珲春杨金沟钨矿多泥浆体系的应用

邹振山

吉林省有色金属地质勘查局603队，吉林 珲春 133300

1 矿区地层特点

珲春杨金沟钨矿区地质构造复杂，2005年至2007三年施工期间遇到的钻探问题为坍塌、掉块、缩径、漏失等，这些问题使得钻探过程中多次出现钻孔报废，三年间成孔率达不到70%，钻探生产极其被动，人力、物力、财力、成本大幅上升。

杨金沟钨矿区地层概括为1～10m为表土层，10～230m分别为高岭土泥质岩、泥质角砾岩，这类岩层遇水极易膨胀缩径，造浆严重，属典型的水敏性地层。施工过程中出现严重的米粒状坍塌物并伴有渗漏，机械振动极易破碎，胶结松散，水敏性强，有的岩心用手可搓碎，岩心经日晒后自行松散，整个矿区钻孔均有不同程度的坍塌、掉块、漏失现象，地层造浆非常强。

2 以往施工概况

2005年至2007年，先后有多支钻探施工队在此施工，钻进过程极其困难，多个钻孔出现坍塌、掉块、漏失，用SM胶无粘土液及低固相泥浆护孔，也未见效。其岩粉和坍塌物有的多达5m多，捞不尽，每次下钻都须大泵量冲扫。钻进时阻力大、泵压高、回次进尺仅0.5m左右，并且提钻时不敢停车采心，而是迅速连拉带顶把钻具直提上来，否则便有埋钻的危险。提上来的岩心，实际都是岩粉，原状结构不复存在，采心率不到70%。后采取反复灌注水泥浆、高固相泥浆护壁均未成功，3年来在此矿区报废多个钻孔。整个矿区施工难度极大。

2.1 施工失败的原因分析

2.1.1 客观原因

该矿区地层大部分呈硬脆碎，钻孔呈现不同程度的漏失与坍塌，风化地层较深，一般为50～100m，全孔段护壁钻进困难。

2.1.2 主观原因

职工队伍由于以往长时间在地层较好的条件下施工，技术素质较差，没有复杂地层钻进的经验。

2.1.3 施工工艺上的问题

（1）技术套管处理上的问题，在以前的施工中，套管事故较多，一般为下跑、反扣、折断。花费大量的时间处理。造成这种局面的原因是没有合理地使用套管，基本上都是在实在无法钻进时，才想起来下套管。这时由于钻孔已形成“大肚子”，下入的套管在钻杆的敲击下容易发生严重事故。

（2）冲洗液的类型与地层适应性的问题∶在2005、2006、2007年的施工中，我们基本上是采用清水顶漏钻进，势必造成孔壁坍塌、掉块，给施工带来很大的困难，导致钻具在孔内工作条件差，或促成事故频繁发生，只有在实在钻进不下去时才组织配制一些高固相、低固相、无固相泥浆去钻进护孔，但此时孔内条件已经非常复杂，无法使用泥浆进行孔壁的修复和处理，最后被迫停钻。

（3）堵漏技术上的问题∶在堵漏方面虽然做了一些工作，但大都是一些常规方法，采用泥浆、水泥、堵漏剂等进行堵漏。由于材料单一，加之我们技术水平有限，所做工作粗浅，掌握护堵工艺较差，未能解决该矿区的堵漏问题，给施工带来很大困难。

3 钻探设备

XY-4型、XY-42型、XY-44型XY-5型钻机，BW-250型衡阳泥浆泵，75 kW柴油发电机组，φ75绳索取心钻具，17m斜塔，绳索取心绞车等。

4 室内研究与试验

实践证明，复杂地层的钻进护壁与堵漏，是需要采用多种方法综合治理，但重点是研究浆液法护孔。这是因为当前各种高分子化学泥浆处理剂的大量涌现，为研制高效能的护孔液提供了可能。另外金刚石钻进由于孔径偏小和孔内的环状间隙较小，导致了灌注水泥浆的有效性和局限性，套管护壁对于多处长孔段坍塌、掉块的钻孔也是有着很大的局限性。生产实践也证明：采用良好的浆液护孔，其效果、效益都占优势，而后遗症较少。所以浆液的研究作为研究的重点。我队冲洗液护孔的研究历经多年时间，其间，第一阶段，主要是将各种水敏性岩样进行模拟防塌试验，进而优选出性能良好及稀释浓度较佳的处理剂；第二阶段，采用正交实验法大面积研配，将多种浆液与岩样进行模拟防塌浸泡试验，然后根据对岩样浸泡变化的观察分析，优选出较佳冲洗液；第三阶段，对成本高、难溶解、难采购的处理剂进行替代，尔后根据岩样浸泡观察分析，优选出几种最好的钻孔冲洗浆液，定为多体系钻孔浆液，该多体系钻孔浆液的主要组份与配方如下：

