煤田地質(zhì)鉆探中水敏性地層護(hù)壁問題及解決辦法

尹德戰(zhàn)

(安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),安徽淮南 232052)

煤田地質(zhì)鉆探中水敏性地層護(hù)壁問題及解決辦法

尹德戰(zhàn)

(安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),安徽淮南 232052)

在煤炭地質(zhì)鉆探中,面對(duì)水敏性復(fù)雜地層,鉆探工程將變得更加困難,這就要求在煤炭鉆探中做好水敏性地層護(hù)壁問題,采用有效的解決辦法,確保鉆探工藝性能,以保證鉆探施工到位。

煤炭鉆探 水敏性地層 護(hù)壁問題 解決辦法

隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)企業(yè)對(duì)能源的消耗需求越來(lái)越大，同時(shí)也對(duì)煤炭鉆探提出了更高的要求，本文分析了煤田地質(zhì)鉆探中復(fù)雜地層及形成的原因，并對(duì)復(fù)雜地層中的鉆進(jìn)工藝進(jìn)行研究。

1 煤田地質(zhì)鉆探中復(fù)雜地層

在煤田地質(zhì)鉆探中，復(fù)雜地層產(chǎn)生的原因有很多種。一方面，主要是因力學(xué)不穩(wěn)定性地層中構(gòu)造受力不平衡而導(dǎo)致鉆探失去原有的平衡狀態(tài)，并且加上地層上部覆蓋層的重力作用而導(dǎo)致孔壁發(fā)生垮塌、掉塊等事故；另一方面，主要是因水敏性地層在沖洗液和鉆具的作用下發(fā)生掉塊的事故，水敏性地層如頁(yè)巖、泥巖等，在泥巖成分偏高的情況下，在鉆進(jìn)過程中，水敏性地層會(huì)造成孔壁膨脹縮徑和剝落超徑等現(xiàn)象，因此，煤田地質(zhì)鉆探中常見的失穩(wěn)地層有：地應(yīng)力不平衡地層、頁(yè)巖地層和水敏性地層。

泥頁(yè)巖地層即為水敏性地層，主要表現(xiàn)為縮徑、造漿、分散，其主要以蒙脫石為主，采用高抑制性泥漿體系，根據(jù)當(dāng)前地理學(xué)上的研究，在該對(duì)應(yīng)巖層上我們可以探知其蒙脫石的對(duì)應(yīng)含量在30%左右，是屬于極其有特點(diǎn)的造漿泥巖。這種地質(zhì)在鉆探中的主要特性就表現(xiàn)在容易出現(xiàn)膨脹反應(yīng)、直徑降低縮小、掉塊和卡住鉆頭的結(jié)果。至于產(chǎn)生這種膨脹的因素我們可以通過兩個(gè)方面進(jìn)行研究和分析。首先可能出現(xiàn)的情況就是其表面產(chǎn)生了水化行為，然后還有一種可能就是其內(nèi)部進(jìn)行了滲透水化的行為。由于產(chǎn)生了巨大的的水壓，因此隨著埋藏深度的增加，其表面水化力呈現(xiàn)出正相關(guān)上升趨勢(shì)。而當(dāng)泥漿中的含鹽成分指數(shù)呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)時(shí)，則滲透水化的速度加快，水分向泥漿運(yùn)動(dòng)速度加快。針對(duì)這兩種情況，我們的主要措施有幾下幾個(gè)方面：第一，通過降低泥漿的濾失量來(lái)避免大量自由水進(jìn)入地層；第二，向泥漿中加入K+，提高泥漿的抑制性能；第三，充分利用高分子聚合物的吸附、交聯(lián)及包被作用；第四，加入瀝青類產(chǎn)品封堵孔壁上的毛細(xì)管通道。然而，K+有兩種作用，一是離子交換，K+離子進(jìn)入蒙脫石晶層中，形成伊利石結(jié)構(gòu)；二是晶格固定，K+離子直徑與粘土六方晶格大小相符，離子交換后嵌入晶格，起封閉作用。

2 復(fù)雜地層成因分析

由于復(fù)雜地層產(chǎn)生失穩(wěn)的原因有很多，尤其是針對(duì)地層破碎產(chǎn)生的卡鉆問題，若技術(shù)人員盲目加大泥漿混合比重和加大泥漿粘度，地層破碎產(chǎn)生的卡鉆問題并不能得到有效解決。一般情況下，復(fù)雜地層成因主要包括地質(zhì)因素和鉆進(jìn)工藝技術(shù)，其中，地質(zhì)因素屬于內(nèi)因，鉆進(jìn)工藝技術(shù)屬于外因，其中，地質(zhì)因素起主導(dǎo)作用。例如淮南潘集礦區(qū)，其地層底部602.84m及下部巖性，其主要為紅棕色含礫砂巖、砂礫巖互層、細(xì)粒含鈣砂巖、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖等，然而，該地層的上部為細(xì)粒砂巖、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖和含礫砂巖等，礫石直徑為0.3～4.5cm，由于巖石中含有大量的粘土礦物，在鉆進(jìn)過程中，這些粘土礦物將會(huì)遇水膨脹，并且不同成分的粘土礦物遇水的膨脹系數(shù)有所不一樣，因此，采用增加泥漿比重和加強(qiáng)粘土及利用水泥膠結(jié)等常見的鉆進(jìn)方法是不能有效解決復(fù)雜地層所產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象。

