平山县秋卜洞银矿区复杂地层冲洗液使用探讨

郭俊杰，牛金山，张庆宇，胡殿涛

(河北省地矿局石家庄综合地质大队，河北　石家庄　050085)



平山县秋卜洞银矿区复杂地层冲洗液使用探讨

郭俊杰，牛金山，张庆宇，胡殿涛

(河北省地矿局石家庄综合地质大队，河北石家庄050085)

摘要：秋卜洞银矿区地层结构复杂，裂隙发育、绿泥石化蚀变带地层较厚，容易产生漏水、漏浆、缩径、掉块、卡钻、埋钻等。通过运用合理的泥浆助剂冲洗液配方，起到经济、合理、有效的作用，达到安全高效施工目的，为该矿区施工减少了孔内事故，提高钻进效率、减少劳动强度，给地质普查缩短了勘探周期，取得了显著地社会效益和经济效益，同时为钻探施工积累了丰富的施工经验，锻炼了施工队伍，给今后工作提供了有效的借鉴及技术支撑。

关键词:复杂地层；冲洗液；护壁；堵漏

1矿区概况

秋卜洞银矿区位于河北省平山县观音堂乡秋卜洞、寺坪、常沟村区域。距离石家庄市约130公里，矿区内山高路陡，交通欠发达，属山区气候，四季分明，春秋两季温度较低，昼夜温差较大，这也给钻探施工带来较大的困难。为响应国家整装勘查政策，根据既有的地质资料及相关的矿区资料，依据地质工作者已经完成的地质普查工作，在本矿区设计钻孔9个，孔深600~1200m， 倾角为75°~85°，本年度总工作量约为5800m。

2机械设备配置

根据设计孔深、当地地质、地层条件、施工区域内的施工难易程度，采用连云港黄海机械厂(原西北探矿机械厂)的HXY-5型钻机施工，泥浆泵选用湖南衡阳探矿厂生产的BW-250型泥浆泵2台套，钻杆、钻具，选用唐山金石生产的XJS75绳索取心钻具。

3地层条件

该矿区主要地层为浅粒岩地层，主要成分为长石、石英。矿区内裂隙发育，局部有深度在10~80m左右的绿泥蚀变带，部分地层为石英斑岩。由于裂隙发育，钻探施工中漏失水比较严重， 经常需要采取泥浆助剂护壁与堵漏。在绿泥蚀变带施工中，孔壁破碎、易坍塌、掉块严重，部分地层存在缩径现象，经常发生卡钻，埋钻的事故，钻进效率低，有时出现提钻后下钻下不到孔底，给钻探施工埋下安全隐患，也造成极大困难，必须加以解决。

4冲洗液的配制

根据矿区地层条件复杂，裂隙多，绿泥蚀变带较厚等原因，冲洗液的配制与护壁堵漏效果是完成本工程的首要任务。要想配制科学、合理、实用、有效的冲洗液配方，起到护壁、堵漏、防坍塌作用，顺利地进行钻探施工，就必须分清地层条件，依据不同的地层及地质条件选用不同的钻井液。然后合理、经济、有效的选择冲洗液配方，为钻探安全保驾护航。

4.1地层因素

本矿区在局部有深度不等的绿泥石化蚀变带，绿泥石化蚀变带具有缩径、造浆分散、易引起黏附，易造成泥包、卡钻，孔壁坍塌。分析该地层为水敏性地层，解决水敏性地层主要方案有如下几点。

(1)避免大量自由水进入地层，降低泥浆滤失量。

(2)提高冲洗液的抑制性能。

(3)吸附、交联或包被作用，加入高分子聚合物。

(4)封闭孔壁毛细通道，加入沥青或溶胀性处理剂。

(5)调整钻井液密度，平衡地层压力。孔内液体压力差与地层中流体的压力差是钻井液失水的动力，尽可能的减少压力差，维持平衡钻进是减少钻井液漏失的有效措施。

4.2钻井液组成

要配制合理、经济、实用的泥浆冲洗液，就必须了解泥浆材料的组成，现就本项目施工中采用的几种泥浆材料阐述如下。

钻井液由泥浆助剂基础材料及化学处理剂两部分组成。钻井液基础材料是指在配浆中用量较大的基本部分，如膨润土、水、油或重晶石等。处理剂是指用于改善和稳定钻井液性能，或为满足钻井液某些性能要求需要加入的化学添加剂。

4.3纯碱的作用

(1)钠化作用。通过离子交换使钙膨润土转化为钠膨润土。因此配制钙膨润土浆加入适量纯碱，可使泥浆失水量下降，黏度、切力增大。

(2)沉淀作用。调节pH值。

4.4CMC作用

羧甲基纤维素(CMC)为无毒无味的白色絮状粉末，性能稳定，易溶于水，其水溶液为中性或碱性透明黏稠液体， 可溶于其他水溶性胶及树脂，不溶于乙醇等有机溶剂。

在固体矿产小口径岩心钻探泥浆护壁液中，CMC主要功能为降失水、增黏、抗盐。一般配成2%~4%溶液， 主要作为降滤失剂使用。 在石油、天然气的钻探、掘井等工程性能如下：

