煤田钻孔泥浆的应用与堵漏

闫 信

长春市煤田地质勘探队，吉林 长春130000

在煤田钻孔勘探中，由于沉积地层厚，松散、松软的地层多，且破碎、裂隙、膨胀、缩径、坍塌、掉块经常出现。为保障钻探进度，维护钻孔孔壁的完整，泥浆的使用是保障正常钻进的重要条件，泥浆被煤田钻探工作者称之为钻探工作的血液。泥浆是劳动者在采用钻探手段来探明和开发地下资源的时候，逐步认识而使用，而后在煤田地质钻探中广为应用。地质工作者从地质目的和经济效益出发，因地制宜、就地取材，合理的使用泥浆，各地勘探部门都积累了丰富的经验。

随着科技的进步，勘探事业的迅速发展，钻进不断向着优质快速的方向发展，因此对泥浆各种性能的要求也不断提高。在广大科技工作者和一线工人的努力和探索中，一批批新型泥浆不断涌现，对各类不同的地层采用不同的泥浆，在钻进的质量和进度上都起到了很大的作用。如盐水泥浆、低固相泥浆、钙处理泥浆和一些化学泥浆等都被广泛应用，一些有机处理剂和无机处理剂、高分子化合物、表面活性剂等化学试剂都在调节泥浆的性能而被有效的利用，在钻探生产中起到了很大的作用。钻探生产对泥浆的选用主要对所钻地层的岩石结构性质所采用的特点有别，无论采用什么材料，加入什么样的处理剂，配制的泥浆达不到效果，而盲目施工就会使效率低下，钻孔质量差、事故率高。

煤田钻孔相对孔径大，所钻地层软的多硬的少，地区的层理、节理都较发育，沉积地层厚，地质构造频繁、断层多、风化程度高，水敏感性强，所以极不稳定。虽然广大勘探工作者对泥浆的使用有所认识，深知其利弊，但也有忙于进度，忽略泥浆的污染和性能的改变，在使用的过程中对泥浆的变化重视不够，对各项指标的调节不合格、不到位，导致漏水、涌水、坍塌、掉块、泥包钻头，岩粉排不出或沉淀不好等很多问题，甚至造成埋钻、卡钻、烧钻等孔内事故，欲速则不达，这样即影响效率又增加成本。

煤田钻孔在复杂的地层施工，泥浆应用的再好还不够，还会经常遇到大面积坍塌地层，较大的裂隙带、破碎带、老窟、沉没等造成泥浆大量流失，无法正常钻进或大肚孔，极易折钻，打捞困难。遇到这些地层单纯的依靠泥浆是很难解决的，这就给我们提出了新的难题，堵漏就成了必要的措施和手段。在长期的生产实践中，堵漏的方法很多，但有的堵完经过一段时间工作又会再漏，有的办法成本又太高，目前采用的堵漏方法主要有泥浆、水泥、化学浆液、惰性材料、下套管等，但无论哪种方法都各有利弊。经过我队的多年实践，在钻煤田钻孔中由于孔径大，用水泥浆堵漏是最理想的方法。

1 泥浆

泥浆在煤田钻孔中的应用，首先应抓住煤田地层的特点，要牢牢把握钻探技术的主要对象，也就是我们所钻的岩层，做为我们选用泥浆的基础工作，对本勘探区的典型钻孔岩石的物理和化学性质、岩石的类型、风化程度、节理、胶结物、地下水等情况进行调查、了解、分析，有条件可以对岩石进行胶结物、风化程度、粒度进行测定，从根本上了解岩石及地下水对泥浆的影响程度，有钻对性的选择泥浆及处理剂达到我们的目的。

1.1 泥浆粘土的选择

粘土是配制普通泥浆的主要材料，所以对它的选择、鉴定非常的重要，粘土的质量直接影响泥浆的性能，它的质量好坏对各种泥浆化学处理剂的影响作用是非常大的，按照我国粘土的质量标准分为四个等级：甲级膨润土；乙级膨润土；丙级膨润土；丁级红黄土。粘土的好坏对配制泥浆的造浆率、化学处理剂和添加剂的作用有着直接的影响，因此必须选择合适的粘土。为了更好使用泥浆穿透所钻岩层，首先要选好造浆用粘土，在采购中我们应选择甲级膨润土，它颗粒小具有高度可塑性。膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，是一种含水的铝硅酸盐，这种粘土在水中的分散度在通过加入碱后能大大的提高。由于我们在野外产生、配制泥浆对粘土的鉴定用肉眼是很难识别的，除了厂商提供的指标我们只能看一看目数、色泽，所以在临制浆之前我们最好做一些简单的实验，把粘土合成团或条状，然后用刀切开，仔细观察切面的光滑程度，用手摸感觉到很细腻，然后放到一边干燥，干燥后的土块应较硬，含砂量和杂质少，这时就可以选用了。只有正确的选择好粘土才能配制出优质的泥浆，实现具有低失水、相对密度轻、切力好、润滑性好、抵制泥化强且泥皮薄而韧的泥浆，从而对的携带、沉淀岩粉、钻头的清洗、钻具的润滑都起到作用，能很好的保护钻孔提高钻进效率和孔内的安全。

