低固相沖洗液在阿吉勒礦區鉆探中的應用

王志民 李 翾 秦越強 柴晨暉 孫宇飛 李朋偉 高 森王江玉龍 孫偉濤 周業澤 李朋元 姜禹戈 許凱然

（中國地質調查局廊坊自然資源綜合調查中心）

內蒙古東烏珠穆沁旗阿吉勒礦區地層較為復雜，部分地區第四系覆蓋較厚，礦區構造發育，綠泥石化、綠簾石化發育，鉆探生產中常常發生掉塊、坍塌、嚴重漏失等現象，導致生產無法正常進行，甚至出現多次廢孔，施工經費大大增加，護壁堵漏工作便成為該礦區鉆探生產中的重要技術問題。低固相沖洗液在國內外應用廣泛且效果較好，特別是針對綠泥石化、綠簾石化地層效果尤為突出。為使施工順利進行，針對該地區地層鉆進難點，引用低固相沖洗液，以期預防及解決孔內事故。

1 工程概況

1.1 地層巖性

該區域出露的地層主要有古生界奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系；中生界侏羅系、白堊系；新生界第三系和第四系。

區內地層主要以凝灰巖為主，構造發育，巖石較破碎，綠泥石化、綠簾石化發育強烈，第四系大面積覆蓋。該地區裂隙較為發育，為裂隙型漏失地層。巖石可鉆性級別為7～8。打出的巖芯出現多段綠泥石化、綠簾石化破碎帶，巖芯裂隙發育。

1.2 施工難點

工作區內裂隙發育強烈，鉆孔漏失嚴重。區域內存在多層2～10 m的構造破碎帶，破碎帶巖石松散、軟硬兼具，綠泥石化、綠簾石化強烈，孔壁穩定性極差，極易出現剝落、掉塊、坍塌現象。單位一直采用金剛石繩索取芯鉆進技術，由于大量的剝落物、留在孔內的巖粉等，導致鉆桿柱摩擦阻力增加、磨損加劇，卡鉆、夾鉆、鉆桿折斷事故增多。多年以來，單位在該地區施工鉆孔中（表1）一直使用聚丙烯酰胺無固相沖洗液，多次出現因孔內垮塌、沖洗液漏失嚴重等原因導致卡鉆、斷鉆桿等事故，甚至出現埋鉆無法處理，導致廢孔事故。事故處理時間長，起下鉆次數多，人工勞動強度大，臺月效率偏低。

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2 沖洗液選擇及現場配方

ZK20313鉆孔較深，施工難度較大。主要表現在該礦區的第四系及風化層較厚且松散，上部含有泥巖，開孔護壁較為困難。根據以往的施工工程，該地區的巖石較破碎，所采取的巖芯呈碎塊狀，遇水松散，屬于水敏性地層，同時該地區裂隙較多，容易發生漏失。常發生孔口不返水現象。

2.1 沖洗液的選擇

根據礦區巖石的物理力學、化學性質，選用了低固相、低黏度、低失水的沖洗液。處理劑分別為白泥、植物膠、羧甲基纖維素（Na-CMC）、Na2CO3［1-4］。植物膠、纖維素、白泥都有護壁堵漏的效果，且效果良好［5-6］。如果黏度過高時可采用腐植酸鉀做作稀釋劑，同時腐植酸鉀也可作抑制劑［7-9］。配制成的低固相沖洗液的性能指標控制：密度為1.04～1.05 g/cm3，漏斗黏度為±24 s，失水量為＜30 mL/h，泥皮厚度為＜1 mm，pH為9～10。在使用過程中應避免污染、自然增稠引起憋水、憋泵等情況。沖洗液中應加入潤滑劑，以降低回轉阻力。

2.2 沖洗液現場配制

通過泥漿配比試驗，原漿采用吉林公主嶺膨潤土廠生產的膨潤土，加水充分攪拌，水化24 h以上。添加劑選用植物膠、纖維素，并加入皂化油。羧甲基纖維素鈉是一種表面活性陰離子高分子化合物，具有增稠、懸浮、穩定等作用；植物膠是一種高分子化合物，具有潤滑、攜帶巖粉、護壁堵漏的作用，與羧甲基纖維素鈉配合使用，效果更好。皂化油具有良好的潤滑作用，減少鉆具回轉的阻力，提高鉆進效率，預防斷鉆事故發生。現場常規使用的配方及性能如下。

（1）配方1：1%膨潤土（優質）+1%植物膠+0.3%Na-CMC+0.02%（NaOH+Na2CO3）+1%皂化油。該配方沖洗液性能：密度為1.02 g/cm3，漏斗黏度為18 s，失水量為28 mL/h，泥皮厚度為＜0.5 mm，pH為9，含砂量為＜1%。

（2）配方2：4%膨潤土（優質）+1.5%植物膠+0.5% Na-CMC+0.03%（NaOH+Na2CO3）+1%皂化油。該配方沖洗液性能：密度為1.04g/cm3，漏斗黏度為24 s，失水量為20 mL/h，泥皮厚度＜1 mm，pH為10，含砂量為＜1%。

配方加入順序：水→NaOH+Na2CO3→植物膠→纖維素→皂化油。植物膠、纖維素要水化處理，加入攪拌桶配制好之后才能加入泥漿池內。保持泥漿的清潔，防止水及雜物破壞泥漿的性能。配方1在一般地層鉆進中應用，鉆進效率高且具有一定的預防作用；配方2在遇到嚴重漏失、坍塌掉塊地層中應用，且后續應一直使用。

ZK20313鉆孔設計孔深750.0 m，傾角為90°，計劃施工期為50 d。實際施工時間47 d（8月27日—10月12日）。平均臺月效率為491.33 m/臺月，日平均進尺為15.97 m，驗證孔深為750.64 m。純鉆率為49%；純鉆時間為540 h10 min；輔助時間為516 h20 min；井故時間為零；機故時間為22 h10 min；停待時間為21 h30 min。

該孔取出的巖芯雖然破碎，但是經過技術上的保障，全孔順利穿過十余層破碎帶，厚度為3～20 m，全孔巖礦芯采取率達到了92.76%，施工較順利。

3 使用效果

低固相沖洗液使用效果與無固相沖洗液經濟指標對比見表2。

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此類沖洗液形成的泥皮薄且堅韌，護壁堵漏效果良好，也不會壓漏裸眼井段最薄弱的地層。采用此類沖洗液以后，ZK20313孔沒有再發生卡鉆、斷鉆等事故，也沒有出現孔內掉塊、不返水等現象，順利鉆達設計孔深。且保芯效果較好，松散破碎段巖芯采取率較高（圖1）。

利用低固相沖洗液已在阿吉勒礦區順利施工萬米以上，對該套沖洗液有以下幾點認識。

（1）潤滑性能好。皂化油中的陰離子表面活性劑，具有較好的柔吸性和潤滑性，使鉆具與孔壁的摩擦力減小，從而減小了鉆具的回轉阻力。

（2）護壁、防漏能力強。它能在孔壁上形成高質量的泥皮，保證了孔壁穩定，防止水的漏失。

（3）性能穩定，孔內鉆進平穩，孔壁較穩定。低固相泥漿能有效抑制地層黏土水化膨脹，避免了縮徑粘鉆具。

（4）配置簡單，方便維護。

4 結語

針對復雜破碎地層，不應只考慮經濟技術指標，還應該充分考慮孔內安全，應該本著以預防為方針的原則，避免出現鉆孔事故。針對松散破碎地層，白泥、植物膠、纖維素體系低固相沖洗液能夠起到良好的護壁堵漏作用。