王太平， 周祥衛(wèi)， 向 成

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○三隊(duì)，湖南 常德 415000)

1 工程概況和地層情況

二十世紀(jì)六七十年代，湖南省石油隊(duì)、物探隊(duì)及湖北江漢油田在澧縣盆地開展了重力物探及電測(cè)深等物探測(cè)量工作，在鹽井—申津渡盆地存在重力負(fù)異常，圈出了負(fù)異常凹陷區(qū)。湖南省地質(zhì)局四○三隊(duì)于1982年提交的調(diào)研報(bào)告中，將本區(qū)鹽井-申津渡盆地劃為鹽類礦產(chǎn)A類找礦遠(yuǎn)景區(qū)，地質(zhì)工作程度為鹽類礦產(chǎn)成礦遠(yuǎn)景科學(xué)研究。 2011年，地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所、江漢油田在離礦區(qū)北東50 km處施工了崗鉀1、2號(hào)井、沙鉀3井；在江陵凹陷西南部施工路13、SKD1、SKD2井，發(fā)現(xiàn)了含鉀鹵水?！昂舷驽Ⅺ}礦邊深部鹽類礦產(chǎn)詳查”項(xiàng)目為了探鹽找鉀，在收集區(qū)域鉀鹽礦區(qū)資料的基礎(chǔ)上，在礦區(qū)北部01～03線之間(湘澧鹽礦中部)布置探鹽找鉀深孔ZK0303，設(shè)計(jì)孔深1 600 m。ZK0303孔鉆進(jìn)至孔深1 560 m時(shí)，因古新統(tǒng)含礦巖系增厚，特申請(qǐng)加深300～500 m，至見白惡系為止?？咨钪? 302.03 m時(shí)，仍為古新統(tǒng)沙市組(E1sh)含礦(石膏)巖段下部巖層，因主要含礦層已穿過，經(jīng)申請(qǐng)專家組現(xiàn)場(chǎng)核查，認(rèn)為繼續(xù)加深已無意義，即于孔深2 0302.03 m終孔。施工結(jié)果為：探獲多層巖鹽及鈣芒硝巖，在鈣芒硝泥巖中偶見有厚度≤3 cm的裂隙充填的棕紅色的含鉀石鹽(石膏)，探獲多層硬石膏巖(見圖1)。

圖1 巖芯照片

地層情況：①第四系(Q)：主要為亞黏土；②下第三系始新統(tǒng)(E2)：主要為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)云巖、云質(zhì)泥巖、鈣芒硝巖、巖鹽層、石膏巖；③下第三系古新統(tǒng)沙市組(E1sh)：主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、石膏巖、粉砂巖、石英砂巖、泥晶灰?guī)r。

2 設(shè)備選型

根據(jù)設(shè)計(jì)孔深及初步判斷地層情況，主要設(shè)備選型如下：①鉆機(jī)：XY-6B型巖心鉆機(jī)，長沙探礦機(jī)械廠制造；②泥漿泵：BW-320型泥漿泵，長沙探礦機(jī)械廠制造；③鉆塔：SGZ四角塔，張家口探礦機(jī)械廠制造；④泥漿處理系統(tǒng)：旋流除砂器+振動(dòng)篩，自制；⑤鉆桿鉆具：75繩索，無錫探礦工具廠。

3 鉆探施工

ZK0303鉆孔于2015年10月3日正式開鉆，開孔口徑130 mm，鉆至12.5 m穿過第四系亞黏土進(jìn)入粉砂質(zhì)泥巖。10月4日于18.00 m處下放井口套管，隨后改為110 mm口徑鉆進(jìn)至25 m，再改為91 mm口徑鉆進(jìn)至26.5 m，下放二級(jí)套管，配管為25 m 108套管，1.5 m 89套管，變徑連接。10月5日調(diào)制好泥漿改用75 mm繩索取芯工藝?yán)^續(xù)鉆進(jìn)。10月15日，孔深于480 m處見鹽礦標(biāo)志層，改調(diào)制飽和鹽水泥漿鉆進(jìn)。于10月22日鉆穿含鹽地層，進(jìn)入粉砂質(zhì)泥巖，孔深675 m(最后一層含巖鹽層深度為592 m)，探獲主鹽層6層。隨即起鉆拔出二級(jí)套管，用91 mm口徑擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔鉆進(jìn)。10月29日擴(kuò)孔至675 m，孔內(nèi)沖洗干凈后，下放套管675 m，配管為25 m 108套管，650 m 89套管，變徑連接，10月31日注漿固管。固管深度自615～675 m，目的為隔離含鹽地層，防止鹽侵破壞泥漿，對(duì)下部施工造成影響，固井完成后放假待凝7 d。11月8日重新制作循環(huán)液繼續(xù)75繩索鉆進(jìn)。2016年1月23日鉆進(jìn)至2 302.03 m,經(jīng)專家組現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，同意終孔(見圖2)。813～1 530 m為含硬石膏巖層，其中813～1 080 m探獲硬石膏共計(jì)約65 m。

