深部鹽礦勘探鉆井液研究與應(yīng)用

盧書亭

（中國平煤神馬集團(tuán)聯(lián)合鹽化有限公司，河南 平頂山 467000）

在深部鹽礦鉆井中，鹽礦上面的地層主要有鹽泥層、鹽膏層、頁巖等，在這樣的地層進(jìn)行鉆井工作，鉆速過快可能會(huì)引起鉆屑中土粒膨脹、軟化、分解等問題，都可能會(huì)給鹽礦的內(nèi)部穩(wěn)定帶來隱患。因此，在深部鹽礦鉆井過程中，需要改善鉆井方法，提高施工的安全性。通過對鉆井液的研究發(fā)現(xiàn)，選用合適的鉆井液進(jìn)行施工，可以增加礦井內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性，給深部鹽礦的開采帶來了安全保障。

1 鉆井液體系選擇與設(shè)計(jì)

在鹽礦鉆井中，鉆井液在某種程度上也可以說是鹽礦的血液、鉆孔沖洗液。鉆井液成分比較簡單，從成分上，可以分為清水、泥漿、無粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣等。清水是使用最早的鉆井液，無需處理，使用方便，適用于完整巖層和水源充足的地區(qū)。泥漿是廣泛使用的鉆井液，主要適用于松散、裂隙發(fā)育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩(wěn)定巖層。安全是生產(chǎn)的第一要素，地下巖層的分布情況與鹽礦開采安全息息相關(guān)，在鹽礦開采的準(zhǔn)備階段，應(yīng)該對鹽礦周圍的地形進(jìn)行仔細(xì)的勘察，應(yīng)該避免在土質(zhì)斷層進(jìn)行鹽礦的開采。有些鹽礦設(shè)在土質(zhì)斷層的區(qū)域，在開采過程中，鹽礦開采工藝沒有問題的情況下，如果鹵水不小心滲入到周圍的土壤中，就會(huì)將斷層的土質(zhì)變得活動(dòng)，因此鉆井前應(yīng)該仔細(xì)勘察。

在深部鹽礦鉆井時(shí)，安全生產(chǎn)是第一要素，在確保安全的同時(shí)，應(yīng)該盡可能地降低鉆井成本。在深部鹽礦鉆井時(shí)，土質(zhì)對鉆井的影響比較大，主要土層有鹽泥層、鹽膏層、頁巖等，在不同的土層鉆井時(shí)需要注意的問題也不同。針對不同的土質(zhì)，在施工時(shí)鉆井液的配比與選擇也不同。遇到泥巖或者砂巖時(shí)，可以采用清水或者泥漿，一開鉆完就直接下井管，并且進(jìn)行固定處理，可以防止產(chǎn)生黏土。黏土吸水性較強(qiáng)，使用鉆井液可能會(huì)出現(xiàn)吸水膨脹，造成縮徑的現(xiàn)象，使用清水或者泥漿可以在很大程度上可以降低鉆井的成本。

當(dāng)遇到巖層或泥巖層時(shí)，為防止鉆井液與巖層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在鉆井液的選擇應(yīng)該主要以抗鹽與鈣為主。眼膏層可以使用鹽水泥漿，普通泥漿如果與巖層發(fā)生反應(yīng)，可能會(huì)導(dǎo)致巖層發(fā)生移動(dòng)，從而導(dǎo)致整個(gè)土層發(fā)生移動(dòng)，這會(huì)使鹽礦內(nèi)部環(huán)境變得不穩(wěn)定，引起安全隱患，而鹽水鉆井液與巖層成分相同，不需要特別配置，可以直接從鹽礦中得到，在深部鹽礦鉆井中，使用鹽水泥漿成本比較低，性能好，既容易得到，又能夠很好的抑制鹽膏的流動(dòng)性。

因此，在鉆井液體系的選擇中，主要依據(jù)的土層的結(jié)構(gòu)，比如黏土、巖層、鹽膏等，不同土質(zhì)選擇不同的鉆井液，在安全、實(shí)用性高的基礎(chǔ)上應(yīng)該特別注意控制成本，鉆井需要大量的鉆井液，應(yīng)該選擇價(jià)格低廉的鉆井液。

