鐘春

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊(duì) 甘肅天水 741000）

某省地質(zhì)勘探隊(duì)在對(duì)某地發(fā)現(xiàn)的煤田進(jìn)行開發(fā)的過程中，由于煤田所處地層普遍存在極易破碎、松散等問題，這對(duì)煤田的深孔鉆進(jìn)施工造成了很大的不利影響。為了解決這一問題，保障煤田深空鉆進(jìn)施工作業(yè)的順利進(jìn)行以及施工操作人員的人身安全，技術(shù)人員進(jìn)行了大量的分析和研究工作，最終對(duì)鉆井液加以改進(jìn)，將純堿和燒堿加入進(jìn)鉆井液的配制用水中，使其沉淀并軟化，然后再在其中加入適當(dāng)?shù)匿@根離子、高分子聚合物以及鉀離子，通過對(duì)鉆井液進(jìn)行上述改進(jìn)之后，鉆孔施工效果得到了顯著的提高，避免了卡鉆現(xiàn)象的出現(xiàn)。

圖1 鉆井液用聚丙烯酸鉀

1 鉆孔工程概況

1.1 地層與鉆孔結(jié)構(gòu)

在該勘探區(qū)中，從新到老的揭露底層分別是新生界、上石盒子、下石盒子、二疊系山西組和本溪組、石炭系太原組以及奧陶系峰組。鉆孔工程中對(duì)于鉆孔的工藝要求是第一次鉆孔直徑要求195mm，鉆孔開到基巖下方后深入至直徑為145mm的套管之中。第二次鉆孔的直徑要求時(shí)99mm，按照這一直徑開孔直到終孔。

1.2 施工過程中的問題

在施工過程中，遇到的問題主要有以下幾方面：①煤層的層數(shù)比較多，而且埋藏的深度也比較大，對(duì)鉆井液的流變性能以及防縮徑性能提出了更高的要求。②由于在鉆孔施工的過程中，要達(dá)到基巖需要鉆進(jìn)比較大的深度，地層中的應(yīng)力很大，因此鉆井液必須有足夠優(yōu)良的潤滑性能和造壁性能，在防止地層中出現(xiàn)水化膨脹現(xiàn)象方面也必須有更好的表現(xiàn)。③在進(jìn)行鉆井液的配制時(shí)，由于基漿用水在質(zhì)量方面有不合格的問題，使得鉆井液性能受到了嚴(yán)重的不良影響。失水情況極為嚴(yán)重。這主要是最初用于鉆井液配制的水取自于周邊的河水，河水中具有較高含量的礦物質(zhì)，不符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，有比較嚴(yán)重的水質(zhì)問題。④因?yàn)樾律绲淖畲蠛穸雀哌_(dá)1430m，在鉆孔過程中，經(jīng)常會(huì)碰到破碎松散的地層，進(jìn)而在鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生掉塊坍塌或者超徑等質(zhì)量或安全事故。在粘土層中，極易出現(xiàn)造漿現(xiàn)象，大大提高了鉆井液中的固體物質(zhì)含量，增加了粘稠度，會(huì)使孔壁上產(chǎn)生過于厚的泥皮，進(jìn)而時(shí)常會(huì)出現(xiàn)吸附卡鉆的現(xiàn)象。在勘探區(qū)中多個(gè)鉆孔中均發(fā)生了卡鉆的現(xiàn)象，為此，在鉆孔中應(yīng)用的鉆井液需要能夠在鉆進(jìn)沖積層的時(shí)候，能夠?qū)φ惩涟l(fā)生分散造漿具有一定的抑制能力，進(jìn)而防止出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

3 解決措施

針對(duì)深孔鉆進(jìn)施工過程中的問題，勘探隊(duì)對(duì)其采取了相應(yīng)的措施以提高鉆孔的質(zhì)量。①對(duì)用于配漿的水進(jìn)行了適當(dāng)?shù)能浕谄渲刑砑恿诉m量的純堿或者火堿，對(duì)礦物質(zhì)加以沉淀，改善水質(zhì)，使其對(duì)鉆井液性能的不良影響降到最低。②根據(jù)實(shí)際情況對(duì)鉆井液體系進(jìn)行了適當(dāng)?shù)倪x擇，使得地層中盡量沒有河水和雨水等地表水滲入，減少鉆井液的失水量。為了增強(qiáng)鉆井液在抑制粘土發(fā)生分散造漿方面的能力，技術(shù)人員在鉆井液中添加了適當(dāng)?shù)匿@根離子和鉀離子，然后通過高分子聚合物的添加，發(fā)揮了包被、交聯(lián)和吸附的作用。③為了深孔鉆進(jìn)施過程中的安全性，在鉆進(jìn)到結(jié)構(gòu)比較完整的基巖層的時(shí)候，要提前漿套管下到其中，對(duì)覆蓋層進(jìn)行隔離，以此避免因?yàn)殂@孔發(fā)生漏失，進(jìn)而發(fā)生井壁坍塌的安全事故。④鉆進(jìn)液的選用也要根據(jù)不同地層的具體特征進(jìn)行，盡量避免因?yàn)殂@井液的不當(dāng)選用給深孔鉆進(jìn)工程的施工質(zhì)量和施工安全造成不良影響。

