植物膠沖洗液在田家石畔礦區鉆探工程中的應用

白晉恒

摘要：本文總結了SH植物膠沖洗液在地質勘探中的應用，并通過作者在田家石畔礦區鉆探工程中應用實例，說明了SH植物膠沖洗液的配制方法、使用方法和所取得的成效。

關鍵詞：SH植物膠；沖洗液；保護巖心；抑制縮徑

1.礦區地質概述

1.1區域地質構造。準格爾煤田總體構造形態為北高南低，東高西低，走向近南北、向西南傾斜。田家石畔勘查區位于準格爾煤田南部。其構造特點與準格爾煤田區域構造基本一致。根據填圖資料和二維地震時間剖面資料顯示，勘查區內斷層發育較少，構造簡單，在勘查區東北部發現一較大斷層，該斷層為一正斷層，走向140—320°，傾向230°左右，傾角30°-84°，地表延伸約20km，斷距在200～800m之間。

1.2地層巖性分析。1.2.1奧陶系中統馬家溝組（02m）。該組下部為青灰色、灰白色中厚層狀灰巖、蟲跡灰巖夾灰色泥巖及泥灰巖；上部為灰色、灰白色角礫狀白云質灰巖、內碎屑灰質白云巖夾灰綠色泥巖及不規則團塊狀硬石膏組成，鉆孔揭露最大厚度24.54m，未見底。1.2.2石炭系（c）。是本區主要含煤地層之一。為多旋回的海陸交互相沉積，煤層產于每個旋回上部的泥炭沼澤相中。該層厚度49.01～108.07m，平均厚73.35m。該地層在勘查區內呈東南部向西北部由厚變薄趨勢，一般厚度80-108m；本組以北厚度較小，一般厚度50-80m。1.2.3二疊系（P）。①二疊系下統山西組（Pls）：本組為一套含煤的陸源碎屑巖組合，是本普查區主要的陸相含煤地層。該層厚度42.40～166.31m，平均厚98.81m，含2、3、5號等3層煤層。②二疊系下統石盒子組（Plsh）：為典型的陸相沉積，厚度100.70～404.17m，平均厚度為187.06m。③二疊系上統孫家溝組（P2sj）：為一套以磚紅色、紫紅色為特征的陸源碎屑巖夾少量碳酸鹽巖和硅質巖組合。地層厚度82.57m～351.61m，平均厚度為181.28m。1.2.4三疊系（T）。①三疊系下統劉家溝組（T11）：地層厚度109.56m～470.25m，平均厚度為311.47m。巖性主要為粉紅、灰白色細砂巖、中粒砂巖，夾有粉紅色砂質泥巖，底部夾有薄層紫紅色砂質泥巖，砂巖中斜層理、交錯層理發育。②三疊系下統和尚溝組（T1h）：巖性為棕紅色砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、夾淺灰色中粒砂巖、細粒砂巖，含鈣質結核。本組地層厚度81.41m～496.19m，平均厚度為262.18m。1.2.5第四系（Q）：全新統（Qh）。為近代風積沙，沖洪積砂礫層，淤泥、殘坡積物等。揭露厚度5.00m～23.56m，平均厚度為9.89m。沿溝谷、梁頂分布。

1.3施工中遇到的主要問題

上部0-80m第四系和三疊系砂巖層為主，膠結不甚致密，研磨性高，松散易擴徑。鉆探揭露勘查區東北部一較大斷層，斷距在200～800m之間，斜穿于巖層和煤層，鉆探中地層破碎，易坍塌、掉塊，取心困難。500-800m多為含礫泥巖，是石炭、二疊系地層，含高嶺土較多，地層打滑、造漿，鉆進效率低下。

根據地層特點和經銷商的推薦，查閱了關于SH植物膠的研究與應用資料后，從經濟的角度考慮，我們把SH植物膠作為準格爾煤田田家石畔勘查區鉆探沖洗液的主要處理劑進行試用。