圖2 終孔照

4 施工難點(diǎn)剖析及應(yīng)對(duì)措施

4.1 設(shè)備選型及安裝

鉆孔深度越大，對(duì)鉆機(jī)的扭矩、立軸、起重力、卷揚(yáng)機(jī)要求越高；對(duì)鉆塔天車負(fù)荷要求高，孔深較深，鉆桿較多，故對(duì)移擺立根長度要求較高；對(duì)泥漿泵流量和壓力要求較高；安裝地基考慮設(shè)備自重負(fù)荷及工作負(fù)荷累加，地基承載力要求較高。

應(yīng)對(duì)措施：鉆機(jī)，選用長探XY-6B，立軸最大扭矩8 500 N·m，立軸最大起重力200 kN，卷揚(yáng)機(jī)單繩最大提升力90 kN；鉆塔，張家口探礦廠SGZ24塔，天車正常負(fù)荷50 T，最大68 T，移擺立根18 m；泥漿泵，長沙探礦廠BW-320型，流量118 L/min，壓力8 mPa；安裝地基，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)簡易原位實(shí)驗(yàn)，地表為亞黏土，地基承載力為13 T/m2。鉆塔四角澆筑1.8 m×1.8 m×0.6 m鋼筋砼墩臺(tái)，鉆機(jī)底座下澆筑0.6 m×0.6 m×2.0 m鋼筋橫梁3根。

4.2 水敏不穩(wěn)定地層

水敏不穩(wěn)定地層主要集中在亞黏土、粉砂巖、泥巖、泥質(zhì)云巖、云質(zhì)泥巖，在全孔均有體現(xiàn)。水敏地層吸水膨脹與分散，容易產(chǎn)生膨脹縮徑、泥漿增稠、鉆頭泥包、粘附卡鉆、孔壁表面剝落、崩解垮塌超徑等情況。在以往相同地層的某鉆孔中，采用繩索取芯工藝，因未重視泥漿調(diào)配(清水鉆進(jìn))，導(dǎo)致孔壁吸水膨脹風(fēng)化，加上鉆桿攪動(dòng)碰壁，造成孔壁嚴(yán)重超徑，斷鉆多次，發(fā)生孔內(nèi)事故多起。

針對(duì)以上可能出現(xiàn)的問題，應(yīng)對(duì)方法：調(diào)制具有形成優(yōu)質(zhì)泥壁、低失水、低滲透、高潤滑特性的強(qiáng)抑制性泥漿，孔壁形成堅(jiān)韌薄狀泥皮，減少自由水對(duì)孔壁的侵入，效果明顯，孔壁完整。配方：1 m3水+5～10 kg膨潤土+0.3%低黏纖維素+0.8%銨鹽。

膨潤土：形成優(yōu)質(zhì)泥皮不可缺少的材料。

低粘纖維素：抗鹽污染，降濾失，具有一定的抑制泥頁巖的水化膨脹能力。濾失量≤10 mL，可促進(jìn)優(yōu)質(zhì)堅(jiān)韌泥皮形成。

銨鹽：是良好的鉆井液處理劑，具有降濾失、降黏和抑制泥頁巖膨脹分散的作用，能顯著降低黏度和濾失量，并具有一定的抑制黏土水化分散能力，具有一定的抗鹽、鈣污染能力，抗溫能力強(qiáng)。