(1)CMC的泥浆能使井壁形成薄而坚，渗透性低的滤饼，使失水量降低。

(2)泥浆加入CMC后，使得钻机得到低的初切力，使泥浆易于放出裹在里面的气体，同时把碎物很快弃于泥坑中。

(3)钻井泥浆和其他悬浮分散体一样，具有一定的存在期，加入CMC后能使他稳定而延长存在期。

(4)含有CMC的泥浆，很少受霉菌影响，因此，无须维持很高的pH值，也不必使用防腐剂。

(5)含有CMC作钻井泥浆洗井液处理剂，可抗各种可溶性盐类的污染。

(6)含有CMC的泥浆，稳定性良好，即使温度在150℃以上仍能降低失水。 高黏度、高取代度的CMC适用于密度较小的泥浆，低粘度、高取代度的CMC适用于密度大的泥浆。使用CMC应根据泥浆种类、孔深、地区、地质条件不同，具体分析选择性使用。

4.5腐植酸钾作用

在固体矿产小口径岩心钻探护壁液体系中，腐植酸钾主要作为稀释剂、页岩抑制剂。

(1)作为稀释剂，主要用于相对简单的泥浆体系，加量为1%~3%。

(2)作为页岩抑制剂，兼有降黏、降滤失作用，可抗高温180℃，一般加量为1%~3%。

4.6植物胶作用

植物胶具有增黏，降滤失的作用，主要用于无固相泥浆。由于植物胶易降解，使用时加入防腐剂，使用效果会更好，改性植物胶在实际使用中效果较好。

4.7冲洗液配方

根据本矿区地层条件和冲洗液工作机理，采用以下几种冲洗液配方，在保证钻孔安全顺利施工钻进的前提下，既经济合理，又提高钻进效率。

(1)水+乳化油(俗称皂化油)水+切削膏

在相对较稳定的地层施工时，由于漏失水效果好，孔内相对稳定。采用冲洗液可以保证金刚石绳索取心钻进工艺发挥最大钻进效率。油基冲洗液润滑性强，便于钻机高速运转，减少摩擦阻力，减小钻杆钻具磨损度，提高工作效率，充分发挥金刚石钻进工艺的优势。

(2)水+水解聚丙烯酰胺(PHP)、水玻璃(俗称泡花碱)+PAM+水+植物胶

在本矿区多数地层裂隙较发育，部分地层易坍塌，为了防止孔壁坍塌，减少阻力，合理利用处理剂的增黏，降失水，防坍塌的机理，同时保证金刚石在无固相条件下在高转速施工。 其中水玻璃有强抑制性，PAM有絮凝性，对于本矿区绿泥石化蚀变带较小的地层，可以达到保证正常钻进的效果，孔壁保持稳定。其中水玻璃加量为3%~10%，选用模数2.6~2.8，PAM加量为0.02%~0.04%。

(3)水+膨润土+纯碱+CMC+腐植酸钾

在较厚的绿泥石化蚀变带地层施工中，使用上述配方可以顺利地进行钻进。其中膨润土要求使用钠基膨润土。纯碱加量为2%~4%，CMC加量为2%~4%，膨润土加量为50~80kg，腐植酸钾加量为1%~3%。

(4)施工中遇到的困难

该矿区ZK-4503号钻孔，钻进深度达到650m处时，发生轻微卡钻、掉块等现象，发现岩心变性，有绿泥石化蚀变，岩心不完整，岩心采取率降低，容易堵塞内管，回次进尺很少，有时300～400mm需要提内管取心，有时一个回次进尺只有100mm左右，提大钻是家常便饭，劳动强度急剧加大，考虑采用水玻璃+PAM无固相冲洗液钻进。钻进至720m处时，破碎严重，出现严重卡钻，提钻后岩心松散，再次下钻时出现缩径现象，下钻需要重复几次，边下钻边扫孔，即使反复扫孔几次，最终还是扫不到孔底，致使施工进度停滞不前，施工效率降低，施工难度加大。

图1　使用水玻璃+PAM后的岩心

5处理措施

在技术人员对地层反复考证后，认为该地层为绿泥石化蚀变严重的水敏性地层。该地层既要考虑降失水，又要考虑地层的膨胀、缩径现象，还要用一定的泥浆密度平衡地层压力，抑制地层的压力造成的缩径。决定采用固相冲洗液配方钻进，即选用优质钠基膨润土+纯碱+CMC+腐植酸钾作为解决该地层的冲洗液。在实际钻探施工过程中，由于地层压力及绿泥石化蚀变膨胀散落，提钻重新下钻后发现缩径严重，孔内提取岩心全为砂化。在此情况下，采用单管钻具(不使用扩孔器、钻头、弹卡总成、内管等)捞取岩心、泥浆泵不给水加干烧办法。结果取出岩心满管全是松散砂状。由于阻力较大，造成钻杆中间脱落。给施工人员带来巨大的心理压力。经过几天多次处理、捞取，最终把钻杆捞出，后经施工人员反复摸索、谨慎作业施工，采取分小段捞取岩心，捞出所有岩心至735m处。在到达735m处时，开始配制上述冲洗液、搅拌均匀。在实际施工中，先充分溶解CMC，在小型容器内充分搅拌均匀，再倒入搅拌筒。各种处理剂要依据小分子先放入搅拌筒，大分子物质最后放入。准备就绪后先用泥浆泵把搅拌均匀的冲洗液送入孔内，在钻进开始后，钻进正常，未出现憋泵、泵压过高、阻力过大、坍塌、缩径等现象。证明冲洗液配制达到预期目的及效果。正常钻进后， 经过几次反复校验配比，最终取得了合理的配比，实现冲洗液经济、合理、效益最大化，顺利穿过约110m的绿泥石化蚀变带，圆满完成该钻孔施工任务，各项指标均能达到地质要求，该孔终孔孔深为759.3m，历时53天。

