李劍鋒

（山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000）

在礦區(qū)鉆探施工中，孔內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，常常鉆遇地層類型較多，且施工周期較長，對鉆探施工造成較大阻礙，對鉆探施工技術(shù)要求較高，鉆進(jìn)中需采用有效的泥漿護(hù)壁方式來保證孔內(nèi)安全。傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁采用膨潤土為原材料，而泥漿用量較多，通過采用化學(xué)泥漿護(hù)壁施工方式，在低濃度狀態(tài)下粘稠度依然較高，可有效減少化學(xué)泥漿用量，并且在施工過程中對環(huán)境影響較小，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。因此，對化學(xué)泥漿在礦區(qū)鉆探施工中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究。

1 礦區(qū)鉆探存在的問題及對于化學(xué)泥漿的要求

在礦區(qū)鉆探施工中，常見問題主要有以下幾點：

（1）孔壁穩(wěn)定性降低，護(hù)壁施工難度大。在礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工中，如果地層復(fù)雜程度較高，布孔數(shù)量較多，在鉆進(jìn)施工中所需時間長，容易發(fā)生孔壁失穩(wěn)問題。因此，在礦區(qū)鉆探施工中，必須結(jié)合實際情況加強(qiáng)護(hù)壁施工控制。

（2）回轉(zhuǎn)阻力較大，所需動力和材料較多。在礦區(qū)鉆孔施工中，隨著鉆進(jìn)深度的增加，鉆桿長度增加，同時摩擦阻力增大，鉆桿磨損程度嚴(yán)重，鉆機(jī)負(fù)荷大，容易導(dǎo)致鉆桿斷裂，進(jìn)而對鉆進(jìn)施工順利進(jìn)行造成不良影響。對此，在礦區(qū)鉆孔施工中，必須嚴(yán)格控制回轉(zhuǎn)阻力。

（3）鉆頭壽命短。礦區(qū)鉆探地層復(fù)雜，地層破碎、沖洗液漏失等現(xiàn)象常見，很容易發(fā)生鉆頭磨損、冷卻不及時燒鉆等事故，導(dǎo)致鉆頭使用壽命較短。

（4）鉆進(jìn)效率低，鉆孔施工成本高。在礦區(qū)復(fù)雜地層鉆進(jìn)施工中，隨著鉆進(jìn)施工深度的不斷增加，鉆進(jìn)周期較長，如果不能及時采取有效的護(hù)壁施工方式，則會造成孔壁失穩(wěn)引發(fā)各類孔內(nèi)事故。由此可見，在礦區(qū)鉆探施工中，要求結(jié)合實際情況選擇適宜的泥漿材料，不僅能夠達(dá)到良好的護(hù)壁和潤滑功能，同時還可清洗孔底、冷卻鉆頭。

2 化學(xué)泥漿在礦區(qū)鉆探工程中的應(yīng)用方式

2.1 泥漿參數(shù)的選擇

在礦區(qū)鉆探施工中，泥漿質(zhì)量是影響鉆孔效果的重要因素，在不同地質(zhì)環(huán)境鉆探中所需泥漿參數(shù)也有一定區(qū)別。比如，如果鉆孔區(qū)域為砂土層，則可采用平底鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)施工，可對鉆進(jìn)施工進(jìn)度進(jìn)行有效控制，使得孔壁四周能夠形成泥皮護(hù)壁，在具體的鉆進(jìn)施工中，可調(diào)整為低檔轉(zhuǎn)速，并以大泵量和稠泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)。另外，如果鉆孔區(qū)域為砂卵礫石土層，則在鉆孔施工中可能會發(fā)生跳鉆，對此，可適當(dāng)降低鉆進(jìn)速度，并且采用大泵量、稠泥漿、分級鉆進(jìn)施工方式。

另外，在對泥漿質(zhì)量進(jìn)行分析時，還需綜合考慮泥漿粘度、比重和失水性。在不同地層層位，要求結(jié)合實際情況選擇適宜的泥漿粘度、比重和失水性，可有效提高泥漿懸浮礦渣能力，并形成厚度小、韌性強(qiáng)的護(hù)壁泥皮，確保孔壁穩(wěn)定性。

2.2 化學(xué)泥漿在鉆探過程的具體應(yīng)用

在泥漿配置完成后，即可將泥漿注入至泥漿池中，利用泥漿泵，將泥漿壓入至地面高壓管匯，分別通過水龍帶、水龍頭以及鉆桿，最后進(jìn)入鉆頭，從鉆柱與孔壁的環(huán)狀間隙上返至地面。隨著鉆進(jìn)深度的不斷增加，鉆屑可隨泥漿不斷上返，并從孔口中涌出，當(dāng)鉆屑流經(jīng)固控設(shè)備后進(jìn)行處理，去除鉆屑，最后將干凈泥漿再返回流入泥漿池中，對泥漿進(jìn)行循環(huán)利用，如圖1 所示。在泥漿循環(huán)利用過程中，不僅可發(fā)揮護(hù)壁作用，同時還可潤滑鉆桿、冷卻鉆頭，確保鉆探施工的順利進(jìn)行。

在實際施工中，需根據(jù)鉆探施工實際情況制備適宜比重和粘度的泥漿，然后使其在泥漿循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，同時回轉(zhuǎn)鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)施工，對孔壁起到保護(hù)作用，避免發(fā)生塌孔事故。只有保證泥漿比重合理，粘度適中，才能有效懸浮攜帶鉆屑，以回流的方式將鉆屑排出孔內(nèi)，經(jīng)固控處理至沉渣池中。在此過程中應(yīng)注意保持泥漿循環(huán)不斷流，將處理后泥漿持續(xù)補(bǔ)充至鉆孔中。

