復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術分析

覃江省

（貴州豐聯礦業有限公司大方縣黃泥鄉安強煤礦）

復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術分析

覃江省

（貴州豐聯礦業有限公司大方縣黃泥鄉安強煤礦）

隨著經濟的發展，我國對礦產資源的需求量越來越大。我國很多礦區的地質條件都較為復雜，開礦難度較大。深孔鉆探技術有效地解決了這一問題，但是由于鉆孔過深，很容易發生塌陷問題，這就需要泥漿護壁技術來解決。本文以復雜地層深孔鉆探中的問題為基礎，結合具體的工程案例，對PHP泥漿護壁技術和LBM泥漿護壁技術進行分析，以期為同行提供一定的借鑒。

復雜地層；深孔鉆探；泥漿護壁；應用

跨入21世紀以來，我國的經濟高速發展，隨著而來的就是資源需求量的迅速增長。為了滿足礦產資源的需求，我國礦產資源開采的強度也與日俱增，使得地質探勘工作逐日深入地層，促使深孔鉆探技術得以廣泛應用。由于深孔鉆探技術使用的過程中，施工過于隱蔽，孔內的詳細情況得不到及時的了解，孔底信息上傳到地面需要一定的時間，孔內情況的應對難度較大[1]。因此，更需要采取一定的措施保證其施工安全，而泥漿護壁技術正好為這一問題的解決提供了方法，為復雜地層深孔鉆探施工的安全提供了有效的保障。

1 工程概況

××鉛鋅礦屬于我國我國少見的黃鐵鉛鋅礦床，礦床規模大，礦量豐富。該礦區由四部分組成，分別是水草坪、富屋、凡口嶺和鐵石嶺。自該鉛鋅礦發現以來，通過分析該礦床的成礦特征和控礦條件，逐步在該礦區發現了新礦體，礦床特征也更加明顯。但是目前該礦區地質條件復雜，礦產資源埋藏較深，其勘探和開采需要使用深孔鉆探技術[2]。

2 深孔鉆探技術應用難點

（1）××礦床地處盆地北部邊緣和山脈的過渡帶內，賦礦層位屬于中泥盆統至早石炭統碳酸鹽巖，在成礦的過程中有東北走向的同生斷裂帶。該礦區的巖層較為穩定，卻含有多層次的破碎帶。在深孔鉆探開展的過程中，孔壁易失穩，護壁較為困難。鉆孔越深，地層就越為復雜，鉆進的時間也就越長，孔壁也就越容易失穩。由此可見，在深鉆孔的過程中，孔壁保護異常重要，護壁問題必須得以有效解決。

（2）鉆探回轉的阻力較大，動力消耗大，材料消耗大，孔內易發事故多。隨著鉆孔深度的增加，鉆桿的長度也要不斷增長，鉆孔的摩擦阻力也要不斷增大[3]。這種問題在繩索取心鉆探中表現的尤為明顯，不僅會加重鉆桿磨損，還會增加鉆機的負荷增大，使得鉆機的轉速不易提升，還容易造成斷桿事故。

（3）鉆頭的使用壽命縮短。在深孔鉆進的過程中，鉆壓控制的準確性會有所降低，加之鉆桿接頭密封不良的影響容易誘發沖洗液泄漏事故，沖洗液不能全部送到孔底，容易造成假循環，使得鉆頭微燒，影響鉆頭的使用壽命。

（4）鉆進效率低，鉆進成本高。深孔鉆進的施工周期比較長，如果護壁處理不當，鉆孔內事故的發生率就會增加，鉆進效率就會降低，從而使得成本增加。

3 泥漿護壁技術分析

現在常用的泥漿護壁技術有兩種：①PHP泥漿護壁技術；②LBM泥漿護壁技術[4]。本文探討的工程使用的是PHP泥漿護壁技術，因此先對此泥漿護壁技術進行分析。

3.1 PHP泥漿護壁技術

（1）PHP沖洗液概述。PHP沖洗液是一種聚丙烯酞胺經經過水解之后產生的物質，屬于一種長鏈的高分子化合物。PHP能夠吸附很多基團，比如-CONH2，在基團的作用下PHP能夠形成一層薄膜，來降低泥漿帶給底層的侵蝕作用，從而達到護壁效果[5]。同時，PHP還是一種表面活性劑，其吸附到巖石或者金屬表面的時候就會發揮潤滑作用，從而降低摩擦阻力，達到護壁效果。目前國內使用的PHP是分子量大于1000萬的高分子PHP，它的絮凝作用和包被作用更為明顯，護壁效果更佳。

（2）PHP泥漿護壁技術應用。在該鉛鋅礦工程鉆探的過程中，主要的地層類型是露泥盆系地層和石炭系地層，并且第四系地層范圍較廣。在斷層構造的影響下，巖石破碎現象嚴重，裂隙發育程度較高，部分地層存在嚴重的漏失現象。在深孔鉆探的過程中，使用PHP護壁技術，其中PHP溶液的分子量在800～1200之間，其水解度為30%；PVA溶液的醇解度為99%，對其溶解時要進行加溫處理，溫度升高到80～90℃，在升溫的過程中要不停地攪拌。

