老撾可溶性礦床鉆探無固相飽和鹽水鉆井液護壁技術和堵漏方法

趙河江

(青海省核工業地質局第一地質礦產勘查大隊，青海西寧 810008）

老撾可溶性礦床鉆探無固相飽和鹽水鉆井液護壁技術和堵漏方法

趙河江

(青海省核工業地質局第一地質礦產勘查大隊，青海西寧 810008）

在老撾可溶性礦(鉀鹽）地質鉆探工作中，采用了無固相飽和鹽水鉆井液及雙液單泵送漿固壁堵漏方法，鉆進效率及經濟效益有了大幅度提高。分析了鉆探施工中遇到的問題，介紹了無固相飽和鹽水鉆井液護壁技術及雙液單泵送漿固壁堵漏方法的應用及效果。

可溶性礦床鉆探;無固相飽和鹽水鉆井液;護壁;堵漏

1 工程概況

從2007年底至今，我隊在老撾境內從事鉀石鹽地質鉆探工作，開始接觸可溶性礦床的施工，截止2011年5月，我隊在老撾從事可溶性礦(鉀鹽）地質鉆探工作量累計約10萬m。施工鉆孔孔深一般在350～600 m之間。

礦區地層為:第四系覆蓋層，泥頁巖，高礦化泥頁巖，巖鹽層，石膏層，鉀石鹽層及光鹵石層等組成上部巖石層，厚度150～250 m不等;中部高礦化泥巖層50～120 m不等，巖鹽層最厚達300多米。泥巖層由于地質構造運動的結果，裂隙發育，鉆孔易出現漏失等情況;高礦化泥頁巖以伊利石為主，遇水易溶解分散、坍塌，且造漿嚴重;泥巖和巖鹽層不整合接觸面，易溶蝕、漏失。

2 施工中遇到的問題

2007年底，我隊進入老撾工地進行鉆探施工，由于對可溶性礦體施工缺少經驗，技術準備工作也不充分。依據地質設計要求，礦心直徑≮70 mm的要求，采用 150 mm鉆具開孔， 110 mm鉆具鉆進，礦心采用單動雙管鉆具取心的鉆進工藝，上部泥頁巖采用植物膠鉆井液護壁，見巖礦層后再加入纖維素和鹽，使之成為飽和鉆井液施工的方案。結果由于鉆井液失水量大，地層造漿非常嚴重，加之鉆孔內某些地段縮徑、塌孔，導致泵壓很高，鉆進效率很低，平均臺月效率只有600 m左右。孔內事故很多，遇到漏失層位，經常伴隨著卡鉆事故，采用常規辦法提高泥漿粘度及惰性材料護壁堵漏，效果不是很明顯，最后只得頂漏鉆進或下套管隔離漏失層，這樣既影響了施工進度，又影響了巖礦心采取率。

針對出現的嚴重問題，借鑒其他單位在鉀石鹽礦床施工的經驗，我們及時針對鉆井液配方和鉆頭直徑做出調整和改進。調整后鉆井液配方為:膨潤土+Na2CO3+CMC+合成添加劑(自產）+NaCl。鉆頭增加肋骨，外徑增大到120 mm，以降低泵壓。雖然進行了改動，但是效果不明顯，地層造漿仍然很嚴重，礦心的溶蝕也較嚴重，同時由于鉆井液質量差，也給終孔測井造成了很大困難。

3 無固相飽和鹽水鉆井液的應用

根據鉆探施工中出現的各種問題及在施工中取得的經驗，我們針對鉀石鹽礦床特殊的地層條件，經過相關資料和對高礦化泥巖的分析化驗，明確了泥巖中Na+、Mg2+、K+、Cl－等離子的含量，而后把重點放在治理高礦化泥巖的水解、分散和礦層的溶蝕上，經過室內反復調配、對比、觀察，最后確定了在老撾鉀鹽礦床鉆探的鉆井液使用配方。

3.1 室內測試

(1）配方:HV－CMC 0.5%～1%+LV－CMC 0.3%～0.5%+抗鹽共聚物0.5%～0.8%+聚丙烯腈鈣鹽0.3%～0.5%+自制合成添加劑0.5%～1%+NaCl 30%+MgCl2(見礦層標志層時加入25%～30%）。