2.鉆進對沖洗液的要求分析

2.1.強降濾失及抑制性：沖洗液具有強的降濾失性，滲入到地層中的自由水相對就少，對煤層或不穩定地層的膠結能力的破壞就小，地層水化膨脹就少；沖洗液的抑制性是指沖洗液抑制孔壁巖石水化、膨脹、分散的能力，在實踐中與粘土的造漿性和孔壁的遇水穩定性有密切聯系。

2.2較強的潤滑性：沖洗液的潤滑性與鉆具磨損、沖洗液的循環流動阻力、設備功率消耗、坍塌事故的處理、發生等都有密切的關系，潤滑性強還可以減少激動壓力對孔壁的破壞。

2.3良好的流變性：具有良好的流變性，可降低沖洗液的流動阻力，減少泵壓損失，同時更好地排除巖粉，提高鉆速。根據復雜地層對沖洗液的要求和煤田取芯鉆進的特點，圍繞沖洗液進行充分調查、研究和分析，在比較各類沖洗液配制原料、性能、價格、市場供應的基礎上，針對準格爾煤田實際情況，提出采用SH植物膠沖洗液鉆孔護壁。

3.不同地層條件下SH植物膠的應用

3.1第四系、三疊系砂巖地層鉆進

3.1.1地層特點：風積沙，沖洪積砂礫層，淤泥、殘坡積物松散層，砂巖、粉砂巖、膠結較差，在鉆進中易坍塌、擴孔、取心率低、排粉困難，研磨性強。3.1.2沖洗液體系及配方。用SH植物膠低固相泥漿。重點是預防鉆孔坍塌，保護巖心，提供巖心采取率。配方l為：水lm3+預水化膨潤土16-24%+SH植物膠原漿8-16%+防塌潤滑劑（WFF-1）0.3-0.4%+中粘Na-CMC0.3-0.4%3.1.3沖洗液的配制。預水化膨潤土：水50%+膨潤土50%+NaOH為土的1.2%侵泡24小時備用。SH植物膠原漿：水l m3+SH植物膠干粉5%+NaOH為SH膠的8%攪拌后備用。配制時，先加SH植物膠攪拌5分鐘后，再加NaOH攪拌5-10分鐘。性能指標以一小時后測定的為準。沖洗液配制：清水邊攪拌邊加入Na-CMC、防塌潤滑劑，攪拌均勻后加入預水化膨潤土和SH植物膠基漿攪拌后即可使用。

3.2易坍塌、掉塊的破碎帶地層

3.2.1地層特點：破碎帶貫穿除第四系外的所有鉆探地層，在不同的鉆孔，遇到破碎帶的深度、地層巖性、破碎程度不同。砂巖地層：易坍塌，形成“大肚子”，會造成埋鉆、鉆桿折斷事故，給排粉、取心造成困難。煤層：多數是碎煤、泥煤，最為重要的是鉆進取心困難。夾少量碳酸鹽巖和硅質巖的碎屑巖：在鉆進中易出現掉塊，卡鉆事故，鉆進不平穩。含高嶺土較高的泥巖：在鉆進中易形成糊鉆，易出現鉆孔縮徑現象。

3.2.2沖洗液體系及配方。在砂巖地層和含碳酸鹽巖和硅質巖的碎屑巖出現破碎帶，采用SH植物膠低固相泥漿。泥漿的功能是以防坍塌、掉塊為主，其次是減磨潤滑鉆具、保護巖心。配方2為：水1m³+預水化膨潤土16%+SH植物膠原漿8%+防塌潤滑劑（WFF-1）0.2-0.4%+中粘Na-CMC0.3-0.4%在煤層、泥巖地層，出現破碎帶，采用SH植物膠無固相沖洗液。沖洗液的功能主要是護膠作用，保護巖心，提供巖心采取率，降低鉆孔的滲透性，降低孔壁遇水縮徑的進程和泥皮厚度。減輕糊鉆的程度。配方3為：水1m³+SH植物膠原漿8-12%+中粘Na-CMC0.2%或水lm3+SH植物膠干粉0.4-0.6%+NaOH為SH膠的8%+中粘Na-CMC0.2%。