（3）PHP泥漿護壁技術應用效果分析。應用實踐證明，使用PHP沖洗液之后，在破碎程度一般的地層鉆進的時候，孔壁穩定潤滑與防止繩索取心鉆桿內壁結垢的問題能夠得到基本解決，其護壁效果良好，不僅使得鉆進效率得到了有效的提升，還使得鉆探工程質量得以有效提升。原來鉆進機的工作效率為342m，使用PHP護壁技術之后鉆井機的平均臺月效率提高為430m，其工作效率提高了25.7%。原來深孔鉆探過程中孔內事故的發生率為31.25%，使用PHP護壁技術之后孔內事故的發生率下降到20.49%。原來優質孔率為70～80%，使用PHP護壁技術之后優質孔率能達到90%以上。

3.2 LBM泥漿護壁技術

（1）LBM泥漿概述。LBM泥漿中富含許多-CONH2、-CN、-COONa等基團，將其用于泥漿配置，配置出來的泥漿就會具備密度低、粘度小、切力低、失水行低、分散性高等特點，并且其性能能夠通過添加量的多少進行調節[6]。LBM泥漿的具體性能見表1。

表1 LBM泥漿性能分析

（2）LBM泥漿護壁技術應用。以另外一個工程為例對LBM泥漿護壁技術的應用進行探究。招遠玲瓏金礦地層破碎嚴重，復雜度較高，使用深孔鉆探技術進行勘測和開采，鉆孔漏失現象嚴重。曾經使用PHP泥漿、花生皮和棉籽殼等材料進行護壁處理，均堵漏無效，泥漿幾乎全部漏失。于是轉換方法，使用PHP+PVA沖洗液進行“頂漏”鉆進，但是在鉆進的過程中發生了坍塌現象，掉塊問題嚴重，不僅鉆進效率受到了嚴重的影響，甚至還發生了坍塌事故。例如ZK160-3孔使用PHP沖洗液進行鉆進，在孔深515.07～517.85m的位置出現了一段砂粒狀松散地層，鉆孔內發生坍塌，多次掃孔之后仍然沒有辦法將鉆具下沉到鉆孔底部。之后使用LBM泥漿進行鉆進，僅僅花費了5h就打通了坍塌層，繼續鉆進達到525.38m的位置。因為之前的鉆孔出現全漏失現象，為了節約施工成本，在鉆通塌陷區之后重新使用PHP沖洗液鉆進，鉆進深度直達665.3m，在這期間再也沒有出現坍塌或者掉塊現象。再比如ZK136-4鉆孔，開始的時候使用PHP+PVA沖洗液，鉆進深度達1009.58～1020.6m時，地層出現嚴重破碎現象，到1040.08m時鉆具斷裂，提鉆之后出現孔壁坍塌現象，鉆具被埋，經過多次掃孔處理均無效，孔內沉淀物達5～8m厚。為了解決這個問題，更換使用LBM泥漿進行沖孔，進花費26h就徹底清除了沉淀物，將事故鉆具處理完之后繼續鉆孔，直到1146.59m都沒有發生坍塌、掉塊現象。由此說明，LBM泥漿護壁技術的護壁效果更加，能夠有效的保證深孔鉆探的安全和效率。

4 結語

隨著經濟的發展，我國礦產資源的需求量與日俱增。由于我國的中小礦區較多，且礦區的地質條件較為復雜，在勘探和開采方面都有很大的難度。目前，深孔鉆探技術廣泛應用，但應用過程中的塌陷、掉塊問題也給礦區的勘探和開發帶來了很大的困難。該問題的解決在很大程度上依賴于護壁技術的應用效果。目前，普遍使用的護壁技術有兩種：①PHP泥漿護壁技術；②LBM泥漿護壁技術，經過實踐證明，這兩種泥漿護壁技術均能取得很好的護壁效果，能夠為復雜地質條件下深孔鉆探施工提供有效的安全保障和效率保障。

[1]黃定真，李亮，楊新江，等.復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術[J].城市建設理論研究（電子版），2014（17）：118.

[2]鄭思光，趙志杰，王克佳，等.司家營（南）區大賈莊鐵礦復雜地層深孔鉆探技術[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2011，38（7）：36～39，46.

[3]陳永忠.復雜地層深孔鉆探泥漿護壁技術探討與實踐[J].科技創新與應用，2014（7）：278.

[4]郭文光.粵北凡口鉛鋅礦深孔鉆探泥漿護壁技術[J].內江科技，2011，32（11）：121.

[5]宋新杰.蘭渝鐵路隧道深孔鉆探泥漿護壁技術探討與實踐[J].大陸橋視野（下半月），2012（8）：103，105.

[6]陶建華，李粵南，陳惠明，等.高壓旋噴水泥漿護壁技術的研究與應用[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2014（3）：11～17.

P634

A

1004-7344（2016）13-0176-02

2016-4-20