圖1 泥漿循環(huán)示意圖

3 礦區(qū)概況

某礦區(qū)地層厚煤層和破碎層位較多，水敏性強(qiáng)，容易吸水發(fā)生膨脹和垮塌，如圖2 所示。該礦區(qū)斷層帶主要包括砂及泥、礫石碎屑，容易發(fā)生垮塌，如圖3 所示。如果在斷層影響下發(fā)生垮塌，由于垮塌物粒徑較大，因此鉆探施工難度較大。綜合考慮施工區(qū)域地質(zhì)條件，采用普鉆施工方式，鉆具孔壁間隙比較大，在調(diào)整沖洗液粘度后，鉆具回轉(zhuǎn)情況良好，在坍塌地層中能夠保證鉆探施工的持續(xù)性。

圖2 水敏層坍塌

圖3 斷層坍塌

4 礦區(qū)鉆探施工

在該礦區(qū)施工中，含煤層數(shù)量多，地層容易發(fā)生坍塌事故，另外，由于水敏性強(qiáng)，因此容易發(fā)生膨脹。綜合考慮礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征，采用普雙鉆進(jìn)施工方式。在鉆進(jìn)施工中，共8 個鉆孔，在鉆進(jìn)施工中均遇到復(fù)雜地層，對此，要求采用適宜的化學(xué)泥漿，當(dāng)鉆進(jìn)過程中遇到坍塌地層時，可及時提高泥漿粘度，增強(qiáng)泥漿降失水，即可有效排除鉆孔中的沉渣以及垮塌物，無需采用擴(kuò)孔下套管施工方式。

比如，在某鉆孔施工中，在鉆進(jìn)深度為270m 時，已穿過2 層煤層，但是在鉆進(jìn)深度達(dá)310m 時發(fā)生垮塌，在增加粘度以及降失水后持續(xù)鉆進(jìn)，但是在鉆進(jìn)深度達(dá)340m 時再次出現(xiàn)垮塌物，在后續(xù)鉆進(jìn)施工中，垮塌物多次出現(xiàn)，很難保證鉆進(jìn)施工的順利進(jìn)行。對此，取上孔底沉渣進(jìn)行分析，為斷層構(gòu)造物，是由沙礫石碎屑以及泥等所組成的。綜合考慮鉆孔施工實際情況，采用水泥封堵施工方式，在300m ～350m 孔段施工中，在經(jīng)10 天多次封堵處理后依然存在坍塌、泥沙、礫石等，說明斷層或者煤層已產(chǎn)生較大洞，并且孔徑較大。對于250m ～350m 孔段，采用水泥封閉施工技術(shù)，首先采用6O″泥漿對孔底進(jìn)行沖洗，然后清理泥漿池，并以鹽：水泥：水=2：50：35（以kg 為單位）比例配置水泥漿，用泵將水泥漿送入至孔底，2 天后固結(jié)，第三天掃孔，在深度250m 位置取完整水泥石塊，經(jīng)檢測分析，試塊硬度為3級，能夠有效保護(hù)孔壁，并且在后續(xù)鉆進(jìn)施工中，沒有出現(xiàn)垮塌事故。

5 化學(xué)泥漿的調(diào)配與維護(hù)

化學(xué)泥漿性能對于孔壁穩(wěn)定性的影響較大，在不同地層鉆進(jìn)施工中，需采用不同配方的化學(xué)泥漿，保障鉆探效益和鉆探施工質(zhì)量。如果地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無垮孔和坍塌，則可采用無固相、低固相化學(xué)泥漿，而如果地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差，則應(yīng)結(jié)合實際情況配置不同性能的化學(xué)泥漿，在施工現(xiàn)場配制泥漿時，要求各類處理劑預(yù)制24h 以上才可使用，可充分發(fā)揮各類處理劑的作用。如果施工現(xiàn)場條件允許，可在施工現(xiàn)場設(shè)置加長循環(huán)槽以及3 個沉淀池，并且經(jīng)常撈出循環(huán)槽以及沉淀池中的沉渣，避免巖粉進(jìn)入泥漿池中。在鉆探施工現(xiàn)場預(yù)制泥漿時，可采用2 個泥漿池，其中，主池以循環(huán)泥漿為主，而副池以預(yù)制泥漿為主，另外還需配制3 個空油桶，分別預(yù)制PAM、PAN、CMC。各種化學(xué)泥漿處理機(jī)的預(yù)制和配方如表1 所示，各類化學(xué)泥漿使用性能如表2 所示。

表1 泥漿各種處理劑的預(yù)制和配方表

表2 各種地層泥漿性能

在化學(xué)泥漿制備中，采用400L 攪拌機(jī)分批次攪拌化學(xué)泥漿入池，持續(xù)攪拌一桶膨潤土泥漿，然后再分別攪拌一桶PAM 以及PAN，大池裝滿后充分?jǐn)嚢?。在鉆探施工中，應(yīng)結(jié)合鉆探施工進(jìn)度及時預(yù)制泥漿以及處理劑，并在泥漿使用中對泥漿性能進(jìn)行檢測，如果遇水敏性地層以及斷層，可適當(dāng)增加泥漿粘度，保證泥漿降失水能力。

6 結(jié)語

綜上所述，本文主要結(jié)合實例，對化學(xué)泥漿在礦區(qū)鉆探施工中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，在鉆探施工中容易發(fā)生膨脹和垮塌等問題，對此，應(yīng)根據(jù)施工需要配置適宜的化學(xué)泥漿，并根據(jù)鉆進(jìn)施工情況對泥漿配比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，不僅能夠及時將孔內(nèi)大顆粒坍塌物排除孔外，同時還可保證鉆進(jìn)施工的持續(xù)性以及安全性。