無固相泥漿在曹縣煤田青崗集勘查區中的應用

周桂寧

（山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272100）

隨著煤炭資源勘查深度的不斷延伸，資源勘查成本和施工難度也不斷增加，施工風險更是越來越大。在煤田勘查過程中，由于地層埋藏深、松散層厚度大等原因極易造成卡鉆、埋鉆等事故，在以往的施工過程中，一般選擇膨潤土低固相泥漿進行鉆進，不但極易造成孔內事故還會影響鉆探效率。如何避免此類事故的發生，提高鉆探效率，是目前煤田地質工作人員所面臨的難題。在曹縣煤田青崗集勘查區項目施工中，技術人員結合勘查區地層特征通過反復試驗，采用了無固相泥漿進行鉆進，通過實際應用起到了非常好的效果。

1 青崗集勘查區地層特征

青崗集勘查區位于曹縣境內，地層自下而上為奧陶紀馬家溝群、石炭紀—二疊紀月門溝群本溪組、太原組和山西組、二疊紀石盒子群、古近紀官莊群、新近系及第四系。

該區新近系和第四系地層廣泛分布，厚度較大，全區新生界厚度在940～1263.20m。上部的第四系巖性一般為黃、棕黃色粘土和砂質粘土，夾不等粒砂層，中下部的新近系巖性為棕黃、淺綠色粘土巖和砂質粘土巖，夾有部分細砂巖。無固結、成巖性差，一般較松散。在鉆孔施工中砂層坍塌、掉塊、粘土層膨脹縮徑極易造成埋鉆、粘鉆、卡鉆、找不到原孔等孔內事故，甚至導致鉆孔報廢。

2 無固相泥漿在鉆探施工中的作用

在鉆探工程中，泥漿的運用旨在對鉆孔井壁進行保護，以往所應用的多為細分散低固相泥漿。此類型泥漿有較高含量的造漿黏土，泥漿體系內黏土保持高度分散，孔內循環中泥漿有明顯失水情況，整個孔壁穩定性的維持主要借助失水后的泥皮，護壁能力較差，極其容易造成事故。

通過利用無固相泥漿的滲析膠結性質及吸附膠結作用，達到砂層膠結的目的，增強孔壁的穩定性以達到保護孔壁的作用，能夠獲取較好的漿液護壁效果。

3 無固相泥漿的配置

根據青崗集勘查區的地層情況，在充分試驗的基礎上，總結出來一套適合本區鉆進的泥漿配比方法。每一立方按照水解聚丙烯酰胺0.3kg、聚丙烯氰鈉鹽5～6kg、工業純堿5～6kg 的比例，對其進行攪拌，充分溶解。配置好溶液后使泥漿性能達到粘度19～25s、比 重1.03～1.07、失 水 量8～15ml/30min、pH 值9、膠體率達到98%即可使用。

水解聚丙烯酰胺（HPAM）分子鏈上的水化基團-COONa 在水中電離成COO 和Na，使其分子鏈帶負電荷和水化，在靜電和水化膜斥力的作用下，使其卷曲的分子鏈得到伸展。這種伸展的長鏈高分子在鉆孔井壁形成薄膜，對水敏性地層形成良好的護壁性，并對巖屑進行選擇性的絮凝，使其有利于沉淀，保證了鉆孔內干凈，杜絕孔內巖粉的沉淀，保證了鉆孔的安全。

4 無固相泥漿在青崗集勘查區中的應用

青崗集勘查區松散層厚，砂層多，粘土層易膨脹，施工難度大，以往施工中會經常出現孔內因縮徑、砂層坍塌等原因造成的孔內事故。特別是施工的水文地質鉆孔和煤層氣參數井難度更大，鉆進使用TXB-1600 型普通煤田鉆機，由于取芯多，提下鉆次數多，還需要下入Φ146mm 套管1100 多米護壁套管。從開孔初期就使用無固相泥漿護壁的方法，上部采用Φ108mm 三翼無心鉆頭鉆進，自800m 開始采用Φ89mm 巖心管和Φ89mm 肋骨鉆頭取芯鉆進，施工至1100m 左右，見基巖界面后用Φ170mm無心鉆頭擴孔，下入Φ146mm 套管。且后期長度1300m 左右的抽水套管在孔內停滯10d 左右的時間后一次性提出孔內。在施工過程中，嚴格按照配置比例進行泥漿配置，并進行充分攪拌，根據施工地的水質情況適當調整了各種材料的配置比例。

鉆進中，巖粉和細砂會不斷進入泥漿，造成泥漿黏度、密度和含砂量逐漸增大，嚴重影響鉆探效率和鉆孔質量。在鉆進過程中必須做好泥漿除砂凈化工作，使用“長槽大池”泥漿循環系統。泥漿池中泥漿儲備量一般是鉆孔容積的2倍，并盡量加長泥漿槽的長度，有利于巖粉的沉淀，有條件的鉆機還在施工現場配備了除砂設備，有利于清除泥漿中的巖粉和細砂等物質。

隨著鉆孔的不斷加深，孔內泥漿性能會發生變化，并在循環系統中時刻注意了泥漿液的補充，時刻監測孔內泥漿各性能指標。根據鉆進地層和泥漿性能變化情況，不斷地進行維護和調整，使其保持泥漿性能的穩定性。

5 無固相泥漿的應用效果

截至2019 年使用本方法配置泥漿已施工完成鉆孔近60 個，鉆探進尺75000 多米，全部采用無固相泥漿裸孔施工，施工過程中沒有出現因為鉆孔砂層坍塌、掉塊、粘土層膨脹縮徑等原因造成的埋鉆、粘鉆、卡鉆、找不到原孔等孔內事故，做到了成孔率100%，鉆探效率達到720.3 ～1606.8m/月，平均鉆效1200.9m/月。與未使用無固相泥漿時相比較，鉆探效率提高近300m/月，按60 個鉆孔計算，可增加近1000 萬的直接經濟效益。施工的3 個水文地質鉆孔、2 個煤層氣參數井護壁套管全部一次性下入孔內，抽水套管也實現一次性提出。通過無固相泥漿的應用極大避免了孔內事故的發生，提高了鉆探效率。如表1 所示。

表1 隨機抽取10 個鉆孔鉆效統計表

6 結論

無固相泥漿配制簡單，性能穩定，容易調整和維護，在青崗集勘查區成功的應用，很好地解決了巨厚松散層中容易出現的埋鉆、黏鉆、出現叉孔等事故，增強了護壁能力，減少了鉆具的磨損和動力的消耗，提高了鉆進效率，保證了鉆孔的順利完成，為勘探開發菏澤曹縣煤田提供了堅實的鉆探技術保障，僅青崗集勘查區就增加了近1000 萬元的直接經濟效益。同時項目的順利完工，按照年產500 萬t 的礦井計算，每年可產生15 億元的社會效益。