MBM 多功能劑在陽霞礦區鉆孔施工中的應用

張贊德

(福建省121地質大隊，福建龍巖 364021)

1 礦區概況及地層簡述

1.1 礦區概況

陽霞礦區位于新疆庫爾勒市輪臺縣陽霞鎮。該礦區是由神新發展有限責任公司委托福建省121地質大隊(以下簡稱為“121地質隊”)進行勘探，根據以往的地質測量成果發現井田地形條件復雜，極難布設鉆孔，以往鉆探工程無法滿足對區內煤層進行系統控制，所以由121地質隊進行詳細勘查探明儲量。121地質隊于2012年9月開始施工截止到2013年8月共完成勘探量2.30萬多米，共完成28個孔(其中甲級孔26個，丙級2個)。得到了業主方的好評。該礦區位于天山南麓山前中山帶侵蝕切割地形，起伏大，山勢陡峭、溝谷縱橫交錯，地形十分復雜，海拔標高在+1 325 m～+1 995 m，相對高差大，多陡崖，基巖大部裸露，煤層露頭火燒嚴重，多形成紅色的火燒山。區內屬典型大陸性干旱氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，年平均氣溫8℃，1月份最低-25℃，7月份最高可達40℃，凍結期為12月份到翌年3月份，最大凍土深度為0.90 m，年平均降水量75 mm，多集中在6月份～8月份3個月，月平均21.80 mm，此期間多形成短暫的洪流，易造成交通不便，年蒸發量在3 000 mm左右，春季多西南風，秋季多西北風，最大風力可達8級～9級，地震烈度屬8度地震烈度區。

1.2 陽霞礦區勘查地質簡述

陽霞煤礦區位于塔里木盆地的北緣南天山的南麓，庫車山前坳陷帶之東部吐格爾明背斜東部的塔克瑪扎背斜的南翼，出露地層主要以中新生界為主，僅在塔克瑪扎背斜軸部有少許元古界出露，該區地層由老到新分述如下:1)元古界(Pt)。零星出露于塔克瑪扎背斜(M1)軸部，巖性為變質巖類，以綠泥石石英片巖、絹云母石英片巖、絹云母綠泥石石英片巖為主。2)中生界(MZ)。主要由侏羅系地層組成(本次采用第三次煤田予測劃分意見，將塔里奇克組劃歸為下侏羅統)依次為塔里奇克組(J1t)阿合組(J1a)，克孜努爾組(J2k)，齊古組(J3q)，喀拉扎組(J3k)。巖性以灰色、灰白、灰黃、灰綠、紫紅色、淺褐色泥巖、炭質泥巖、砂巖、砂礫巖和煤組成;其巖性組合為河流相，三角州相、湖濱相及泥炭沼澤相，與下覆地層不整合接觸。3)新生界(KZ)。老第三系(E)及第三系(N)。廣泛分布于塔克瑪扎背斜(M1)的兩翼，其巖性為灰綠色、棕紅色泥巖、砂巖、礫巖，夾有薄層石膏層，地層厚度大于1 000 m，與下伏地層呈超覆不整合接觸。4)第四系(Q)。為上更新統沉積物，井田內僅在沖溝溝底有沉積，主要為戈壁礫石、洪積礫石、風成砂及現代河床谷地的沖積層，厚度小于106 m。

2 施工技術要求

1)巖芯采取率質量合格標準。第四系松散層，巖芯分段取芯，并取芯驗證第四系與基巖界面。基巖不含煤層段，巖芯平均采取率不小于50%，優質標準在合格基礎上提高10%。基巖含煤層段，巖芯平均采取率不小于65%，優質標準在合格基礎上提高10%。2)煤芯采取質量。據本區資料，煤層均為1/3，25焦煤，不粘煤，傾角在煤層傾角大于60°，屬急傾斜煤層，依據DZ/T 0215-2002煤、泥炭地質勘查規范，本區煤層可采厚度確定為0.50 m，鉆孔所見可采煤層均參加質量驗收。3)孔斜測量按煤田勘探鉆孔質量標準為準。4)孔深丈量:每鉆進50 m丈量一次鉆具長度，為確保煤層空間位置準確，要求見煤即丈量鉆具長度，在煤層間距小于50 m時，可每鉆進20 m丈量一次鉆具，孔深誤差不得超過1.5‰，對出現的誤差找出原因應做合理平差。5)鉆孔封閉工作:鉆孔竣工后，對穿過的煤層、含水層均應采用水泥砂漿封孔至煤層或含水層頂板以上20 m，封孔結束后，提取砂漿樣品檢驗封閉質量。6)施工鉆孔須按簡易水文規程進行觀測，遇涌漏水時應觀測涌水量及穩定水位觀測。7)加強鉆探原始記錄質量，要求內容齊全，數據準確，字體工整，對記錄按新疆局制定的質量標準補充細則規定標準評定質量級別。8)巖芯保管工作要求鉆孔取出的巖芯，應洗凈擺放整齊，進行巖芯分層地質記錄，終孔后進行照像，縮分巖芯保管，剩余巖芯就地建庫掩埋。鉆探設備按操作規程進行安裝完畢后，施工中嚴格執行地質設計和鉆探技術規程要求，每50 m丈量鉆具，孔深誤差1.5‰，并按常規進行了簡易水文觀測，通過測井溫、地表水溫，采樣化驗，抽水試驗，取得一定原始數據。按規范進行了驗收，在施工中從開孔到終孔按照要求進行質量驗收。終孔后經測井證實鉆探達到地質目的后，嚴格按設計進行封閉，并在孔口埋設注有標記的水泥標樁，以作為永久標志。

