琿春楊金溝鎢礦多泥漿體系的應用

鄒振山

吉林省有色金屬地質勘查局603隊，吉林 琿春 133300

1 礦區地層特點

琿春楊金溝鎢礦區地質構造復雜，2005年至2007三年施工期間遇到的鉆探問題為坍塌、掉塊、縮徑、漏失等，這些問題使得鉆探過程中多次出現鉆孔報廢，三年間成孔率達不到70%，鉆探生產極其被動，人力、物力、財力、成本大幅上升。

楊金溝鎢礦區地層概括為1～10m為表土層，10～230m分別為高嶺土泥質巖、泥質角礫巖，這類巖層遇水極易膨脹縮徑，造漿嚴重，屬典型的水敏性地層。施工過程中出現嚴重的米粒狀坍塌物并伴有滲漏，機械振動極易破碎，膠結松散，水敏性強，有的巖心用手可搓碎，巖心經日曬后自行松散，整個礦區鉆孔均有不同程度的坍塌、掉塊、漏失現象，地層造漿非常強。

2 以往施工概況

2005年至2007年，先后有多支鉆探施工隊在此施工，鉆進過程極其困難，多個鉆孔出現坍塌、掉塊、漏失，用SM膠無粘土液及低固相泥漿護孔，也未見效。其巖粉和坍塌物有的多達5m多，撈不盡，每次下鉆都須大泵量沖掃。鉆進時阻力大、泵壓高、回次進尺僅0.5m左右，并且提鉆時不敢停車采心，而是迅速連拉帶頂把鉆具直提上來，否則便有埋鉆的危險。提上來的巖心，實際都是巖粉，原狀結構不復存在，采心率不到70%。后采取反復灌注水泥漿、高固相泥漿護壁均未成功，3年來在此礦區報廢多個鉆孔。整個礦區施工難度極大。

2.1 施工失敗的原因分析

2.1.1 客觀原因

該礦區地層大部分呈硬脆碎，鉆孔呈現不同程度的漏失與坍塌，風化地層較深，一般為50～100m，全孔段護壁鉆進困難。

2.1.2 主觀原因

職工隊伍由于以往長時間在地層較好的條件下施工，技術素質較差，沒有復雜地層鉆進的經驗。

2.1.3 施工工藝上的問題

（1）技術套管處理上的問題，在以前的施工中，套管事故較多，一般為下跑、反扣、折斷。花費大量的時間處理。造成這種局面的原因是沒有合理地使用套管，基本上都是在實在無法鉆進時，才想起來下套管。這時由于鉆孔已形成“大肚子”，下入的套管在鉆桿的敲擊下容易發生嚴重事故。

（2）沖洗液的類型與地層適應性的問題∶在2005、2006、2007年的施工中，我們基本上是采用清水頂漏鉆進，勢必造成孔壁坍塌、掉塊，給施工帶來很大的困難，導致鉆具在孔內工作條件差，或促成事故頻繁發生，只有在實在鉆進不下去時才組織配制一些高固相、低固相、無固相泥漿去鉆進護孔，但此時孔內條件已經非常復雜，無法使用泥漿進行孔壁的修復和處理，最后被迫停鉆。

（3）堵漏技術上的問題∶在堵漏方面雖然做了一些工作，但大都是一些常規方法，采用泥漿、水泥、堵漏劑等進行堵漏。由于材料單一，加之我們技術水平有限，所做工作粗淺，掌握護堵工藝較差，未能解決該礦區的堵漏問題，給施工帶來很大困難。

3 鉆探設備

XY-4型、XY-42型、XY-44型XY-5型鉆機，BW-250型衡陽泥漿泵，75 kW柴油發電機組，φ75繩索取心鉆具，17m斜塔，繩索取心絞車等。

4 室內研究與試驗

實踐證明，復雜地層的鉆進護壁與堵漏，是需要采用多種方法綜合治理，但重點是研究漿液法護孔。這是因為當前各種高分子化學泥漿處理劑的大量涌現，為研制高效能的護孔液提供了可能。另外金剛石鉆進由于孔徑偏小和孔內的環狀間隙較小，導致了灌注水泥漿的有效性和局限性，套管護壁對于多處長孔段坍塌、掉塊的鉆孔也是有著很大的局限性。生產實踐也證明：采用良好的漿液護孔，其效果、效益都占優勢，而后遺癥較少。所以漿液的研究作為研究的重點。我隊沖洗液護孔的研究歷經多年時間，其間，第一階段，主要是將各種水敏性巖樣進行模擬防塌試驗，進而優選出性能良好及稀釋濃度較佳的處理劑；第二階段，采用正交實驗法大面積研配，將多種漿液與巖樣進行模擬防塌浸泡試驗，然后根據對巖樣浸泡變化的觀察分析，優選出較佳沖洗液；第三階段，對成本高、難溶解、難采購的處理劑進行替代，爾后根據巖樣浸泡觀察分析，優選出幾種最好的鉆孔沖洗漿液，定為多體系鉆孔漿液，該多體系鉆孔漿液的主要組份與配方如下：

