化學泥漿在礦區鉆探中的應用

李劍鋒

（山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271000）

在礦區鉆探施工中，孔內地質條件復雜，常常鉆遇地層類型較多，且施工周期較長，對鉆探施工造成較大阻礙，對鉆探施工技術要求較高，鉆進中需采用有效的泥漿護壁方式來保證孔內安全。傳統泥漿護壁采用膨潤土為原材料，而泥漿用量較多，通過采用化學泥漿護壁施工方式，在低濃度狀態下粘稠度依然較高，可有效減少化學泥漿用量，并且在施工過程中對環境影響較小，應用優勢明顯。因此，對化學泥漿在礦區鉆探施工中的應用方式進行深入研究。

1 礦區鉆探存在的問題及對于化學泥漿的要求

在礦區鉆探施工中，常見問題主要有以下幾點：

（1）孔壁穩定性降低，護壁施工難度大。在礦區復雜地層鉆探施工中，如果地層復雜程度較高，布孔數量較多，在鉆進施工中所需時間長，容易發生孔壁失穩問題。因此，在礦區鉆探施工中，必須結合實際情況加強護壁施工控制。

（2）回轉阻力較大，所需動力和材料較多。在礦區鉆孔施工中，隨著鉆進深度的增加，鉆桿長度增加，同時摩擦阻力增大，鉆桿磨損程度嚴重，鉆機負荷大，容易導致鉆桿斷裂，進而對鉆進施工順利進行造成不良影響。對此，在礦區鉆孔施工中，必須嚴格控制回轉阻力。

（3）鉆頭壽命短。礦區鉆探地層復雜，地層破碎、沖洗液漏失等現象常見，很容易發生鉆頭磨損、冷卻不及時燒鉆等事故，導致鉆頭使用壽命較短。

（4）鉆進效率低，鉆孔施工成本高。在礦區復雜地層鉆進施工中，隨著鉆進施工深度的不斷增加，鉆進周期較長，如果不能及時采取有效的護壁施工方式，則會造成孔壁失穩引發各類孔內事故。由此可見，在礦區鉆探施工中，要求結合實際情況選擇適宜的泥漿材料，不僅能夠達到良好的護壁和潤滑功能，同時還可清洗孔底、冷卻鉆頭。

2 化學泥漿在礦區鉆探工程中的應用方式

2.1 泥漿參數的選擇

在礦區鉆探施工中，泥漿質量是影響鉆孔效果的重要因素，在不同地質環境鉆探中所需泥漿參數也有一定區別。比如，如果鉆孔區域為砂土層，則可采用平底鉆頭進行鉆進施工，可對鉆進施工進度進行有效控制，使得孔壁四周能夠形成泥皮護壁，在具體的鉆進施工中，可調整為低檔轉速，并以大泵量和稠泥漿進行鉆進。另外，如果鉆孔區域為砂卵礫石土層，則在鉆孔施工中可能會發生跳鉆，對此，可適當降低鉆進速度，并且采用大泵量、稠泥漿、分級鉆進施工方式。

另外，在對泥漿質量進行分析時，還需綜合考慮泥漿粘度、比重和失水性。在不同地層層位，要求結合實際情況選擇適宜的泥漿粘度、比重和失水性，可有效提高泥漿懸浮礦渣能力，并形成厚度小、韌性強的護壁泥皮，確保孔壁穩定性。

2.2 化學泥漿在鉆探過程的具體應用

在泥漿配置完成后，即可將泥漿注入至泥漿池中，利用泥漿泵，將泥漿壓入至地面高壓管匯，分別通過水龍帶、水龍頭以及鉆桿，最后進入鉆頭，從鉆柱與孔壁的環狀間隙上返至地面。隨著鉆進深度的不斷增加，鉆屑可隨泥漿不斷上返，并從孔口中涌出，當鉆屑流經固控設備后進行處理，去除鉆屑，最后將干凈泥漿再返回流入泥漿池中，對泥漿進行循環利用，如圖1 所示。在泥漿循環利用過程中，不僅可發揮護壁作用，同時還可潤滑鉆桿、冷卻鉆頭，確保鉆探施工的順利進行。

在實際施工中，需根據鉆探施工實際情況制備適宜比重和粘度的泥漿，然后使其在泥漿循環系統中循環，同時回轉鉆頭進行鉆進施工，對孔壁起到保護作用，避免發生塌孔事故。只有保證泥漿比重合理，粘度適中，才能有效懸浮攜帶鉆屑，以回流的方式將鉆屑排出孔內，經固控處理至沉渣池中。在此過程中應注意保持泥漿循環不斷流，將處理后泥漿持續補充至鉆孔中。

