZK6A04孔情況比較特殊。該孔在井深78 m處遇到了較強(qiáng)的水敏性地層，我們修改了計(jì)劃方案：用單管鉆進(jìn)，通過(guò)慢慢干鉆的方式通過(guò)這層水敏層，再下入套管隔絕，從而達(dá)到順利施工的目的。但是在具體的施工過(guò)程中，遇到了一個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題，就是在縮徑的同時(shí)，還有地下粘土礦物的上涌。鉆進(jìn)中提鉆換鉆頭時(shí)鉆孔被地下粘土礦物重新填滿(mǎn)，經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的嘗試，單管鉆進(jìn)和跟管鉆進(jìn)方法都沒(méi)有成效，始終沒(méi)有穿透水敏層。在鉆探工藝上沒(méi)有較好方法的情況下，我們嘗試采用化學(xué)沖洗液材料來(lái)降低失水量。

選擇的化學(xué)沖洗液材料來(lái)自于北京探礦工程研究所，并邀請(qǐng)沖洗液專(zhuān)家在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)沖洗液配比，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行沖洗液配方調(diào)整，最終確定沖洗液配方：0.5 m3水+25 kg成膜A劑+1 kg純堿+5 kg GFD-1劑+3 kg纖維素CMC+1 kg包被劑。

纖維素和包被劑需提前用水桶分開(kāi)泡散，用專(zhuān)門(mén)設(shè)備來(lái)勻速攪拌，以使化學(xué)劑的性能達(dá)到使用要求和穩(wěn)定要求。

為達(dá)到使用效果，在沖洗液配置中，嚴(yán)格按操作流程配置沖洗液：(1)選擇合適的容器，對(duì)化學(xué)劑進(jìn)行稱(chēng)量配比；(2)先放入攪拌所需用的清水，依次放入成膜A劑、純堿、GFD-1劑、纖維素、包被劑；(3)攪拌約30 min，使沖洗液充分?jǐn)噭?，而后投入使用?/p>

配好的沖洗液，在實(shí)驗(yàn)中有一定的效果，可以很明顯地看出粘土礦物在沖洗液中泡12 h左右依舊沒(méi)有松散，在粘土的表層還形成了一層隔水膜。在實(shí)際使用過(guò)程中取得了一定效果，但未能完全處理好粘土礦物的上涌這一問(wèn)題，在花費(fèi)大量人力、物力后該孔以合格鉆孔的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了終孔驗(yàn)收。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與各科研院所，鉆頭、鉆具及生產(chǎn)沖洗液材料的廠家進(jìn)行合作攻關(guān)，研究出適合該地區(qū)施工的沖洗液體系，在仙人巖礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探中取得一定的成效，并且獲得以下體會(huì)。

(1)重視沖洗液在鉆進(jìn)中起到的作用，明確了鉆孔漏失、縮徑等問(wèn)題還需多從沖洗液入手。

(2)做好沖洗液實(shí)驗(yàn)，根據(jù)不同地層選配好相應(yīng)的沖洗液配方，搭配適宜的鉆進(jìn)參數(shù)，才能達(dá)到良好的護(hù)壁效果。

(3)重視漏失地層的堵漏工作，準(zhǔn)確掌握漏失情況，對(duì)大、中、小型漏失和全漏失地層采用不同的堵漏方法。

(4)維護(hù)好沖洗液性能是保障鉆探施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵。施工中，要堅(jiān)持沖洗液專(zhuān)人負(fù)責(zé)制，嚴(yán)格設(shè)置沖洗液循環(huán)系統(tǒng)，嚴(yán)把沖洗液材料質(zhì)量關(guān)，重視現(xiàn)場(chǎng)管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 武漢地質(zhì)學(xué)院等.鉆探工藝學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

[2] 王寶東，張福全，等.中巖心鉆探工藝技術(shù)手冊(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2014.

[3] 王達(dá)，張偉，張曉西.中國(guó)大陸科學(xué)鉆探工程科鉆一井鉆探工程技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社,2007.

[4] 王江平.嵩縣大王溝鉬礦破碎地層金剛石繩索取心鉆進(jìn)實(shí)踐[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012,39(10)：40-42.

[5] 姜桂春.聚丙烯酰胺無(wú)固相沖洗液在復(fù)雜地層中的應(yīng)用研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2015,42(1)，34-37.

[6] 首照兵，陳禮儀，張統(tǒng)得，等.攀西釩鈦磁鐵礦整裝勘查復(fù)雜地層鉆探護(hù)壁堵漏技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012,39(2)：31-34.

[7] 孫丙倫,陳師遜,陶士先.復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008，35(5)：13-16.

[8] 王長(zhǎng)新，胡衛(wèi)平.復(fù)雜地層深孔鉆進(jìn)的泥漿應(yīng)用淺述[J].中州煤炭,2009,(9)：45，75.

[9] 王秋成，徐景珠.復(fù)雜地層條件下泥漿在鉆進(jìn)過(guò)程中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2013,25(2)：69-71.

[10] 胡郁勒，張紹和.鉆探事故預(yù)防與處理知識(shí)問(wèn)答[M].湖南長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.

[11] 鄢泰寧.巖土鉆掘工程學(xué)[M].湖北武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2008.

[12] 湯松然，周紹光，熊德才.LBM低粘增效粉——繩索取心鉆探用泥漿材料[J].探礦工程，1992，(2)：15-17，19.