CMC低固相沖洗液在畢節岔河勘探區復雜地層的應用

黃于超 謝范章

（貴州省煤田地質局地質勘察研究院,貴州 貴陽 550081）

引言

在畢節岔河勘探區實施繩索取芯鉆進的主要"瓶頸"是復雜地層鉆進中鉆孔護壁問題。主要有：遇水敏性地層而引發孔壁縮徑、水化膨脹；地層破碎、穩定性較差的厚（粉）煤層出現鉆孔坍塌，擴徑現象；由于繩索取芯鉆進內外環狀間隙小，沖洗液循環泵壓高，對孔壁產生沖刷破壞和下鉆具對孔壁產生激動壓力作用，都會引起憋泵、鉆桿折斷、粘附卡鉆、孔壁坍塌，鉆具下不到位等事故。這些事故的發生，無法發揮繩索取芯鉆進的優越性，針對岔河勘探區地層情況，使用有機處理劑（CMC）能夠有效抑制水敏性地層水化膨脹，即可解決繩索取芯鉆進在復雜地層的護壁防塌問題。

一、鉆進地層情況（7-3#孔）

使用CMC低固相沖洗液鉆進的地層，主要為煤系地層，煤層厚而多，變化頻繁，巖石軟硬互層，區內斷裂構造發育，大小斷層縱橫交錯，巖性較為破碎，其主要巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖，巖石可鉆性為8-10級。鉆進中遇到構造破碎帶，厚（粉）煤層，水敏性極強的泥巖等孔內就易出現掉塊、煤層及泥巖坍塌等不利于鉆進的現象，系極易發生孔內事故的復雜地層。

二、CMC加量對鉆進的影響

CMC低固相沖洗液具有較低的比重（密度），在加量小于或等于3%的情況下，具有低粘度和低動切力，適合繩索取芯鉆進沖洗液的要求，而且CMC的靜切力變化較小，只需改變其加量，就能調節沖洗液流變性，控制層流或紊流，有利于繩索取芯鉆進開高速，以提高小時進尺。由于繩索取芯鉆進的環狀間隙小，沖洗液上返速度快，低粘度，低切力有利于鉆孔孔壁的穩定，極大的減少上下鉆具和開泵引起的壓力激動以及對孔壁的沖刷破壞，保護了孔壁。同時，CMC加量小于1.0%時，其動塑比較小（理論計算）即稀釋剪切效果不大理想，雖然不影響沖洗液的攜帶巖粉的效果，但由于沖洗液失水量較大，尤其是初失水（動失水）較大，不利于水敏性地層的護壁，但經失水儀檢測在濾紙上形成的泥皮薄而堅韌，有利于穩定地層的保護孔壁，從而起到防塌作用。

三、CMC在低固相沖洗液中的作用機理

CMC是一種白色粉狀或纖維狀物資，易溶于水，形成膠狀，溶液呈中性或微堿性，有吸濕性，其粘度隨溫度升高而降低，PH 2-10穩定，PH ＜2有固體析出，PH＞10粘度降低。在處理粘土時，主要是CMC分子中的羧基和醚氧可與粘土顆粒形成氫氧鍵吸附，而-CDONa能夠帶來電荷和水化。由于CMC是長鏈大分子，而一個大分子又能和幾個粘土顆粒相吸附并形成混合網狀結構，可阻止粘土細顆粒互相粘結、變大。CMC的分子量較大時，有強親水基團的長鏈環式高分子化合物，溶于水后有很高的粘度，在粘土表面形成吸附水化層，使沖洗液粘土顆粒保持較高的分散度和聚結穩定性，形成的泥皮薄而致密。同時，CMC分子鏈間因氫鍵或與交聯劑交聯而形成網狀結構從而起到增粘和降低沖洗液失水的作用。

四、CMC低固相沖洗液現場配制及使用情況

根據CMC低固相沖洗液的性能特點，選擇了孔內情況和地層結構都比較復雜的岔河勘探區7-3#孔，該孔設計孔深820.00米，下入φ127井口套15.20米，φ89反絲技術套管118.00米。在鉆進至780.00米時，出現了大面積的孔內坍塌，坍塌孔深到520.00米在換用常用的低固相防塌泥漿后，仍在760.00米停滯。處理周期為10天，共計240小時。

