復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術探討與實踐

陳永忠

摘 要：文章首先分析了我國深孔鉆探技術的現狀以及復雜地層的深孔鉆探工作面臨的主要問題，然后針對復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術進行了探析和實踐。

關鍵詞：復雜地層；深孔鉆探；泥漿護壁；礦產資源；回轉阻力

在我國的礦產開發以及勘察過程中，鉆探技術發揮了非常重要的作用。在經濟的發展與社會的不斷進步下，我國的礦產資源儲量已經面臨危機。為了保障經濟以及社會的可持續發展，加大礦產資源的開發以及勘察力度非常必要。在這樣的情況下，勘察工作自然就對鉆探技術提出了更高的要求。鉆探施工非常隱蔽，無法及時了解孔內詳情。而孔底相關工況信息傳遞到地面工作人員作序的時間越長，應對孔內復雜情況的難度就會越大。復雜地層的深孔鉆探工作往往需要穿越比較多的地層，并且施工時間比較長，因此施工難度相應會更大。

1 我國深孔鉆探技術的現狀分析

上個世紀的90年代，國家礦業巨頭BHP礦業進入我國礦業勘探領域，并認為我國的礦業勘探技術還有很大發展空間。進入21世紀以后，隨著資源需求量的增加，其開發強度也日益增大，這使得我國的地質勘探工作逐漸向更深的地層推進，國家對于深孔鉆探技術的需求已經日益上升。為了不斷滿足我國礦產資源的市場需求，全液壓鉆機被研發了出來。這一鉆機的特點更加適應國際鉆探技術的發展趨勢，具有機械化程度高、給進行程長以及無級調速等優點。

我國的鉆探工藝門類比較齊全，繩索取心工藝、不提鉆孔底換鉆頭以及孔底動力鉆具等經過30多年的發展已經越來越成熟。近年來，繩索取心鉆探工藝的新規范已經逐漸普及到了金屬礦的鉆探施工中，并且受到越來越多鉆探企業的重視。但由于受到設備故障率偏高等因素的影響，我國復雜地層深孔鉆探的效率在230到495米/月范圍內，巖心的平均采取率在60%到85%之間。孔底動力技術、液動潛孔錘技術以及孔底換鉆頭技術由于受到結構、材料以及性能等各方面的制約因而一直沒有被應用到實際生產過程中。相信通過對材料的改進以及工藝的優化，我國的深孔鉆探技術一定可以不斷向前進步。

2 我國復雜地層的深孔鉆探工作面臨的主要問題

2.1 護壁難度比較大

對于復雜地層的鉆進工作，隨著孔深度的不斷增加，地層的復雜程度也會越來越大，孔壁就越容易出現失穩的情況。因此，在復雜地層的深孔鉆探工作中，保護孔壁是非常困難同時也是非常重要的環節。

2.2 回轉阻力較大

鉆孔深度越大，孔內鉆桿的摩擦阻力就會越大，這一點在繩索取心工藝中體現得尤為明顯。繩索取心工藝中，鉆桿的磨損比較嚴重，回轉阻力還會帶來鉆機負荷，導致鉆桿的斷裂。

2.3 鉆頭壽命較短

復雜地層的深孔鉆探工作很難準確控制鉆壓，再加上接頭密閉性不夠高等問題，很難保證沖洗液可以完全被送到孔底，這種情況就會造成鉆探工作的假循環最終導致鉆頭壽命受到影響。

以上存在的問題很多都與鉆機的沖洗液有莫大關系，因此在復雜地層的鉆探工作中，沖洗液發揮著非常重要的作用，對其要求自然也就越高。首先，沖洗液的濾失量應該較低而造壁性則應該較強，這樣才能發揮吸附和粘結孔壁的作用，有效保護孔壁的穩定；其次，沖洗液的潤滑性能應該較好，這樣鉆機的粘附系數就比較小，因此摩擦以及回轉阻力都會相應降低。回轉阻力降低以后，材料的損耗就會減少，鉆機的使用壽命才能更長。

3 復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術探析和實踐

3.1 PHP系列泥漿護壁技術探析與實踐

（1）PHP系列泥漿護壁技術探析

PHP是由聚丙烯酰胺經水解得到的，是一種長鏈高分子化合物。PHP的非離子吸附基團很多，比如-CONH2，因此PHP在基團的吸附作用下會形成薄薄的吸附膜，起到減輕泥漿濾液給地層帶來的侵蝕作用，從而起到護壁作用。同時，PHP也是一種表面活性劑，吸附到金屬以及巖石表面以后就可以起到潤滑作用，起到降低摩擦阻力的作用。