圖1 泥漿循環示意圖

3 礦區概況

某礦區地層厚煤層和破碎層位較多，水敏性強，容易吸水發生膨脹和垮塌，如圖2 所示。該礦區斷層帶主要包括砂及泥、礫石碎屑，容易發生垮塌，如圖3 所示。如果在斷層影響下發生垮塌，由于垮塌物粒徑較大，因此鉆探施工難度較大。綜合考慮施工區域地質條件，采用普鉆施工方式，鉆具孔壁間隙比較大，在調整沖洗液粘度后，鉆具回轉情況良好，在坍塌地層中能夠保證鉆探施工的持續性。

圖2 水敏層坍塌

圖3 斷層坍塌

4 礦區鉆探施工

在該礦區施工中，含煤層數量多，地層容易發生坍塌事故，另外，由于水敏性強，因此容易發生膨脹。綜合考慮礦區地質環境特征，采用普雙鉆進施工方式。在鉆進施工中，共8 個鉆孔，在鉆進施工中均遇到復雜地層，對此，要求采用適宜的化學泥漿，當鉆進過程中遇到坍塌地層時，可及時提高泥漿粘度，增強泥漿降失水，即可有效排除鉆孔中的沉渣以及垮塌物，無需采用擴孔下套管施工方式。

比如，在某鉆孔施工中，在鉆進深度為270m 時，已穿過2 層煤層，但是在鉆進深度達310m 時發生垮塌，在增加粘度以及降失水后持續鉆進，但是在鉆進深度達340m 時再次出現垮塌物，在后續鉆進施工中，垮塌物多次出現，很難保證鉆進施工的順利進行。對此，取上孔底沉渣進行分析，為斷層構造物，是由沙礫石碎屑以及泥等所組成的。綜合考慮鉆孔施工實際情況，采用水泥封堵施工方式，在300m ～350m 孔段施工中，在經10 天多次封堵處理后依然存在坍塌、泥沙、礫石等，說明斷層或者煤層已產生較大洞，并且孔徑較大。對于250m ～350m 孔段，采用水泥封閉施工技術，首先采用6O″泥漿對孔底進行沖洗，然后清理泥漿池，并以鹽：水泥：水=2：50：35（以kg 為單位）比例配置水泥漿，用泵將水泥漿送入至孔底，2 天后固結，第三天掃孔，在深度250m 位置取完整水泥石塊，經檢測分析，試塊硬度為3級，能夠有效保護孔壁，并且在后續鉆進施工中，沒有出現垮塌事故。

5 化學泥漿的調配與維護

化學泥漿性能對于孔壁穩定性的影響較大，在不同地層鉆進施工中，需采用不同配方的化學泥漿，保障鉆探效益和鉆探施工質量。如果地層結構穩定，無垮孔和坍塌，則可采用無固相、低固相化學泥漿，而如果地層結構穩定性比較差，則應結合實際情況配置不同性能的化學泥漿，在施工現場配制泥漿時，要求各類處理劑預制24h 以上才可使用，可充分發揮各類處理劑的作用。如果施工現場條件允許，可在施工現場設置加長循環槽以及3 個沉淀池，并且經常撈出循環槽以及沉淀池中的沉渣，避免巖粉進入泥漿池中。在鉆探施工現場預制泥漿時，可采用2 個泥漿池，其中，主池以循環泥漿為主，而副池以預制泥漿為主，另外還需配制3 個空油桶，分別預制PAM、PAN、CMC。各種化學泥漿處理機的預制和配方如表1 所示，各類化學泥漿使用性能如表2 所示。

表1 泥漿各種處理劑的預制和配方表

表2 各種地層泥漿性能

在化學泥漿制備中，采用400L 攪拌機分批次攪拌化學泥漿入池，持續攪拌一桶膨潤土泥漿，然后再分別攪拌一桶PAM 以及PAN，大池裝滿后充分攪拌。在鉆探施工中，應結合鉆探施工進度及時預制泥漿以及處理劑，并在泥漿使用中對泥漿性能進行檢測，如果遇水敏性地層以及斷層，可適當增加泥漿粘度，保證泥漿降失水能力。

6 結語

綜上所述，本文主要結合實例，對化學泥漿在礦區鉆探施工中的應用方式進行了詳細探究。礦區地質條件復雜，在鉆探施工中容易發生膨脹和垮塌等問題，對此，應根據施工需要配置適宜的化學泥漿，并根據鉆進施工情況對泥漿配比進行優化調整，不僅能夠及時將孔內大顆粒坍塌物排除孔外，同時還可保證鉆進施工的持續性以及安全性。