(2）室內測試性能:粘度18～22 s，密度1.2～1.3 g/cm3，塑性粘度8.5 mPa·s，動切力0.25 Pa，pH值7～8.5。

(3）巖樣浸泡試驗。①對高礦化泥巖浸泡結果:巖心樣浸泡一周不分散，將塊狀易水化分散的高礦化泥巖樣放在高速攪拌機內攪拌，巖樣不水化分散，而且形成米粒狀顆粒迅速沉淀，說明此種鉆井液對高礦化泥巖的抑制作用很強;②對鉀石鹽及光鹵石浸泡結果:由于鉆井液中的NaCl濃度已達到飽和，故不會再溶解地層中NaCl或發生離子交換，再加入MgCl2水溶液，從而使鉆井液中各種離子的含量與地層礦化度相當，所以鉀石鹽礦心和光鹵石礦心在鉆井液中浸泡一周后仍保持原狀。

3.2 配制方法及注意事項

(1）嚴格按鉆井液配方及要求進行配制，確保質量。

(2）各種處理劑必須預水化處理后，依據低分子量處理劑先下，高分子量處理劑后加的順序，按量依次加入，嚴禁干粉加入攪拌機內配制鉆井液，配制作業流程，嚴格按照施工區鉆井液設計的規定進行。最后加入NaCl充分攪拌。

(3）MgCl2干粉遇水后會產生大量的熱，故不可直接將其加入鉆井液中，否則會破壞鉆井液的膠體率，使鉆井液塑性粘度降低，增加孔內事故發生的概率。必須先加入少量清水到MgCl2中，使MgCl2充分溶解，并且待充分溶化冷卻后再加入基漿中，攪拌均勻后再使用。

3.3 現場鉆井液的維護

幾年的施工實踐表明，在可溶性礦床中進行鉆探施工，如果沒有優質的鉆井液護壁保心，將會給施工造成很大的困難和損失，為此，我們制定了較為完整的鉆井液維護措施。

(1）按礦區鉆探施工組織設計規定執行，維護好鉆井液循環系統，除砂器要定期維護保養，以保證正常工作，及時清除巖粉。

(2）每班按時測定鉆井液性能，發現性能不符合規定要求時要及時調配添加相關處理劑或更換鉆井液。

(3）見到礦層標志層后，及時加入MgCl2溶液，并使MgCl2溶液充分循環降溫。

鉆井液的調配由機長或專職泥漿員進行。

3.4 護壁效果及經濟效益對比

3.4.1 護壁效果

無固相飽和鹽水鉆井液使用后，鉆進速度明顯加快，由于環狀間隙增大，泵壓降低，一般在0.5～1.2 MPa之間，憋泵問題徹底解決，

返出孔口的鉆井液，除密度略微增加外，其他性能指標變化不大，說明鉆井液排粉能力強，孔內干凈。由于無固相飽和鹽水鉆井液中有機高聚物適度交聯，提高了粘度，降低了失水量，并與無機鹽通過多點吸附、離子交換等在孔壁表面形成致密的吸附膜，對孔壁起了保護和防塌作用。從取出的巖心表面觀察，其表面光滑、完整，說明孔壁也相對完整，高礦化度泥巖的水化、分解也得到了有效的控制(如圖1所示），泥巖和石鹽層接觸面段的巖心也可完整取出(如圖2所示）。

圖1 取出的高礦化度泥巖巖心

圖2 取出的泥巖和石鹽層接觸面段的巖心

3.4.2經濟效益對比

從經濟效益上分析、使用無固相飽和鹽水鉆井液后，臺月效率提高很大，臺月效率由以前的800 m左右提高到1200 m左右，最高達1560 m，巖礦心采取率達到95%以上。所用材料少，總成本有所降低，僅膨潤土費用一項每個施工期就可節約成本十幾萬元。鉆進效率的提高及孔內事故的降低，更大地節約了鉆探成本。就目前情況統計分析，使用無固相鹽水鉆井液降低各方面成本的空間仍然很大。

4 鉆孔漏失及堵漏方法

4.1 鉆孔漏失的現象及原因

老撾鉀石鹽礦區鉆孔漏失表現為裂隙性漏失和溶蝕性漏失2大類型。前者與鉆井液的密度相關，鉆井液密度越大漏失越強烈;后者是泥巖與巖鹽不整合接觸面在沉積過程中形成的“蜂窗”狀連通小溶洞(圖3）有關，如鉆井液中Na+，Mg2+離子含量過低與地層Na+、Mg2+離子含量不平衡時，使地層部分溶蝕，從而造成地層漏失現象，并且隨著溶蝕量的增加漏失量會越漏越大。