2 深部鹽礦勘探鉆井問題分析

（1）地層壓力平衡問題。在深部鹽礦勘探鉆井過程中，仍然存在幾個(gè)問題，首先是地層壓力平衡問題。在鹽礦鉆井時(shí)，鉆井液中液體存在一定的壓力，與此同時(shí)土地中各個(gè)土層也存在一定的壓力，深部鹽礦鉆井時(shí)，使用鉆井液后，這兩種壓力就會(huì)出現(xiàn)相對的狀況。此時(shí)如果鉆井液的壓力比較小，地層就會(huì)發(fā)生縮徑現(xiàn)象，深部鹽礦在開采過程中如果出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象會(huì)給鹽礦的安全帶來隱患，以此在使用鉆井液鉆井時(shí)，應(yīng)該注意對鉆井液的處理。

（2）水敏性地層水化膨脹。在鉆井過程中，有些土層會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸水性。如在黏土層施工時(shí)，出現(xiàn)的水就會(huì)立即被土層吸收，土層吸收水之后，會(huì)變得膨脹，土層膨脹同樣會(huì)導(dǎo)致縮徑現(xiàn)象。在深部鹽礦鉆井，并不是所有土層都是吸水性土層，但是如果遇到吸水性土層時(shí)，需要做好水量控制，主要是對鉆井液的控制，防止發(fā)生縮徑現(xiàn)象。

（3）粘附問題。深部鹽礦鉆井中，最主要的工具是井鉆。在鉆井時(shí)，鉆與泥土之間有一定的摩擦系數(shù)，當(dāng)摩擦系數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，會(huì)影響深部鹽礦鉆井的施工。當(dāng)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)分析是什么類型的卡鉆，然后有針對性的進(jìn)行處理。

（4）散垮問題。在鉆井過程中，還存在井壁散垮問題，如果出現(xiàn)井壁散垮，掉落的井壁就會(huì)堵塞鹽礦的通道，導(dǎo)致縮徑。在深部鹽礦鉆井過程中，應(yīng)該科學(xué)的計(jì)算鉆井液的密度、重量等，預(yù)防各類問題的發(fā)生，確保安全生產(chǎn)［5］。

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

（1）鉆井液基本性能測試。對于鉆井液的研究不能只建立在理論基礎(chǔ)之上，還應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)對鉆井液的可行性進(jìn)行分析。首先對鉆井液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配比，如表1所示。

表1 鉆井液基本性能對比

表1可以看出，只有6號鉆井液的實(shí)用性較高，不同的配比影響下，鉆井液的實(shí)用性與功能也都不同，因此在鉆井液的調(diào)配時(shí)，應(yīng)該根據(jù)不同的土質(zhì)需要進(jìn)行調(diào)配。

（2）泥頁巖陽離子交換容量測定實(shí)驗(yàn)。在鹽礦鉆井的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的鉆屑，鉆在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，我們針對鉆屑進(jìn)行了陽離子交換測定實(shí)驗(yàn)，通過陽離子容量測定實(shí)驗(yàn)可以看出鉆井過程中產(chǎn)生的鉆屑的水化分散程度，鉆井過程中，有些土質(zhì)是屬于水敏型，吸水性較強(qiáng)，在這樣的土質(zhì)中，應(yīng)該注重對鉆屑的處理，防止水敏土質(zhì)吸水過多造成膨脹，從而導(dǎo)致縮徑現(xiàn)象。

（3）鉆井液的應(yīng)用。在深部鹽礦的鉆井過程中，鹽膏型土質(zhì)鉆井最為困難，因此應(yīng)該利用鉆井液進(jìn)行開礦，但在鉆井液的現(xiàn)場應(yīng)用中還存在一定的問題需要去改善。在我國的鹽礦開采中，使用鉆井水溶開采的方式時(shí)經(jīng)常會(huì)在地表發(fā)生井管斷裂的現(xiàn)象，鉆井液噴射到周邊的環(huán)境中，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響。除此之外還會(huì)導(dǎo)致鹽礦的覆蓋層承載力也會(huì)降低，這樣的鹽礦開采既有安全隱患，又污染環(huán)境。

3 結(jié)語

綜上所述，在深部鹽礦的開采過程中，通過對鉆井液的使用，鉆井的工作效率得到了有效的提高，成本也在一定程度上降低了。本文通過對鉆井液的研究，證明了在深部鹽礦的開采過程中，鉆井液使用的可行性。鹽礦鉆井時(shí)，鉆井液可以起到抑制、穩(wěn)定等作用，科技在不斷進(jìn)步，社會(huì)在不斷發(fā)展，當(dāng)前鹽礦開采的第一要素是安全，因此在深部鹽礦開采之前需要對地形等進(jìn)行勘探，確保安全生產(chǎn)，在安全的同時(shí)還需要把降低開采成本，本文對鉆井液的研究目的就是深部鹽礦鉆井更加安全、便捷。