失水地層泥漿的使用

摘要:介紹失水地層對泥漿和鉆孔影響及其泥漿如何選擇使用。

關鍵詞:失水地層 泥漿使用

文獻標識碼:B

0 引言

隨著國民經濟的發展，煤炭的供給已經影響到國民經濟的發展，煤炭在經濟發展中的作用和對國民經濟的貢獻占有重要的地位。因此，煤炭的資源儲備與勘探工作受到廣泛關注。

近年來，我公司獨自施工和參與施工了吉林省的幾大煤田勘探。在施工過程中對泥漿的使用與研究取得了一些經驗，特別是在深孔與失水嚴重地層中的泥漿使用方面做了研究并對使用中的經驗進行了總結。這些經驗在施工過程中起到了很好的效果，經濟效益與社會效益都非常明顯。

1 泥漿使用的現狀

在煤田地質鉆探施工中，泥漿的作用與石油、冶金等行業的鉆探施工有所不同。除了常有的作用外，還有一項其它行業沒有的就是對煤層，特別是對煤芯的保護是煤田地質鉆探所獨有的。因此，對泥漿提出了特殊的要求。經過幾代煤炭人的摸索總結，煤田勘探泥漿的使用形成了獨有的體系，與其它行業有著明顯的不同。目前，基本都采用比較原始的粘土高分散泥漿，粘度高、密度大。隨著使用時間的加長，巖石破碎后的巖粉中的部分成分也參與到泥漿中。因此，泥漿越來越粘，密度越來越大，直至影響鉆進。進行調整時，一般是采取清理掉巖粉，加入一些清水和化學藥品的措施。經過一段時間的循環，一般也就達到了使用的要求，可以進行正常的施工了。但是，這樣的泥漿存在一個問題，一般情況下，煤田地質的地層都是比較平穩的沉積地層，構造簡單、巖性變化不大，破碎、涌漏水情況不多。但是，隨著煤炭資源的日益減少，在新的地質環境和更深的地層中找煤，就給煤田地質鉆探泥漿的使用帶來新的問題。以往的比較原始的泥漿已不能適應新條件的要求，特別是在某些失水嚴重的地層中將出現嚴重后果。因此，探討、試驗新的泥漿配方，改進現有的泥漿使用情況是非常重要的。

2 失水對泥漿及鉆孔的影響

泥漿的性能會影響其失水量，但影響失水量的唯一重要因素是地層情況的不同。近幾年，我公司施工的龍家堡煤田、舒蘭煤田，雖然地層有些不同，但有一些共同之處就是煤層埋藏深(一般在千米左右)。上部地層為為中生帶沙礫巖，膠結不好，松散，防水性強，吸水量非常大，泥漿在循環一段時間后就會明顯缺失，變稠，性能明顯下降，造成泥漿在地層中失水非常嚴重，從而影響鉆進效率，也給安全留下隱患。在這種情況下，現場一般會加入大量清水，以稀釋泥漿。這樣，雖然泥漿稀釋了，鉆進效率上去了，但是泥漿中優質粘土等有效成分減少后泥漿失水量會更大，進入一個惡性的循環中。這時，孔壁上泥皮會迅速增加，給安全的正常鉆進造成威脅，舒蘭、龍家堡幾個煤田前期施工中發生的孔內事故，就是這個原因造成的。在龍家堡項目施工中，吉林省煤田地質局所屬的3個勘探公司十幾臺鉆機共出現了一級孔內事故兩起(事故時間一個月以上)，舒蘭項目施工中一級孔內事故一起，及多起二、三級孔內事故。其主要原因就是泥漿失水后質量下降孔壁泥皮增厚以后，一遇突發情況，鉆具不能及時提出孔內，在短時間內(一般1~2 h，最短半小時)鉆具就滯留在孔內無法提升。有些觀點認為，鉆孔有縮徑巖層造成的，不排除有這種可能。但在以后的施工中，改進了泥漿后，使這種情況得到了很好改善。這說明，還是泥漿失水后造成的連鎖反應。綜上可見，地層膠結不好，孔隙大其失水量也會增大，給鉆孔帶來的影響是非常嚴重的。