（1）无固相钻孔冲洗液∶PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO23%；CMC0.3% 。

（2）无固相钻孔冲洗液：PHP 500×10-6；KP粉1%；Na2O.nSiO25%；CMC0.3% 。

（3）无固相钻孔冲洗液：PHP 500×10-6；Sm胶0.8%；Na2CO35%（占Sm胶粉重）；CMC0.3%。

（4）无固相钻孔冲洗液：PHP 200×10-6；KHm2%；PVA1%；CMC1% 。

（5）无固相钻孔冲洗液：PHP 300×10-6；KP粉1%；KHm1.5%；CMC0.3% 。

（6）无固相钻孔冲洗液：PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO28%；CMC0.3% 。

(7)无固相钻孔冲洗液：CPA1%；FeCl31%；CMC0.5% 。

(8)低固相泥浆：PHP 300×10-6；KHm2%；Na2O.nSiO23%；CMC0.3% 。

(9)低固相泥浆：PHP 500×10-6；KP粉1%；Na2O.nSiO25%；CMC0.3% 。

(10)低固相泥浆：PHP 500×10-6；SM胶0.8%；Na2CO33%；CMC0.3% 。

(11)低固相泥浆：PHP 200×10-6；KHm2%；PVA0.6%；CMC1% 。

(12)低固相泥浆：PHP 200×10-6；Na2O.nSiO25%；XC1310.3%；CMC0.3% 。

(13)大漏失的处理方法：主要是以高分子物全絮凝堵漏和惰性材料混合堵漏。

配方：甲浆：水：PAM：粘土=100∶2∶30；乙浆：水：地勘水泥=50∶100 。

将甲乙两浆接1∶1的比例，浅孔从孔口倒入，深孔需加工一个特殊的孔口灌注及加压装置，将两浆用两台水泵配合，从钻杆送出漏失层位后加压2～3 MPa，候凝2～3 h，用低固相泥浆扫孔即可。

5 使用效果

多体系钻孔浆液，不仅在室内试验具有非常可靠的护孔机理和效能，而且在2008年杨金沟钨矿区钻探生产中，处理严重和极严重复杂地层的护孔也取得了非常满意的效果，被各钻探队普遍接受，深受欢迎。

2008年我队杨金沟钨矿区开始大规模的详查开始。根据以往施工经验教训，使用了多体系钻孔浆液全面治理，立见功效。本年度在此矿区共施工了100多个钻孔，总进尺达40 000多米，使用此种多体系钻孔浆液在钻探施工过程中没有发生过膨胀、缩径、坍塌现象，井壁保持完好，井内保持干净，上下钻顺畅，电流、泵压稳定，钻杆回转轻快平稳，岩心采取率保持在90%～100%之间。

例如我们在ZK8821号钻孔施工时采用了体系6及体系11两种泥浆配方，成功克服了此孔复杂地层条件，该孔地层复杂性为软硬相间，完整与破碎的比例约为0.5：1，完整与破碎厚度不等，完整厚度不大于20m，破碎层不小于30m，有些孔段甚至上百米，坍塌物多为机械破碎的岩石以及断层松散物，有时有较大的掉块封堵孔径，使钻具下不到底。该孔为随钻漏失。漏失间距小，钻孔漏失分为全泵量漏水和渗漏，以全泵量漏失为主，漏失多发生在破碎带。该孔主要是裂隙漏失，裂隙分布和发育极不均匀，有水平的，斜交的，陡立的、网状的裂隙，有张开连通和局部闭合的裂隙。我们在此孔的施工中交替使用泥浆体系6及泥浆体系11两种配方，当护壁为主要矛盾时我们使用配方11泥浆进行施工，当漏失为主要矛盾时我们使用配方6泥浆进行施工，配方11具有良好的护壁功能，同时在小裂隙、小漏失地层中具有堵漏的功能，配方6泥浆具有很好的护壁功能，同时在较大裂隙较大漏失地层中具有较好的堵漏功能。配方11比较适合在深孔段地层中使用，但配制过程中比较繁琐，需要长时间允分的搅拌，否则泥浆中的PVA不易溶解于泥浆中。

我们坚持使用此多体系钻孔浆液，一直到2008年末在此矿区施工结束，各钻孔得以顺利完成施工，岩心采取率在90%以上。全部钻孔施工正常，均评为一级钻孔。杨金沟矿区复杂地层的处理实践，进一步有力的证明：多体系钻孔浆液有着可靠的护孔效能。

6 结论

（1）在复杂地层中采用综合治理的护堵方法取得了积极的作用，但是对于一些采用多种手段仍难以治理的地层，在目前现场条件下和技术水平下，反复以各种手段护堵钻孔做法，是不可取的。应当以护堵为辅，坚持使用泥浆顶漏钻进出完整岩石，以技术套管一次隔离为主的方法。

（2）及时分析情况，发现问题及时处理。要根据岩层性质和孔内情况灵活使用泥浆，水泥高分子聚合物，絮凝物等护堵孔壁，快速突破以快脱险，完善复杂地层的钻进方法。

（3）对于部分岩石硬脆碎取心不足的岩矿层，应限制回次进尺，勤提钻。缩短内外管长度，提高单动性能。另外使用具有强护壁和交联性能的冲洗液，提高岩矿心的采取率。

（4）认真搞好施工前的护堵工作，做好各种预防准备工作，及时采取相应的适合的钻进措施进行不同地层不同孔段的钻进，以保证孔壁稳定，防止钻孔坍塌超径。

（5）在漏失严重，岩矿破碎，孔壁不稳定的地层施工，建议最好引进反循环连续取心技术。预计有利于保证质量和较大幅度提高工程效率。但反循环连续取心技术目前在我国岩心钻探中还没有取得大面积的推广使用，广大钻探职工技术人员还没有掌握相关的技术知识及实践经验。

（6）建议进一步实践多工艺空气钻进技术，以泡沫泥浆钻进技术为该复杂地层钻进开辟新的途径。预计会取得更好的钻探效果及更好的经济效益。我队在杨金沟一年多的生产实践证明, 多体系钻孔浆液在水敏性、力学不稳定地层、强造浆地层、漏失地层中有其独特的不可替代的作用。

[1] 屠厚泽.钻孔护壁与堵漏[M].北京：地质出版社，1988.

[2] 屠厚泽.钻探工程学[M].中国地质大学出版社,1988.

[3] 胡耿寰.我国钻井液技术发展近况[J]. 探矿工程, 1992.

[4] 刘广志.探矿文集[M]. 北京：地质出版社,1989.