图2　捞取的砂样

6护壁与堵漏

本矿区裂隙发育，部分地层破碎严重，钻进过程中经常出现漏水，不返浆现象，给施工增加困难，容易出现卡钻、烧钻等钻探事故。结合本矿区实际地层特点与钻探施工经验，采用以下方法护壁堵漏。

(1)用聚丙烯+锯末法

本矿区在破碎地层中出现钻井液循环中浆液循环不正常，发现浆液漏失严重，以至于不返浆。首先采取聚丙烯加锯末法，即用容器加入水，放入适量聚丙烯，加入一定比例锯末，搅拌均匀， 卸开主动钻杆，从孔口倒入，到孔底约20min后，接上主动钻杆，低速转动，开泵循环。如正常循环、泵压不高， 则正常钻进。

(2)水泥堵漏法

如用上述方法堵漏几次不成功，即可考虑用水泥堵漏。水泥堵漏有时用快硬硫铝酸盐水泥(俗称快干水泥42.5)，有时用矿渣硅酸盐水泥(俗称普通水泥32.5)加水玻璃，加入水玻璃利于水泥快速凝结成型。水泥堵漏应注意以下事项：

A.水泥浆液的配置应快速、适量、计算准确，以免在泵送过程中凝结，输送困难。

B.根据孔深和漏失程度，选择合理的水灰比，一般选择水灰比0.5比较合适，既便于泵送，又利于浆液渗透到裂隙，达到封孔的目的。

C.用普通水泥封孔凝结时间较长，深孔水泥成柱状较慢，扫孔时有时会出现水泥没凝固成型，扫孔过程中可能产生卡钻事故。一般即便封孔24h也不易成型。因而加入适量的水玻璃或三乙醇胺来缩短水泥凝固时间，根据钻孔孔深及实际封孔效果，12h后即可扫孔。在钻孔不是很深，蚀变带较小的情况下，效果不错。

D.水泥浆液的输送方法：水泥浆液输送可以采取以下几种方法：1.从孔口直接倒入法，这种方式主要针对钻孔较浅时，利用浆液自重流入、渗透，优点是简单便于操作，缺点是有时浆液成型后出现蜂窝状，达不到封孔护壁的目的。2.用普双Ф50内方扣钻杆泵送法，即把普双Ф50内方扣钻杆放入距孔底一定距离，利用泥浆泵打入水泥浆，根据泵送时间、浆液埋入钻杆的深度，及时停泵、起拔钻杆，然后继续注浆。此种方法优点是水泥浆液均匀注入，压力大，封孔效果好，缺点是目前大多数机台装备普双Ф50内方扣钻杆不足。3.在套管口处用异径接头或套管接箍加工封堵套管的注浆堵头，即利用在套管口接封闭堵头，堵头连接泥浆泵高压胶管，另外堵头的侧面应做一个放水阀门，便于控制封孔压力和泥浆泵压力。这种方法利于浆液在大泵压下渗透裂隙，达到封孔目的，又不担心注浆时钻杆埋入孔内，只要在需要时加工封孔堵头即可，建议广大钻探工作者在遇到相关问题时采用此方法。

图3　使用固相冲洗液的岩心

7结语

秋卜洞银矿区复杂地层的钻探施工过程中，充分证明了冲洗液在固体矿产钻探施工中的重要性。广大钻探技术人员要对施工地层和泥浆材料有充分的认识，在冲洗液的配制中应尽量做到科学、合理、便捷、经济，在深孔地质勘探中更应科学的、严谨、合理、有效的研究冲洗液的配制,充分认识高分子聚合物的化学机理，不断探索新的聚合物配方，不断加强泥浆助剂学习研究及合理运用，以提高钻进效率，减少辅助时间，使冲洗液在国家矿产勘查开发中发挥更大的经济效益、社会效益。

参考文献：(略)

作者简介：郭俊杰(1973-)，男(汉族)，山西临汾人，河北省地矿局石家庄综合地质大队钻探工程处技术负责、探矿工程师，石家庄市中山西路891号，Tel：15833219769，E-mail：268926243@qq.com。

收稿日期：2015-11-27

中图分类号:P634.53

文献标识码：A

文章编号：1009-282X(2016)01-0037-04