3 復(fù)雜地層中鉆進(jìn)工藝研究

針對(duì)煤田地質(zhì)中簡(jiǎn)單的地層，在鉆進(jìn)過程中，一般技術(shù)人員都有一套完善的鉆進(jìn)工藝，同時(shí)也有一套完善的泥漿配方方案、孔內(nèi)事故處理措施等。但是，對(duì)于復(fù)雜地層的鉆進(jìn)施工，由于采用常規(guī)的鉆進(jìn)方法不能有效解決這些復(fù)雜地層的鉆進(jìn)，如增加泥漿比重、加強(qiáng)粘土，采用水泥膠結(jié)等措。采用這些常規(guī)的方法，不僅會(huì)延長(zhǎng)施工周期，增加施工成本，可能會(huì)適得其反，甚至可能會(huì)造成鉆孔報(bào)廢等事故，其主要原因是在鉆進(jìn)過程中遇到復(fù)雜地層時(shí)不能對(duì)復(fù)雜地層的成因分析清楚，力學(xué)不穩(wěn)定地層主要是因地層構(gòu)造應(yīng)力不平衡而阻礙了鉆進(jìn)工程的順利開展，該地層的巖層容易破碎和松散，并且地層側(cè)壓力也比較大，若想要防止巖層垮塌事故的發(fā)生，則需要注重泥漿比重的配置，適當(dāng)增加泥漿比重來(lái)平衡巖層的側(cè)壓力，利用高分子化合物來(lái)提高泥漿粘度，并將高聚物作為巖層的覆蓋劑，有效防止巖層垮塌事故的發(fā)生。

由于水敏性地層主要表現(xiàn)為表面水化、滲透水化，在水敏性地層的鉆進(jìn)過程中，容易造成孔壁膨脹收縮及孔壁剝落超徑等現(xiàn)象。因此，在鉆進(jìn)過程中，充分掌握了水化機(jī)理后，在泥漿配置上，應(yīng)充分考慮低失水、適當(dāng)增加泥漿比重及粘度等因素。然而，在實(shí)際操作中，當(dāng)真正遇到垮塌、埋鉆等事故時(shí)，則需要正確判斷出造成這種事故發(fā)生的因素是地質(zhì)因素還是鉆進(jìn)工藝技術(shù)，只有分析清楚復(fù)雜地層的成因，才能有效解決孔內(nèi)問題。分析鉆孔漏失的因素，其主要包括地質(zhì)因素和鉆進(jìn)工藝技術(shù)因素，第一，地質(zhì)因素，其主要是因地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而造成斷層、裂縫等事故，這就給鉆孔漏失提供了良好的條件；第二，鉆進(jìn)工藝，其主要表現(xiàn)在泥漿流動(dòng)性變化大、孔內(nèi)應(yīng)力不平衡及升降鉆具所造成的壓力等方面。因此，為了順利進(jìn)行鉆進(jìn)工程，一方面，應(yīng)注重鉆孔漏失的抑制，通過實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)壓力平衡，并采用低比重泥漿的鉆進(jìn)方法。另一方面，應(yīng)注重粘土膨脹性的抑制，若采用水泥膠結(jié)常規(guī)性鉆進(jìn)方法解決這些地層，往往會(huì)造成水泥不凝固、水泥凝固后在掃孔過程中找不到原眼的現(xiàn)象。因此，針對(duì)淮南潘集礦區(qū)，在地下350m～450m處，其屬于水敏性地層，在水敏性地層中，通過減少泥漿失水量來(lái)增加泥漿比重，并加入K+，使水敏性地層的孔壁形成一層比較緊密的泥皮來(lái)抑制粘土的吸水膨脹，主要原因是K+穩(wěn)定頁(yè)巖地層不僅可以有效降低粘度和濾失的作用，還可以防止井壁坍塌事故的發(fā)生。同時(shí)，在降濾失的作用下，其可以形成薄而致密的泥餅，這樣就可以有效減少壓差卡鉆。

4 結(jié)語(yǔ)

在鉆進(jìn)工程中，影響地質(zhì)鉆探的因素有很多，尤其是復(fù)雜地層對(duì)鉆進(jìn)的影響，因此，在鉆探工程中注重泥漿的配置，采用先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝技術(shù)，從而有效解決復(fù)雜地層的護(hù)壁問題。

[1]鄭克清.復(fù)雜地層鉆探護(hù)壁堵漏工藝研究與應(yīng)用[D].中南大學(xué),2012.

[2]胡繼良.復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液研究與應(yīng)用[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),2012.