1.2 泥浆配制方法

泥浆在煤田钻孔勘探中要按照标准的操作规程配制，在调制后要根据不同的勘探区、不同的地层进行多个项目、指标的测定，如相对密度、粘度、失水量、静切力、胶体率等，可是在野外施工中条件有限，各机组只能根据经验进行调制，集中施工可设泥浆站，采用试验室配方比例调制。调制方法主要有机械方法和化学方法两种形式，利用机械可以让泥浆和各种添加剂充分搅拌均匀，提高粘土的分散程度，让药物充分发挥其调节作用。用化学方法处理，使其泥浆在原有基础上的成分进行反应，改变粘土颗粒的表面性质和状态，改变水的性质从而获得我们需要的指数，达到所要求。

在野外配制泥浆选土工作做好之后，首先要搞好抓好“水土比”，即粘土加水，在制浆前对粘土进行予水化处理。实践证明予水化的粘土制浆液和不予水化的粘土制浆液是完全不一样的，予水化的粘土失水较少，粘土颗粒分散均匀，水化的越好、水化膜厚，散游的自由水就越少，抗污染和稠化能力强，正常情况下优质的膨润土做予化水处理50～70 h 为宜。我们野外配制中应按水土比和加碱值的顺序进行（土+水+碱），利用现场的机械进行充分搅拌，用简单的方法测试一下粘度、pH 值、相对密度，达到符合该施工区钻孔地层对泥浆指标的需求。

1.3 泥浆性能的调整

泥浆在施工过程中，随着孔深的变化、岩层的变化、水文等因素的影响，泥浆的性能也在变化，所钻岩层的污染也直接导致泥浆性能指标的改变，这样就会影响钻进的效率，使我们的施工不能顺利进行，特别是煤田钻孔，由于节理发育、冲积地层厚、自然造浆严重、破碎风化地层多等因素影响，所以在这样复杂的地层中施工，不论配制的泥浆稳定性有多么好也避免不子污染变质，也就是说煤田钻孔对泥浆的质量及性能和流变性的高要求是客观存在的，在钻进这些高变化的地层时必须要经常对泥浆进行检查、及时调整，才能保障我们的施工能顺利进行。

在正常情况下，我们对泥浆的调整多采用机械法清除泥沙，用物理法改变固相比，用化学处理剂改变泥浆的其它性能和泥浆内在性质。为子节约开支、降低成本、配制方便，在化学处理剂的选择中要秉承加量少、价格低、配制方便、容易掌握的原则。对配方要根据地层和泥浆的条件，通过实验后再实施。这样调整既能防止坍塌掉块、保护孔壁、满足钻进效率和岩煤岩的质量，使较长时间的停钻泥皮不脱落，达到调整的效果，又能使浆液达到流动时“稀”，不流动时粘的流变性质，保障钻进的顺利施工。

1.3.1 粘土的调整

对于泥浆的粘度和切力应保持施工钻孔需要的最低限度为宜。泥浆的粘度与固相的浓度的相关联，控制固相含量非常重要，加水或稀泥浆来降低粘土颗粒的浓度，这是在野外施工中最简单的降粘方法，但这种方法必须是少量、多次的进行，如加量过大、过急，特别是加水稀释会增加泥浆失水量，对钻孔极其不利，会造成泥皮脱落，给孔内造成事故，最好不采用直接对水稀释来降粘的方法。煤田钻孔较突出的问题造浆，所以说粘度调整应逐渐加入稀泥浆使固相降低，只有使用这种方法降粘才会达到我们的目的。

另外用化学处理剂来沉淀和清除泥浆中的高价阳离子也可起到降粘作用，但加入量必须严格控制，否则会适得其反。目前市场的化学处理剂品种很多，如单宁碱剂、铁洛盐、煤碱剂等效果都很好。虽说煤田钻孔造浆地层多，但也会经常遇到泥浆变稀的地层，这样又要增加泥浆的粘度，调整的方法有：增加粘土量或适量加入碱来提高粘土的颗粒分散度、提高粘度，另外可以加入化学处理剂或野生植物胶，都可提高粘度。