4.3 水溶性地層

本鉆孔水溶性地層主要集中在鹽膏層。鉆進(jìn)時(shí)主要表現(xiàn)：①泥漿黏度下降，濾失量增大，Cl-含量升高，pH值降低；②水溶導(dǎo)致巖心采取率嚴(yán)重偏低；③鉆具扭矩增大，鱉卡嚴(yán)重。鹽膏層鉆井復(fù)雜情況可以用“溶、縮、塌、脹、漏、卡、噴、損”8個(gè)字形容。起因可歸結(jié)為5個(gè)方面：①塑性變形及蠕變流動(dòng)；②鹽膏層中所含石膏和鈣芒硝的膨脹；③鹽的溶解過飽和與芒硝重結(jié)晶；④巖鹽下部泥頁巖的復(fù)雜問題；⑤異常壓力問題。

針對(duì)以上可能出現(xiàn)的問題，應(yīng)對(duì)方法：調(diào)制飽和鹽水泥漿，增加泥漿抗鹽、鈣能力。該方法效果明顯，確保了孔壁完整，保證了礦芯采取率。

配方：1 m3飽和鹽水+5 kg膨潤土+1.2%低黏纖維素+1.0%銨鹽+0.6%抗鹽共聚物。

飽和鹽水：確保鹽膏層不再溶解。

膨潤土：形成優(yōu)質(zhì)泥皮，保護(hù)孔壁。

低黏纖維素：抗鹽污染，降濾失，抑制水化膨脹，促進(jìn)堅(jiān)韌泥皮形成。

銨鹽：降濾失，降黏，抗鹽鈣污染。

抗鹽共聚物：降失水，抗污染。

5 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與探討

(1)沖洗液首先應(yīng)滿足孔壁穩(wěn)定需要，強(qiáng)水敏性地層易膨脹縮徑、分散造漿、粘附性強(qiáng)。一是由于地層膨脹縮徑、粘附性強(qiáng)，繩鉆鉆桿較粗，極易發(fā)生抱鉆、粘附卡鉆事故，二是由于地層造漿增加泥漿的黏度和固相含量，引起鉆桿內(nèi)壁結(jié)泥皮而影響巖心管打撈。該類地層如果沖洗液性能控制不好，風(fēng)險(xiǎn)很大。沖洗液的設(shè)計(jì)與使用應(yīng)首先保證鉆孔安全，在此基礎(chǔ)上盡可能與工藝方法相適應(yīng)。

(2)明確不同地層孔壁穩(wěn)定機(jī)理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和靈活使用沖洗液；溶蝕性地層是指遇水發(fā)生溶解的地層，因此要抑制地層中水溶性礦物的溶解，就必須加入具有抑制地層中水溶性礦物溶解的泥漿處理劑。最普遍的做法是向泥漿中加入相同成分的材料使其達(dá)到飽和，抑制地層中同類礦物的溶解。如鹽膏層鉆探采用的飽和鹽水泥漿就是利用這個(gè)原理，但對(duì)于像溢晶石等溶解度超高的地層，最好采用油基沖洗液。

(3)復(fù)雜地層除正確選擇沖洗液體系外，還要重視沖洗液參數(shù)的調(diào)整。

(4)降低摩擦阻力，需從鉆孔軌跡、沖洗液質(zhì)量上下功夫。沖洗液對(duì)摩擦阻力的影響更多體現(xiàn)在沖洗液在孔壁所形成的泥皮質(zhì)量，它是影響摩擦阻力大小的重要因素。泥皮質(zhì)量好壞是由沖洗液濾失量、固相含量、固相顆粒特性及泥漿材料特性等因素決定的。對(duì)深孔來說，摩擦阻力可能更多受鉆孔深度、鉆孔傾角和鉆孔軌跡的影響，但鉆井液的影響不可忽視。

(5)正確的操作程序有利于保護(hù)孔壁、減少孔內(nèi)事故發(fā)生。任何的操作不當(dāng)都可能引起復(fù)雜的孔內(nèi)事故。孔壁薄弱孔段長時(shí)間定點(diǎn)循環(huán)泥漿，沖刷孔壁；提鉆速度過快，由于抽吸作用造成孔壁坍塌、掉塊；強(qiáng)水敏性地層長時(shí)間、長孔段鉆進(jìn)不掃孔，造成卡鉆；提鉆遇阻強(qiáng)行提拉等，都會(huì)引起復(fù)雜孔內(nèi)事故。因此需要制定完善的操作程序，并加以嚴(yán)格執(zhí)行。