周桂寧

（山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，山東 濟(jì)寧 272100）

隨著煤炭資源勘查深度的不斷延伸，資源勘查成本和施工難度也不斷增加，施工風(fēng)險(xiǎn)更是越來越大。在煤田勘查過程中，由于地層埋藏深、松散層厚度大等原因極易造成卡鉆、埋鉆等事故，在以往的施工過程中，一般選擇膨潤(rùn)土低固相泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)，不但極易造成孔內(nèi)事故還會(huì)影響鉆探效率。如何避免此類事故的發(fā)生，提高鉆探效率，是目前煤田地質(zhì)工作人員所面臨的難題。在曹縣煤田青崗集勘查區(qū)項(xiàng)目施工中，技術(shù)人員結(jié)合勘查區(qū)地層特征通過反復(fù)試驗(yàn)，采用了無固相泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)，通過實(shí)際應(yīng)用起到了非常好的效果。

1 青崗集勘查區(qū)地層特征

青崗集勘查區(qū)位于曹縣境內(nèi)，地層自下而上為奧陶紀(jì)馬家溝群、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)月門溝群本溪組、太原組和山西組、二疊紀(jì)石盒子群、古近紀(jì)官莊群、新近系及第四系。

該區(qū)新近系和第四系地層廣泛分布，厚度較大，全區(qū)新生界厚度在940～1263.20m。上部的第四系巖性一般為黃、棕黃色粘土和砂質(zhì)粘土，夾不等粒砂層，中下部的新近系巖性為棕黃、淺綠色粘土巖和砂質(zhì)粘土巖，夾有部分細(xì)砂巖。無固結(jié)、成巖性差，一般較松散。在鉆孔施工中砂層坍塌、掉塊、粘土層膨脹縮徑極易造成埋鉆、粘鉆、卡鉆、找不到原孔等孔內(nèi)事故，甚至導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。

2 無固相泥漿在鉆探施工中的作用

在鉆探工程中，泥漿的運(yùn)用旨在對(duì)鉆孔井壁進(jìn)行保護(hù)，以往所應(yīng)用的多為細(xì)分散低固相泥漿。此類型泥漿有較高含量的造漿黏土，泥漿體系內(nèi)黏土保持高度分散，孔內(nèi)循環(huán)中泥漿有明顯失水情況，整個(gè)孔壁穩(wěn)定性的維持主要借助失水后的泥皮，護(hù)壁能力較差，極其容易造成事故。

通過利用無固相泥漿的滲析膠結(jié)性質(zhì)及吸附膠結(jié)作用，達(dá)到砂層膠結(jié)的目的，增強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定性以達(dá)到保護(hù)孔壁的作用，能夠獲取較好的漿液護(hù)壁效果。

3 無固相泥漿的配置

根據(jù)青崗集勘查區(qū)的地層情況，在充分試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出來一套適合本區(qū)鉆進(jìn)的泥漿配比方法。每一立方按照水解聚丙烯酰胺0.3kg、聚丙烯氰鈉鹽5～6kg、工業(yè)純堿5～6kg 的比例，對(duì)其進(jìn)行攪拌，充分溶解。配置好溶液后使泥漿性能達(dá)到粘度19～25s、比 重1.03～1.07、失 水 量8～15ml/30min、pH 值9、膠體率達(dá)到98%即可使用。

水解聚丙烯酰胺（HPAM）分子鏈上的水化基團(tuán)-COONa 在水中電離成COO 和Na，使其分子鏈帶負(fù)電荷和水化，在靜電和水化膜斥力的作用下，使其卷曲的分子鏈得到伸展。這種伸展的長(zhǎng)鏈高分子在鉆孔井壁形成薄膜，對(duì)水敏性地層形成良好的護(hù)壁性，并對(duì)巖屑進(jìn)行選擇性的絮凝，使其有利于沉淀，保證了鉆孔內(nèi)干凈，杜絕孔內(nèi)巖粉的沉淀，保證了鉆孔的安全。