（1）無固相鉆孔沖洗液∶PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO23%；CMC0.3% 。

（2）無固相鉆孔沖洗液：PHP 500×10-6；KP粉1%；Na2O.nSiO25%；CMC0.3% 。

（3）無固相鉆孔沖洗液：PHP 500×10-6；Sm膠0.8%；Na2CO35%（占Sm膠粉重）；CMC0.3%。

（4）無固相鉆孔沖洗液：PHP 200×10-6；KHm2%；PVA1%；CMC1% 。

（5）無固相鉆孔沖洗液：PHP 300×10-6；KP粉1%；KHm1.5%；CMC0.3% 。

（6）無固相鉆孔沖洗液：PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO28%；CMC0.3% 。

(7)無固相鉆孔沖洗液：CPA1%；FeCl31%；CMC0.5% 。

(8)低固相泥漿：PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO23%；CMC0.3% 。

(9)低固相泥漿：PHP 500×10-6；KP粉1%；Na2O.nSiO25%；CMC0.3% 。

(10)低固相泥漿：PHP 500×10-6；SM膠0.8%；Na2CO33%；CMC0.3% 。

(11)低固相泥漿：PHP 200×10-6；KHm2%；PVA0.6%；CMC1% 。

(12)低固相泥漿：PHP 200×10-6；Na2O.nSiO25%；XC1310.3%；CMC0.3% 。

(13)大漏失的處理方法：主要是以高分子物全絮凝堵漏和惰性材料混合堵漏。

配方：甲漿：水：PAM：粘土=100∶2∶30；乙漿：水：地勘水泥=50∶100 。

將甲乙兩漿接1∶1的比例，淺孔從孔口倒入，深孔需加工一個特殊的孔口灌注及加壓裝置，將兩漿用兩臺水泵配合，從鉆桿送出漏失層位后加壓2～3 MPa，候凝2～3 h，用低固相泥漿掃孔即可。

5 使用效果

多體系鉆孔漿液，不僅在室內試驗具有非常可靠的護孔機理和效能，而且在2008年楊金溝鎢礦區鉆探生產中，處理嚴重和極嚴重復雜地層的護孔也取得了非常滿意的效果，被各鉆探隊普遍接受，深受歡迎。

2008年我隊楊金溝鎢礦區開始大規模的詳查開始。根據以往施工經驗教訓，使用了多體系鉆孔漿液全面治理，立見功效。本年度在此礦區共施工了100多個鉆孔，總進尺達40 000多米，使用此種多體系鉆孔漿液在鉆探施工過程中沒有發生過膨脹、縮徑、坍塌現象，井壁保持完好，井內保持干凈，上下鉆順暢，電流、泵壓穩定，鉆桿回轉輕快平穩，巖心采取率保持在90%～100%之間。

例如我們在ZK8821號鉆孔施工時采用了體系6及體系11兩種泥漿配方，成功克服了此孔復雜地層條件，該孔地層復雜性為軟硬相間，完整與破碎的比例約為0.5：1，完整與破碎厚度不等，完整厚度不大于20m，破碎層不小于30m，有些孔段甚至上百米，坍塌物多為機械破碎的巖石以及斷層松散物，有時有較大的掉塊封堵孔徑，使鉆具下不到底。該孔為隨鉆漏失。漏失間距小，鉆孔漏失分為全泵量漏水和滲漏，以全泵量漏失為主，漏失多發生在破碎帶。該孔主要是裂隙漏失，裂隙分布和發育極不均勻，有水平的，斜交的，陡立的、網狀的裂隙，有張開連通和局部閉合的裂隙。我們在此孔的施工中交替使用泥漿體系6及泥漿體系11兩種配方，當護壁為主要矛盾時我們使用配方11泥漿進行施工，當漏失為主要矛盾時我們使用配方6泥漿進行施工，配方11具有良好的護壁功能，同時在小裂隙、小漏失地層中具有堵漏的功能，配方6泥漿具有很好的護壁功能，同時在較大裂隙較大漏失地層中具有較好的堵漏功能。配方11比較適合在深孔段地層中使用，但配制過程中比較繁瑣，需要長時間允分的攪拌，否則泥漿中的PVA不易溶解于泥漿中。

我們堅持使用此多體系鉆孔漿液，一直到2008年末在此礦區施工結束，各鉆孔得以順利完成施工，巖心采取率在90%以上。全部鉆孔施工正常，均評為一級鉆孔。楊金溝礦區復雜地層的處理實踐，進一步有力的證明：多體系鉆孔漿液有著可靠的護孔效能。

6 結論

（1）在復雜地層中采用綜合治理的護堵方法取得了積極的作用，但是對于一些采用多種手段仍難以治理的地層，在目前現場條件下和技術水平下，反復以各種手段護堵鉆孔做法，是不可取的。應當以護堵為輔，堅持使用泥漿頂漏鉆進出完整巖石，以技術套管一次隔離為主的方法。

（2）及時分析情況，發現問題及時處理。要根據巖層性質和孔內情況靈活使用泥漿，水泥高分子聚合物，絮凝物等護堵孔壁，快速突破以快脫險，完善復雜地層的鉆進方法。

（3）對于部分巖石硬脆碎取心不足的巖礦層，應限制回次進尺，勤提鉆。縮短內外管長度，提高單動性能。另外使用具有強護壁和交聯性能的沖洗液，提高巖礦心的采取率。

（4）認真搞好施工前的護堵工作，做好各種預防準備工作，及時采取相應的適合的鉆進措施進行不同地層不同孔段的鉆進，以保證孔壁穩定，防止鉆孔坍塌超徑。

（5）在漏失嚴重，巖礦破碎，孔壁不穩定的地層施工，建議最好引進反循環連續取心技術。預計有利于保證質量和較大幅度提高工程效率。但反循環連續取心技術目前在我國巖心鉆探中還沒有取得大面積的推廣使用，廣大鉆探職工技術人員還沒有掌握相關的技術知識及實踐經驗。

（6）建議進一步實踐多工藝空氣鉆進技術，以泡沫泥漿鉆進技術為該復雜地層鉆進開辟新的途徑。預計會取得更好的鉆探效果及更好的經濟效益。我隊在楊金溝一年多的生產實踐證明, 多體系鉆孔漿液在水敏性、力學不穩定地層、強造漿地層、漏失地層中有其獨特的不可替代的作用。

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