MBM 多功能剂在阳霞矿区钻孔施工中的应用

张赞德

(福建省121地质大队，福建龙岩 364021)

1 矿区概况及地层简述

1.1 矿区概况

阳霞矿区位于新疆库尔勒市轮台县阳霞镇。该矿区是由神新发展有限责任公司委托福建省121地质大队(以下简称为“121地质队”)进行勘探，根据以往的地质测量成果发现井田地形条件复杂，极难布设钻孔，以往钻探工程无法满足对区内煤层进行系统控制，所以由121地质队进行详细勘查探明储量。121地质队于2012年9月开始施工截止到2013年8月共完成勘探量2.30万多米，共完成28个孔(其中甲级孔26个，丙级2个)。得到了业主方的好评。该矿区位于天山南麓山前中山带侵蚀切割地形，起伏大，山势陡峭、沟谷纵横交错，地形十分复杂，海拔标高在+1 325 m～+1 995 m，相对高差大，多陡崖，基岩大部裸露，煤层露头火烧严重，多形成红色的火烧山。区内属典型大陆性干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热，年平均气温8℃，1月份最低-25℃，7月份最高可达40℃，冻结期为12月份到翌年3月份，最大冻土深度为0.90 m，年平均降水量75 mm，多集中在6月份～8月份3个月，月平均21.80 mm，此期间多形成短暂的洪流，易造成交通不便，年蒸发量在3 000 mm左右，春季多西南风，秋季多西北风，最大风力可达8级～9级，地震烈度属8度地震烈度区。

1.2 阳霞矿区勘查地质简述

阳霞煤矿区位于塔里木盆地的北缘南天山的南麓，库车山前坳陷带之东部吐格尔明背斜东部的塔克玛扎背斜的南翼，出露地层主要以中新生界为主，仅在塔克玛扎背斜轴部有少许元古界出露，该区地层由老到新分述如下:1)元古界(Pt)。零星出露于塔克玛扎背斜(M1)轴部，岩性为变质岩类，以绿泥石石英片岩、绢云母石英片岩、绢云母绿泥石石英片岩为主。2)中生界(MZ)。主要由侏罗系地层组成(本次采用第三次煤田予测划分意见，将塔里奇克组划归为下侏罗统)依次为塔里奇克组(J1t)阿合组(J1a)，克孜努尔组(J2k)，齐古组(J3q)，喀拉扎组(J3k)。岩性以灰色、灰白、灰黄、灰绿、紫红色、浅褐色泥岩、炭质泥岩、砂岩、砂砾岩和煤组成;其岩性组合为河流相，三角州相、湖滨相及泥炭沼泽相，与下覆地层不整合接触。3)新生界(KZ)。老第三系(E)及第三系(N)。广泛分布于塔克玛扎背斜(M1)的两翼，其岩性为灰绿色、棕红色泥岩、砂岩、砾岩，夹有薄层石膏层，地层厚度大于1 000 m，与下伏地层呈超覆不整合接触。4)第四系(Q)。为上更新统沉积物，井田内仅在冲沟沟底有沉积，主要为戈壁砾石、洪积砾石、风成砂及现代河床谷地的冲积层，厚度小于106 m。

2 施工技术要求

1)岩芯采取率质量合格标准。第四系松散层，岩芯分段取芯，并取芯验证第四系与基岩界面。基岩不含煤层段，岩芯平均采取率不小于50%，优质标准在合格基础上提高10%。基岩含煤层段，岩芯平均采取率不小于65%，优质标准在合格基础上提高10%。2)煤芯采取质量。据本区资料，煤层均为1/3，25焦煤，不粘煤，倾角在煤层倾角大于60°，属急倾斜煤层，依据DZ/T 0215-2002煤、泥炭地质勘查规范，本区煤层可采厚度确定为0.50 m，钻孔所见可采煤层均参加质量验收。3)孔斜测量按煤田勘探钻孔质量标准为准。4)孔深丈量:每钻进50 m丈量一次钻具长度，为确保煤层空间位置准确，要求见煤即丈量钻具长度，在煤层间距小于50 m时，可每钻进20 m丈量一次钻具，孔深误差不得超过1.5‰，对出现的误差找出原因应做合理平差。5)钻孔封闭工作:钻孔竣工后，对穿过的煤层、含水层均应采用水泥砂浆封孔至煤层或含水层顶板以上20 m，封孔结束后，提取砂浆样品检验封闭质量。6)施工钻孔须按简易水文规程进行观测，遇涌漏水时应观测涌水量及稳定水位观测。7)加强钻探原始记录质量，要求内容齐全，数据准确，字体工整，对记录按新疆局制定的质量标准补充细则规定标准评定质量级别。8)岩芯保管工作要求钻孔取出的岩芯，应洗净摆放整齐，进行岩芯分层地质记录，终孔后进行照像，缩分岩芯保管，剩余岩芯就地建库掩埋。钻探设备按操作规程进行安装完毕后，施工中严格执行地质设计和钻探技术规程要求，每50 m丈量钻具，孔深误差1.5‰，并按常规进行了简易水文观测，通过测井温、地表水温，采样化验，抽水试验，取得一定原始数据。按规范进行了验收，在施工中从开孔到终孔按照要求进行质量验收。终孔后经测井证实钻探达到地质目的后，严格按设计进行封闭，并在孔口埋设注有标记的水泥标桩，以作为永久标志。