4 配制聚合物鉆井液及其性能

由于深孔鉆井施工過程中用來配制鉆井液的水是從河流中現(xiàn)取的，根據(jù)水質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn)，該水具有過大的硬度，會(huì)對(duì)鉆井液的質(zhì)量和性能造成嚴(yán)重的影響，因此在配制鉆井液之前，要對(duì)水進(jìn)行一定的處理，在其中加入適量的氫氧化鈉和碳酸鈉，將水中所含的鈣離子和鎂離子沉淀，軟化水質(zhì)。鉆井液的配制是在深孔鉆進(jìn)施工的現(xiàn)場進(jìn)行的，利用攪漿機(jī)進(jìn)行配制。配制開始之前，要先在攪漿機(jī)中添加約1.8m3的水，然后將氫氧化鈉和碳酸鈉加入其中，并持續(xù)攪拌約90min后，加入適量的水化膨潤土，攪拌約24h。在進(jìn)行水化膨潤劑的配制時(shí)，首先要把1kg的膨潤土加入25L水中，再按照比例要求將處理劑加入并進(jìn)行攪拌。處理劑加入時(shí)要按照從大分子量到小分子量的加入順序進(jìn)行。之后將KPAM、PHP處理劑加入其中即可。

在進(jìn)行鉆井液的配制時(shí)，還需要加入適量的潤滑劑和PGS，以此促進(jìn)具有較高韌性和黏附性的泥皮的形成。另一方面，為了保證鉆井液的潤滑性和對(duì)井壁的保護(hù)作用，要加入一定的銨根離子和鉀離子。除此之外，在深孔鉆進(jìn)的過程中，要根據(jù)煤系的地層特征，及時(shí)對(duì)鉆井液進(jìn)行一定的成分調(diào)整。例如，在鉆孔到煤層的時(shí)候，很容易發(fā)生縮徑的現(xiàn)象，在此階段，就要對(duì)鉆井液中的護(hù)壁劑和聚合物成分進(jìn)行提高，使鉆井液的膠結(jié)能力提高，保證泥皮質(zhì)量。

5 維護(hù)鉆井液

在深孔鉆進(jìn)施工開始之前，將鉆井液配制完畢之后，不僅要對(duì)其進(jìn)行妥善的保存，還要在實(shí)際深孔鉆進(jìn)施工的不同階段，根據(jù)施工實(shí)際情況特征，對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)整和維護(hù)，以保證鉆井液的質(zhì)量和性能，使其能夠在深孔鉆進(jìn)施工過程發(fā)揮應(yīng)用的效果，提高深孔鉆進(jìn)工程的施工質(zhì)量和施工安全。

（1）在深孔鉆進(jìn)施工過程中，要對(duì)鉆孔入口出的鉆井液進(jìn)行定期的檢測，記錄其返漿性能的具體指標(biāo)，實(shí)時(shí)掌握鉆井液的性能變化，如果出現(xiàn)不正常的變化，及時(shí)要對(duì)鉆井液進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保證其性能符合深孔鉆進(jìn)施工的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在深孔鉆進(jìn)施工階段，要做好施工場地的防水工作，避免因?yàn)楹铀蛘哂晁鹊乇硭疂B漏進(jìn)鉆井液中，對(duì)鉆井液造成污染，影響其性能的正常發(fā)揮。

（3）深孔鉆進(jìn)施工過程中對(duì)于旋流除砂器的應(yīng)用也要格外注意，深孔純鉆進(jìn)所用的時(shí)間應(yīng)該與旋流除砂器的開動(dòng)時(shí)長之比在1：1.3左右。

（4）因?yàn)椋谏羁足@進(jìn)過程中，鉆井液隨著放置時(shí)長的增加，其中所含的高分子聚合物含量會(huì)慢慢降低，造成鉆井液的有效濃度大大降低，使得鉆井液的質(zhì)量和性能均有所下降，無法再滿足鉆孔施工的實(shí)際需求。因此，子啊深孔鉆進(jìn)施工過程中，要定期對(duì)鉆井液中添加處理劑，根據(jù)實(shí)際需要以一定的比例逐漸加入，需要注意的是，在往鉆井液中補(bǔ)充處理劑的水溶液時(shí)，不能一次性添加的太多或者太少，要根據(jù)實(shí)際情況慢慢添加。

6 應(yīng)用效果

在根據(jù)煤田實(shí)際情況，對(duì)鉆井液進(jìn)行合理的調(diào)整之后，在勘探煤田的過程中，深孔鉆進(jìn)工程進(jìn)行的十分順利，不再有吸附卡鉆等施工事故發(fā)生。同時(shí)，與使用高聚物鉆井液之前相比，鉆具在鉆孔施工中的磨損情況具有顯著的減輕表明高聚物鉆井液本身的潤滑性能十分優(yōu)異，對(duì)鉆具起到了良好的保護(hù)作用。在本次深孔鉆進(jìn)工程中，利用高聚物鉆井液一共鉆出了6個(gè)鉆孔，經(jīng)測定這6個(gè)鉆孔都是甲級(jí)孔，說明對(duì)鉆井液進(jìn)行改進(jìn)，使用高聚物鉆井液在煤田深孔鉆進(jìn)工程中具有良好的應(yīng)用效果。

7 結(jié)語

在煤田勘探過程中，由于進(jìn)行深孔鉆進(jìn)施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)地層中的掉塊、坍塌以及破碎松散情況比較嚴(yán)重，在使用鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，很容易發(fā)生卡鉆、泥皮過厚等不利已施工進(jìn)度和施工質(zhì)量的情況，甚至對(duì)施工人員的人身安全也會(huì)產(chǎn)生一定的威脅。在此情況下，對(duì)鉆井液的配方進(jìn)行一定的調(diào)整，運(yùn)用聚合物鉆井液進(jìn)行深孔鉆進(jìn)施工，實(shí)際施工效果十分理想。

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