（2）PHP系列泥漿護壁技術實踐分析

某地的金礦鉆探施工中，花崗巖為主要地層構成。由于該地地層受到斷層構造的影響，因此出現了裂隙發育、地層漏失以及巖石破碎等問題。這些問題的存在很容易導致施工過程中的掉塊以及坍塌現象。為了防止鉆桿內壁出現結垢問題，可以通過PHP泥漿護壁技術來加強該地層孔壁的穩定性。所使用的PHP分子量在800到1200萬之間，水解度為30%。實踐證明，PHP系列沖洗液可以基本解決孔壁失穩、鉆桿內壁的結垢以及回轉阻力過大等問題，應用效果良好。采用該沖洗液以后，鉆進效率與質量都得到了提高。普通沖洗液的效率大約在342米/月，而使用PHP系列沖洗液以后，效率提高到了430米/月，增幅高達25.7%。并且鉆探施工的事故發生率也明顯降低。PHP所帶來的這些改進也正是其不斷獲得應用的原因。但是PHP系列泥漿護壁技術在實際應用中無法很好地解決破碎嚴重以及地層漏失嚴重等問題，而這些問題隨著鉆孔深度的增加愈加凸顯。最近出現的PHP洗液與PVA洗液混合的護壁技術改進了這些問題，應用效果更好。但是這一施工方法與單一PHP施工相比成本偏高，因此，我們還需要進一步探索應用效果更好、更加經濟的護壁技術。

3.2 LBM泥漿護壁技術探析與實踐

（1）LBM泥漿護壁技術探析

LBM是在膨潤土經化學改造升級而得到的新型高級造漿材料，有著濾失量低和粘度低等優點。該沖洗液制作起來也比較容易，維護簡便，是一種具有多種功能的復合材料。LBM之所以可以起到護壁作用，原因就在于其含有大量的-CN、-COONa以及-CONH2等基團，因此所配置出來的具有切力低、粘度低、密度低、失水能力低以及分散性高等特點。此外，通過對加入量的調節就可以改變泥漿的性能。

（2）LBM泥漿護壁技術實踐分析

某地金礦的深孔鉆探施工中，由于地層破碎情況以及鉆孔的漏失情況都比較嚴重，因此給鉆探工作帶來了很大難度。該金礦的開發單位曾經嘗試過使用花生皮、棉籽殼以及PHP泥漿來進行堵漏，但效果都不夠理想。無奈之下使用PHP混合PVA技術，但是卻造成了掉塊以及坍塌問題。采用LBM泥漿以后，僅僅用了五個小時就穿過了坍塌層并繼續向前鉆進，最后的鉆探深度為525.38米。并且LBM泥漿還成功排除了孔內積留的沉淀物。此LBM泥漿護壁技術的應用實例告訴我們，對于破碎以及漏失嚴重的復雜地層，LBM泥漿護壁技術在防止坍塌、穩定孔壁以及防止鉆桿的內壁結垢方面都有著非常好的應用效果。

4 結束語

礦產的開發以及勘察過程中，鉆探技術有著非常重要的作用。而對于復雜地層來說，護壁難度比較大、回轉阻力較大、鉆頭壽命較短等問題都與沖洗液聯系緊密。因此要想實現復雜地層深孔鉆探技術的提高，探討泥漿護壁技術是非常必要的。PHP系列泥漿技術通過吸附作用形成的吸附膜來達到減輕泥漿濾液給地層帶來的侵蝕作用，從而起到護壁作用。其應用可以基本解決孔壁失穩、鉆桿內壁的結垢以及回轉阻力過大等問題，但無法很好地解決破碎嚴重以及地層漏失嚴重等問題。LBM含有大量的-CN、-COONa以及-CONH2等基團，具有切力低、粘度低、密度低、失水能力低以及分散性高等特點。對于破碎以及漏失嚴重的復雜地層，LBM泥漿護壁技術在防止坍塌、穩定孔壁以及防止鉆桿的內壁結垢方面都有著非常好的應用效果。

參考文獻

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