3 失水地層泥漿的選擇

失水地層特點就是膠結松散、孔隙大、吸水嚴重，造成泥漿失水。應注意得是，這里的失水不同于一般概念的漏水，漏水是連同固相一同丟失，而失水是只失水而固相不損失，其后果就是泥漿變稠、泥皮增厚，從而導致事故的發生。所以，在失水地層中，要選擇性能好的泥漿，要滿足這一要求，就必須選擇好的粘土和適合的化學處理劑。

首先粘土的選擇要選優質Na基土。目前市場上粘土種類繁多，價格不一，很難區別其中的優缺點。為了配制出理想的泥漿，對粘土要進行Na化處理。方法很簡單，就是在泥漿中加入氧化鈉，對泥漿中的粘土進行鈉化處理，處理后的泥漿抗侵蝕性，分散度會有很大提高。但要注意，適當控制PH值在8—9為宜，片面加大堿的用量會使失水量增大、泥漿變稠、孔壁不穩定。除加入氫氧化鈉外，其它處理劑的選擇也很重要。以往推廣的所謂雙聚泥漿存在著一定的局限，如果完全按照其配方去配制，對煤層、煤系的保護會存在一些問題。所以，我們一般使用時都對原配方進行一些改進，增加固相含量，使粘度增加到25s左右(漏斗粘度)。

在這里要說明的是，煤田地質鉆探不同于冶金、地礦等其它行業的鉆探，除石油外，一般孔徑都很小，或繩索取芯鉆進等，其鉆桿外部的環狀間隙都很小。巖粉的排除沒有困難。目前，煤田鉆探都采用Φ114mm鉆頭，多數都是Φ50mm和Φ60mm鉆桿，其環狀間隙比較大。如果泥漿粘度不夠，巖粉的排放就會很困難，加之煤層、煤芯的保護，所以，煤田鉆探所用泥漿都比較稠。

在配制泥漿過程中，目前市場上的聚丙烯腈，聚丙烯酰胺都是非水解的。該水解的過程比較復雜，要在90℃以上高濃度堿水中進行。所以，一般現場很難做到，水解的產品在市場上很難找到(一般民用的很少用水解產品)，即使有，價格也比非水解的高很多，所以，現場一般都用非水解的產品。差別在于非水解的沒有選擇絮凝作用，其降失水作用差別不大。雙聚處理劑在泥漿中降失水作用是非常明顯的，在施工的幾個勘探項目的使用中也取得了明顯的效果。在龍家堡勘探區施工中，首批鉆機幾乎都出現了與泥漿有關的事故，后期經過總結經驗教訓，在全區推廣使用雙聚泥漿的經驗后，效果非常明顯，后期的施工順利完成，沒在出現嚴重的孔內事故。

4 失水地層泥漿的日常維護

失水地層所用泥漿變化大，短時間內失水后就會變稠，粘度明顯增加。如果處理不當、不及時，不僅影響鉆進效率，還會出現嚴重后果。因此，泥漿的日常維護是非常重要的。首先，要定期測定泥漿的性能，通過相關參數對泥漿做出評價，根據情況做出調整;其次，注意配置用處理劑的使用方式。一般采用現場浸泡備用的方法，避免現用現泡溶解不充分的情況出現;再者就是按有關規程要求，及時清理循環系統巖粉。處理劑要做到品種齊全，數量充足，并保證質量。當孔內出現破碎、造漿嚴重地層等情況時，能及時根據情況進行適當的調整。

隨著資源的開發，淺部煤田已經很少，且地質條件也逐漸復雜。所在公司施工的龍家堡、舒蘭、長白等幾個煤田煤層不僅埋藏深(一般都在千米以上)，且地質構造也相對復雜。因此，憑老經驗和已往使用的泥漿，就會出現一些問題，盡管做到一些改進，也取得了一些效益，但還是有些不足。泥漿要隨地層、孔深等因素的變化做到適巖、有效，要有多種配方，以便在不同情況下使用。但目前僅憑工程技術人員的經驗摸索改進有一定的盲目性、隨意性，易出問題，所以，此項工作有待進一步完善。

5 結束語

隨著煤田地質勘探的深入，一些新的找煤思路的拓展，將給煤田地質的鉆探施工帶來更多、更新的課題，有待進一步的探討和研究。在嚴重失水地層出現的滯留鉆具事故就給我們的施工造成了很大影響，經濟損失較大，經過努力，試驗探討研究制定了新的泥漿配方，制定出使用注意事項，保證了鉆探施工的順利完成，取得了明顯的經濟效益和社會利益。