（1）針對7-3#孔坍塌的情況，把CMC低固相沖洗液應用于該孔進行護壁防塌，7-3#孔從520.00米沖掃孔至原孔深780.00米，其中除了10層煤外，巖性主要為泥巖，泥質粉砂巖等典型水敏性地層，而且6-3#煤、8#煤、9#煤的厚度都超過了7米（為塊、粉混合狀），520米--620米為破碎帶，其巖性為泥巖，泥質粉砂巖，巖芯采取率僅有52.10%。CMC低固相沖洗液在沖掃孔過程中，科學合理地調整了鉆進參數,所以掃孔鉆進時電流基本平穩，泵壓，穩定≥10-18個大氣壓，這次的沖掃孔護壁，直至掃到原孔深780.00m，只用了三天時間，在掃孔過的孔段，未出現掉塊、坍塌現象，五天后順利終孔電測，而且電測順利。

（2）7-3#孔施工現場配制：

納 粘 土：25kg; 純堿（Ma2CO3）1.00-1.50kg；

Na-CMC：1.50-3.00kg ；護壁劑：1.00-2.00kg:

鹽皂適量

（3）施工現場沖洗液的性能指標：

粘度（漏斗）：20-22s

密度（杠式）：1.01-1.03g/cm3

失水量：5-10ml/30min;

含沙量：≧2%

Ph值：8--9

泥皮厚度：0.50-1.00mm

五、Na-CMC低固相沖洗液的使用效果

通過對岔河勘探區7-3#孔坍塌的處理情況表明：CMC低固相沖洗液性能良好，對繩索取芯鉆進順利通過（沖掃孔）復雜地層，減少孔壁坍塌事故，提高鉆進效率，降低生產成本有明顯的作用。

（1）CMC雖然不能快速溶解，但能形成薄而有韌性的泥皮。比重低d=1.013，在高速轉動的鉆桿內外壁不結垢或少結垢，內管投放和打撈較為順利，可以減少輔助時間。

（2）CMC能快速有效的抑制水敏性地層的水化膨脹，防塌效果好，攜帶巖粉能力強，孔底干凈，沖洗液流變性和潤滑性較好，能夠有效預防坍塌、燒鉆、斷鉆桿等孔內事故。

（3）與CMC配套使用的鈉土粉，具有造漿率高、低粘、低切力和良好的護壁性能，有利于高轉速和提高純鉆進時間和效率。

六、使用中應注意的問題

（1）配漿時，必須在攪動的水中徐徐加入，否則易結塊而不容易攪散、攪勻，因為Na-CMC隔水性較強，與水接觸后，表面易形成水膜化，從而阻止水向核部滲透。

（2）在使用 CMC時，因CMC溶解慢（35min以上），為使CMC能夠快速溶解和提高粘土的分散性，應適量的加入一定的Na2CO3和適量的表面活性劑，以保持CMC的快速溶解及改變粘土的水化性能，減少鉆桿與孔壁間的摩擦阻力，有利于提高鉆進效率。

（3）在鉆進過程中，CMC低固相沖洗液不斷消耗，應隨時補充。同時，水源循環系統要按《規程》嚴格設置并經常打撈循環槽內、沉淀池中的巖粉，以保持沖洗液性性能的穩定。

七、結論

（1）優質鈉土粉與CMC配套使用時，造漿率高，CMC加量少，穩定地層加量只需0.50-1.00%；復雜地層加量為±1.50-3.00%，就能起到良好的護壁防塌作用。

（2）CMC具有低粘、低失水，低切力等優點，比較適合于繩索取芯鉆進。在孔內較為復雜的情況下，能夠起到護壁、防塌作用。

（3）Na-CMC低固相沖洗液配方簡單、易懂、易學，只須將水和Na-CMC按一定比例加在一起攪拌并預水化后即可使用，而且無腐蝕作用，抗粘土侵強，在鉆進中性能穩定，維護方便，但不適用于頂漏鉆進。

CMC低固相沖洗液通過在岔河勘探區7-3#孔的實踐應用，效果良好，可以推廣應用到其它勘探區的復雜地層鉆進。

［1］李世忠主編 .巖土鉆進工藝學[M].北京：地質大學出版社 .1992.

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