圖3 泥巖與巖鹽不整合接觸面在沉積過程中形成的“蜂窗”狀連通小溶洞

4.2 鉆孔漏失的處理方法

面對這兩種不同類型的漏失情況，開始施工時，我們采用水泥堵漏或投粘土球的辦法，這種辦法費工費時，而且成功率不高;后改用PAM－水泥絮凝堵漏，基本可以實現不停鉆堵漏，但由于絮凝強度不高，有時會發生二次漏失的情況，這樣既影響生產，又增加成本。經過研究分析后改單一堵漏為雙液單泵送漿固壁堵漏取得了較好的效果。

配方:粘土30%+水泥15%+粉砂15%+PAM 0.5%。攪拌均勻(嚴重時加入惰性材料）后注入孔內，而后再注入CMC 1%+CaCl25%+NaCl 5%的混合水溶液，泵入時中間加同等密度的泥漿作隔離液，一擋泵量送入并旋轉鉆具(此時鉆具提離孔底2～3 m），待泵壓升高時提鉆，同時往孔內注鉆井液靜壓，換鉆具下鉆，開始輕壓慢轉，待穿過漏失層后，采用正常鉆進參數鉆進。

4.3 堵漏效果

采用雙液單泵堵漏法，其成功率高，可實現不停鉆固壁堵漏，特別是在裂隙極發育地層破碎、易塌孔段采用此方法效果很好。另外此方法簡便，易操作，且堵漏所用材料成本低。在巖層漏失采用此方法也特別有效，值得推廣使用。

5 結論及建議

(1）鉆井液的正確選用和配制關系到鉆孔的安全，關系到鉆進效率和鉆探質量以及經濟效益的提高。因此，必須重視鉆井液的選用和配制工作。實踐證明，無固相飽和鹽水鉆井液和雙液單泵送漿固壁堵漏方法在老撾鉀鹽礦中非常適用，通過推廣使用，鉆進效率有了大幅度提高，同時也為在可溶性礦體施工使用繩索取心技術奠定了堅實的基礎。

(2）在鉆進工藝方面建議改用繩索取心技術鉆進，但同時應解決好環狀間隙調整、提高鉆井液潤滑性等實際問題。相信通過實踐，這些問題都可以逐步解決，從而進一步提高可溶性礦床鉆探效率及經濟效益。

［1］王文臣.鉆孔沖洗與注漿［M］.北京:冶金工業出版社，1996.

［2］宮述林，趙光貞，欒元滇，等.鉀鹽礦床鉆探工藝技術［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(7）:25－28.

［3］胡繼良，陶士先，紀衛軍.破碎地層孔壁穩定技術的探討與實踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(9）:30－32，64.

［4］張慶海，等.鹽礦鉆探技術與工藝［M］.北京:地質出版社，1992.

［5］秦如雷，段隆臣.地質鉆探中孔內復雜情況的應對措施［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(10）:6－9.

Drilling in Soluble Deposit by Wall Protection Technique and Leakage Control with No Solid Saturated Saltwater Drilling Fluid in Laos

ZHAO He-jiang(No.1 Geology and Mines Investigation Branch，Qinghai Geology Survey of Nuclear Industry，Xining Qinghai 810008，China）

According to the difficulties encountered in the geological drilling in soluble deposit(potassium salt）in Laos，no solid saturated saltwater drilling fluid and double liquid grouting with single pump were adopted with drilling and economical efficiency greatly increasing.Analysis was made on the problems in the drilling process and the application and the effects of these technical methods were introduced.

soluble deposit drilling;no solid saturated saltwater drilling fluid;wall protection;leakage control

P634

:A

:1672－7428(2012）10－0020－03

2012－03－19;

2012－08－15

趙河江(1963－），男(漢族），河南人，青海省核工業地質局第一地質礦產勘查大隊項目經理、助理工程師，鉆探工程專業，從事鉆探技術與管理工作，青海省西寧市新寧路2號青旅商務大夏701室，huangweidong7288@163.com。