4 無固相泥漿在青崗集勘查區(qū)中的應(yīng)用

青崗集勘查區(qū)松散層厚，砂層多，粘土層易膨脹，施工難度大，以往施工中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)因縮徑、砂層坍塌等原因造成的孔內(nèi)事故。特別是施工的水文地質(zhì)鉆孔和煤層氣參數(shù)井難度更大，鉆進(jìn)使用TXB-1600 型普通煤田鉆機(jī)，由于取芯多，提下鉆次數(shù)多，還需要下入Φ146mm 套管1100 多米護(hù)壁套管。從開孔初期就使用無固相泥漿護(hù)壁的方法，上部采用Φ108mm 三翼無心鉆頭鉆進(jìn)，自800m 開始采用Φ89mm 巖心管和Φ89mm 肋骨鉆頭取芯鉆進(jìn)，施工至1100m 左右，見基巖界面后用Φ170mm無心鉆頭擴(kuò)孔，下入Φ146mm 套管。且后期長(zhǎng)度1300m 左右的抽水套管在孔內(nèi)停滯10d 左右的時(shí)間后一次性提出孔內(nèi)。在施工過程中，嚴(yán)格按照配置比例進(jìn)行泥漿配置，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，根?jù)施工地的水質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整了各種材料的配置比例。

鉆進(jìn)中，巖粉和細(xì)砂會(huì)不斷進(jìn)入泥漿，造成泥漿黏度、密度和含砂量逐漸增大，嚴(yán)重影響鉆探效率和鉆孔質(zhì)量。在鉆進(jìn)過程中必須做好泥漿除砂凈化工作，使用“長(zhǎng)槽大池”泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿池中泥漿儲(chǔ)備量一般是鉆孔容積的2倍，并盡量加長(zhǎng)泥漿槽的長(zhǎng)度，有利于巖粉的沉淀，有條件的鉆機(jī)還在施工現(xiàn)場(chǎng)配備了除砂設(shè)備，有利于清除泥漿中的巖粉和細(xì)砂等物質(zhì)。

隨著鉆孔的不斷加深，孔內(nèi)泥漿性能會(huì)發(fā)生變化，并在循環(huán)系統(tǒng)中時(shí)刻注意了泥漿液的補(bǔ)充，時(shí)刻監(jiān)測(cè)孔內(nèi)泥漿各性能指標(biāo)。根據(jù)鉆進(jìn)地層和泥漿性能變化情況，不斷地進(jìn)行維護(hù)和調(diào)整，使其保持泥漿性能的穩(wěn)定性。

5 無固相泥漿的應(yīng)用效果

截至2019 年使用本方法配置泥漿已施工完成鉆孔近60 個(gè)，鉆探進(jìn)尺75000 多米，全部采用無固相泥漿裸孔施工，施工過程中沒有出現(xiàn)因?yàn)殂@孔砂層坍塌、掉塊、粘土層膨脹縮徑等原因造成的埋鉆、粘鉆、卡鉆、找不到原孔等孔內(nèi)事故，做到了成孔率100%，鉆探效率達(dá)到720.3 ～1606.8m/月，平均鉆效1200.9m/月。與未使用無固相泥漿時(shí)相比較，鉆探效率提高近300m/月，按60 個(gè)鉆孔計(jì)算，可增加近1000 萬的直接經(jīng)濟(jì)效益。施工的3 個(gè)水文地質(zhì)鉆孔、2 個(gè)煤層氣參數(shù)井護(hù)壁套管全部一次性下入孔內(nèi)，抽水套管也實(shí)現(xiàn)一次性提出。通過無固相泥漿的應(yīng)用極大避免了孔內(nèi)事故的發(fā)生，提高了鉆探效率。如表1 所示。

表1 隨機(jī)抽取10 個(gè)鉆孔鉆效統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)論

無固相泥漿配制簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，容易調(diào)整和維護(hù)，在青崗集勘查區(qū)成功的應(yīng)用，很好地解決了巨厚松散層中容易出現(xiàn)的埋鉆、黏鉆、出現(xiàn)叉孔等事故，增強(qiáng)了護(hù)壁能力，減少了鉆具的磨損和動(dòng)力的消耗，提高了鉆進(jìn)效率，保證了鉆孔的順利完成，為勘探開發(fā)菏澤曹縣煤田提供了堅(jiān)實(shí)的鉆探技術(shù)保障，僅青崗集勘查區(qū)就增加了近1000 萬元的直接經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)項(xiàng)目的順利完工，按照年產(chǎn)500 萬t 的礦井計(jì)算，每年可產(chǎn)生15 億元的社會(huì)效益。