3.3含礫泥巖地層

3.3.1地層特點：地層含礫，鉆進不平穩；泥巖含高嶺土較多，鉆進極易形成泥包鉆頭，造漿、不進尺。要求沖洗液在保證裸孔段孔壁安全的前提下，盡量降低沖洗液中劣質粘土。

3.3.2沖洗液體系及配方。用具有選擇性絮凝的無固相沖洗液。配方4：水1m³+SH植物膠干粉0.4-0.6%+NaOH為SH膠的8%+水解度為28-30%的PHP（水解聚丙烯酰胺）100-300ppm

3.3.3沖洗液的維護：這個沖洗液體系PHP的消耗量是與絮凝沉淀是成正比的，需要每一個回次或兩個回次補充一次PHP，不可超量添加，加量過大PHP變為增粘劑；絮凝沉淀物是很松散的，具有一定的流動性，需要每班清除一次絮凝沉淀物。PHP配制成濃度為1%的水溶液，備用。向循環槽內直接滴補PHP時，配制成濃度為0.1%（1000ppm）的水溶液。

3.4穩定地層

3.4.1地層特點：鉆孔比較深，多為1100m左右，盡管地層完整，巖性還是有變化的。為保證沖洗液適合各種巖性地層的鉆進，同時兼顧維護、并不破壞裸孔段的泥皮，要保存較高濃度的SH植物膠加量。

3.4.2沖洗液體系及配方。用SH植物膠無固相沖洗液。配方5：水1m3+SH植物膠干粉0.4-0.6%+NaOH為SH膠的8%。

4.使用方法

（1）膨潤土要預水化處理，浸泡24小時。

（2）SH植物膠加NaOH，配制成濃度為5%的水溶液，放置一小時后備用。一小時前SH植物膠溶液陛能不佳。

（3）PHP配制成濃度為1%的水溶液備用。

（4）配方1是用于開孔上部地層的，第一坑泥漿的配制劑選用最大劑量，隨著鉆進深度增加，地層趨向完整、密實，補充泥漿配制劑的劑量逐漸減少。視鉆進的巖性變化，過度到配方5。即排除沉淀巖粉，補充配方5沖洗液，不需要一次性徹底更換。鉆進中遇到地層破碎帶，配方5→配方2或配方5→配方3。即在配方5的基礎上，補充稠泥漿，調制成配方2。或添加2%的Na-CMC水溶液，調制成配方3。鉆進中遇到地層是含礫泥巖地層，配方5→配方4。即在原沖洗液中按照配方4添加水解度為28-30%的PHP水溶液；每班補充一次，約100ppm或向沖洗液循環槽內滴補，滴補速度視絮凝情況而定，機臺習慣不同，兩種方法均有采用，并且每班清理一次絮凝沉淀。

（5）配方調整原則：完整地層鉆進進入破碎帶，停鉆調整沖洗液，并替換孔內沖洗液開始鉆進。其它沖洗液配方調整，邊清理沉淀巖粉、稠漿，邊補充調整。

5.使用效果

準格爾煤田田家石畔勘查區完成鉆孔28個，累計進尺28736m；有5個鉆孔遇到斷層破碎帶，累計鉆進破碎帶約180余米。SH植物膠沖洗液良好的護壁性能和護膠性能，使得鉆進比較順利，粉煤、碎煤、破碎地層及水敏性強的地層未發現坍塌，保證了鉆孔安全，提高了鉆效，提高巖心采取率，平均巖心采取率在95%以上，鉆探成本明顯降低。優質孔率達96%。