3 钻探设备、管材及钻头的选择

根据阳霞矿区地层及钻孔设计特点，对钻探设备、管材及钻头的选择如下:XY-5型岩芯钻机1台，BW-250型泥浆泵1台，SJ-3000绳索取芯绞车1台，GF-100 kW柴油发电机组1台;钻杆:S75A加强型绳索取芯钻杆1 500 m;钻头:江苏无锡金刚石厂生产，孕镶金刚石钻头，粒度40～85，浓度100%，HRC为35～40。

4 ZK1-3号孔钻孔结构

根据该矿区老第三系(E)及第三系(N)层较厚，并含有较厚的岩性为灰绿色、棕红色泥岩、砂岩、砾岩，夹有薄层石膏层，结合以往钻探施工经验，该孔开孔采用φ150 mm合金钻头，钻进0 m～35 m下入φ146 mm套管作为孔口管，35 m～150.45 m用φ130 mm合金钻头钻进，下入φ127 mm套管，150.45 m～235.50 m用φ95金刚石绳索取芯钻进，下入φ89 mm套管;235.50 m～1 154.49 m，φ81金刚石绳索取芯钻进至终孔。钻孔结构图见图1。

图1 ZK1-3号钻孔结构示意图

5 钻进过程中对钻孔中采用的冲洗液条件分析

5.1 阳霞矿区施工中遇到的问题

1)火烧地层变形强烈，部分孔段有强蚀变，岩石破碎，取芯困难;2)由于钻孔多分布在山顶，海拔较高，供水困难;3)矿区施工用水偏碱性，容易破坏泥浆的性能，难以保证泥浆在孔内的性能。

5.2 阳霞矿区施工中冲洗液采用的要求

根据地层情况，要求冲洗液具有较强的保护造浆性和抑制性，减少泥浆的渗入及泥岩等:1)抑制性对煤层或不稳定地层的胶结能力的破坏小，地层水化膨胀就少;在实践中与泥岩的造浆性和孔壁的遇水稳定性有密切联系。2)较强的润滑性，冲洗液的循环流动阻力、冲洗液的润滑性与钻具磨损、发生等都有密切的关系。

6 MBM多功能冲洗液的选用

6.1 特点

多功能剂是一种集造浆与泥浆处理剂功能于一体的抗盐、抗复合离子污染的钻井液用多功能泥浆材料。通过在钠膨润土引入酰胺基和羧钠基及其他高分子基团，制备的一种复合型的钻井液材料，具有一剂多效并且使用简便的特点。可用于配制淡水泥浆、盐水泥浆、钾基泥浆及复合盐水泥浆等，具有比较广泛的适用性。

6.2 配方

由于该地层广泛分布于塔克玛扎背斜(M1)的两翼，其岩性为灰绿色、棕红色泥岩、砂岩、砾岩，夹有薄层石膏层，地层厚度较大，所以按照地层情况泥浆配比如下:配方一:1 m3清水+8 kg～12 kg MBM+1 kg纯碱+5 kg润滑剂;配方二:1 m3清水+2 kg PHP+20 kg多功能复合剂(MBM)。

6.3 性能指标

从矿区的地层情况看，主要是砾岩、砂岩、棕红色泥岩等，岩层疏松，易坍塌掉块、缩径和造浆，且地下水位偏低。受地层和其他条件的限制，因此，要求泥浆材料有较好的抗污染性能，配制的钻井液应具有较好的流变性、滤失造壁性、抑制性及抗污染性能;粘度25 s～35 s，密度1.06 g/cm3～1.10 g/cm3，pH 值 7.5 ～8，泥皮厚度0.1 mm～0.25 mm。从性能看采用此泥浆，不仅配方简单，并且性能较好。

7 现场使用效果分析

该矿区使用MBM多功能剂泥浆完成了几个深孔的钻进工作，并取得了较理想的效果;由于地层原因全孔低固相冲洗液顶漏钻进至终孔，MBM多功能剂泥浆冲洗液良好的护壁性能，使得钻进比较顺利，对比于通常使用的低固相冲洗液，从表1阳霞矿区几个相似钻孔的施工效果对比上可以看出，使用MBM多功能冲洗液顶漏钻进有以下几点优势:

1)具有较好的造壁性能，泥浆流变性能好，可有效防止绳索取芯钻进钻杆内壁结泥皮;

2)一般情况下用MBM和水就可以配制出不同性能的泥浆，无需加其他材料;

3)MBM多功能复合剂泥浆配制和维护方便快捷，粘度较易控制，冲洗液钻进护壁过程中，内管投放和打捞顺利，提高了纯钻进时间利用率。

表1 阳霞矿区相似钻孔施工对比表

8 结语

1)MBM多功能复合剂由于矿化度高，因此这种体系具有较强的抑制性，能有效的抑制泥页岩水化，保证井壁稳定;在孔壁上能形成有一定强度的泥皮，失水量低，适合易水化膨胀、不稳定地层护壁。2)MBM多功能复合剂泥浆配置简单，只需将清水按照一定比例加在一起搅拌水化后即可使用。3)在MBM多功能复合剂泥浆中添加少量PHP，护壁防塌效果更加明显。由于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易被清除，因而有利于保持较低的固相含量。4)MBM多功能复合剂泥浆顶漏钻进通过在阳霞矿区的实践应用，不仅护壁效果较好，而且保证了钻孔安全，提高了钻效。5)MBM多功能复合剂泥浆不仅抗盐侵的能力很强，而且能够有效的抗钙侵和抗高温，适于钻含岩盐地层或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用。

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