3 鉆探設備、管材及鉆頭的選擇

根據陽霞礦區地層及鉆孔設計特點，對鉆探設備、管材及鉆頭的選擇如下:XY-5型巖芯鉆機1臺，BW-250型泥漿泵1臺，SJ-3000繩索取芯絞車1臺，GF-100 kW柴油發電機組1臺;鉆桿:S75A加強型繩索取芯鉆桿1 500 m;鉆頭:江蘇無錫金剛石廠生產，孕鑲金剛石鉆頭，粒度40～85，濃度100%，HRC為35～40。

4 ZK1-3號孔鉆孔結構

根據該礦區老第三系(E)及第三系(N)層較厚，并含有較厚的巖性為灰綠色、棕紅色泥巖、砂巖、礫巖，夾有薄層石膏層，結合以往鉆探施工經驗，該孔開孔采用φ150 mm合金鉆頭，鉆進0 m～35 m下入φ146 mm套管作為孔口管，35 m～150.45 m用φ130 mm合金鉆頭鉆進，下入φ127 mm套管，150.45 m～235.50 m用φ95金剛石繩索取芯鉆進，下入φ89 mm套管;235.50 m～1 154.49 m，φ81金剛石繩索取芯鉆進至終孔。鉆孔結構圖見圖1。

圖1 ZK1-3號鉆孔結構示意圖

5 鉆進過程中對鉆孔中采用的沖洗液條件分析

5.1 陽霞礦區施工中遇到的問題

1)火燒地層變形強烈，部分孔段有強蝕變，巖石破碎，取芯困難;2)由于鉆孔多分布在山頂，海拔較高，供水困難;3)礦區施工用水偏堿性，容易破壞泥漿的性能，難以保證泥漿在孔內的性能。

5.2 陽霞礦區施工中沖洗液采用的要求

根據地層情況，要求沖洗液具有較強的保護造漿性和抑制性，減少泥漿的滲入及泥巖等:1)抑制性對煤層或不穩定地層的膠結能力的破壞小，地層水化膨脹就少;在實踐中與泥巖的造漿性和孔壁的遇水穩定性有密切聯系。2)較強的潤滑性，沖洗液的循環流動阻力、沖洗液的潤滑性與鉆具磨損、發生等都有密切的關系。

6 MBM多功能沖洗液的選用

6.1 特點

多功能劑是一種集造漿與泥漿處理劑功能于一體的抗鹽、抗復合離子污染的鉆井液用多功能泥漿材料。通過在鈉膨潤土引入酰胺基和羧鈉基及其他高分子基團，制備的一種復合型的鉆井液材料，具有一劑多效并且使用簡便的特點。可用于配制淡水泥漿、鹽水泥漿、鉀基泥漿及復合鹽水泥漿等，具有比較廣泛的適用性。

6.2 配方

由于該地層廣泛分布于塔克瑪扎背斜(M1)的兩翼，其巖性為灰綠色、棕紅色泥巖、砂巖、礫巖，夾有薄層石膏層，地層厚度較大，所以按照地層情況泥漿配比如下:配方一:1 m3清水+8 kg～12 kg MBM+1 kg純堿+5 kg潤滑劑;配方二:1 m3清水+2 kg PHP+20 kg多功能復合劑(MBM)。

6.3 性能指標

從礦區的地層情況看，主要是礫巖、砂巖、棕紅色泥巖等，巖層疏松，易坍塌掉塊、縮徑和造漿，且地下水位偏低。受地層和其他條件的限制，因此，要求泥漿材料有較好的抗污染性能，配制的鉆井液應具有較好的流變性、濾失造壁性、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。從性能看采用此泥漿，不僅配方簡單，并且性能較好。

7 現場使用效果分析

該礦區使用MBM多功能劑泥漿完成了幾個深孔的鉆進工作，并取得了較理想的效果;由于地層原因全孔低固相沖洗液頂漏鉆進至終孔，MBM多功能劑泥漿沖洗液良好的護壁性能，使得鉆進比較順利，對比于通常使用的低固相沖洗液，從表1陽霞礦區幾個相似鉆孔的施工效果對比上可以看出，使用MBM多功能沖洗液頂漏鉆進有以下幾點優勢:

1)具有較好的造壁性能，泥漿流變性能好，可有效防止繩索取芯鉆進鉆桿內壁結泥皮;

2)一般情況下用MBM和水就可以配制出不同性能的泥漿，無需加其他材料;

3)MBM多功能復合劑泥漿配制和維護方便快捷，粘度較易控制，沖洗液鉆進護壁過程中，內管投放和打撈順利，提高了純鉆進時間利用率。

表1 陽霞礦區相似鉆孔施工對比表

8 結語

1)MBM多功能復合劑由于礦化度高，因此這種體系具有較強的抑制性，能有效的抑制泥頁巖水化，保證井壁穩定;在孔壁上能形成有一定強度的泥皮，失水量低，適合易水化膨脹、不穩定地層護壁。2)MBM多功能復合劑泥漿配置簡單，只需將清水按照一定比例加在一起攪拌水化后即可使用。3)在MBM多功能復合劑泥漿中添加少量PHP，護壁防塌效果更加明顯。由于鉆出的巖屑不易在鹽水中水化分散，在地面容易被清除，因而有利于保持較低的固相含量。4)MBM多功能復合劑泥漿頂漏鉆進通過在陽霞礦區的實踐應用，不僅護壁效果較好，而且保證了鉆孔安全，提高了鉆效。5)MBM多功能復合劑泥漿不僅抗鹽侵的能力很強，而且能夠有效的抗鈣侵和抗高溫，適于鉆含巖鹽地層或含鹽膏地層，以及在深井和超深井中使用。

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