1.3.2 失水量的调整

煤田钻孔施工中，由于地层复杂的影响，泥浆变稀、失水量增加是经常发生的，这样对失水量的调整更为重要，降低失水量的调整方法主要是通过提高泥浆中颗粒的浓度和水化程度来提高泥皮的致密性，保证泥浆中粘土的含量使胶质粒子浓度稳定，提高粘土的分散度。常用的方法是加入碱来改变粘土颗粒表面性质来稳定泥浆的失水量或加入化学药品及高分子降失水剂来降低失水量，如煤碱剂、铬制剂、硝基腐酸、NaCMC 野生植物胶、KP共聚物等，都能有效控制失水量。

1.3.3 流变性

调整泥浆的流变性，在煤田钻孔中常常要求泥浆具有良好的流变性质，对于钻进过程中，流动时“稀”静止时“粘”，这样的泥浆既能保障良好的流动性，即排粉好、剪切速率佳，又能在因故停钻、钻孔测井等长时间停钻时保护孔壁完整，在较软的地层中钻进解决泥浆性能的变化，流变性较好的泥浆应为化学泥浆，即高聚物优质泥浆。这样的泥浆能控制固相含量、失水少、相对密度轻、钻进阻力小。为保持泥浆的稳定，对循环泥浆采用机械除砂等都会收到良好的效果。

2 堵漏

在实际工作中，我们会遇到大断层、破碎带、大裂隙、溶洞、老窟等，使泥浆流失或涌水被迫停钻，用调整泥浆的方法无法完成，必须人为的进行堵漏。在煤田钻孔中，用水泥堵漏无疑是最佳选择，也是最经济、效果最好的选择。它具有成本低、材料来源广、操作简单的特点，特别是近些年来，随着新品种水泥的生产，各种水泥化学附加剂的增加，为我们合理的利用创造了良好的条件，可供使用的普通硅酸盐水泥、油井水泥、快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、矾土水泥和各种水泥速凝剂、速凝早强剂、缓凝剂等各类附加剂。当然，钻孔的堵漏方法很多种，比如泥浆、惰性材料、水泥、化学浆液、套管等都可以，但要根据当时实际情况、条件等具体情况而定。

在煤田钻孔的堵漏工作中，用水泥堵漏是最有效、最经济、最易操作的好办法，根据我们多年的经验，下列几种堵漏方法收到了很好的效果：

（1）遇到裂隙漏孔，我们依据孔径及深度，计算好水泥的用量，在水泥浆中，按水泥重量加入3%～4%的食盐，将水泥搅拌成粥状，用泥浆泵注入漏处，大约30 多个小时后即可凝固，待水泥凝固后下钻取芯，这样水泥芯取出后就能堵住漏点继续钻进了。

（2）对风化、坍塌地层，使用膨胀硅酸盐水泥，加入适量的速凝早强剂。加入速凝早强剂要依据钻孔的深度、上下钻及搅拌的时间来确定加入量。将水泥浆搅拌均匀，用泥浆泵送到漏处，按水泥的凝固时间来确定继续钻进的时间。

（3）施工中会碰到坍塌后的大肚孔，造成钻具经常折断，不容易碰头或者小洞、老窟也需要进行封堵。这种情况下，我们采用钻具将一定量的细漆包线或者多块细丝网分散投入在需要堵的部位，然后灌入普通水泥沙浆或快硬硅酸盐水泥沙浆，根据需要加入附加剂也会收到更好的效果。水泥沙浆比例为1：1，但沙子要经过细筛后才能使用，避免在泥浆泵工作中造成泵损伤或无法送入孔底。大家知道水泥在加水后，水泥浆中的水与水泥颗粒相互接触，从溶解期到胶化期到结晶期，影响水泥凝结硬化速度的因素很多，所以我们在水泥的选择上也必须注意，最好用够标号、新鲜的为好，由于水泥的凝固受温度和添加剂的影响，以及时间的影响，在灌注时各项因素必须考虑周全，采取必要的措施才能更好的做好堵漏工作收到奇效。

综上所述，都是我们在多年的工作实践当中，遇到的问题和解决问题的所知。钻探工程随着国民经济的发展和科技的进步，会更多的和其它学科紧密相联，探索新的未知，向更深、更远的地方探查，将未来的钻探工程学科推向新高点，带来新挑战。