聚丙烯酰胺+切削膏堵漏材料的工程應(yīng)用及效果

劉建平,陳洪俊

(貴州省煤田地質(zhì)局水源隊(duì),貴州安順 561000）

聚丙烯酰胺+切削膏堵漏材料的工程應(yīng)用及效果

劉建平,陳洪俊

(貴州省煤田地質(zhì)局水源隊(duì),貴州安順 561000）

山西古交礦區(qū)鉆探施工中遇到嚴(yán)重漏失現(xiàn)象,采用傳統(tǒng)的粘土球、水泥球、快干水泥、801堵漏劑加木屑等材料堵漏方法,均無效果,經(jīng)過摸索和實(shí)踐,采用聚丙烯酰胺+切削膏進(jìn)行堵漏,取得了很大的成功,施工效率高、施工成本低、堵漏效果好,同時(shí)還減少了鉆具的磨損,沉淀了鉆渣,凈化了沖洗液。

聚丙烯酰胺;切削膏;漏失地層;堵漏;潤滑

在巖心鉆探施工過程中,經(jīng)常會(huì)鉆遇漏失地層,一般情況下使用稠泥漿堵漏,或者團(tuán)粘土球、水泥球+化學(xué)試劑堵漏,甚至用水泥砂漿將漏失孔段封閉后再施工。但是對(duì)于孔徑≯75 mm的繩索取心鉆孔來說,使用上述方法效果很差,特別是在漏失地段很長、漏失又不是極為嚴(yán)重的地層中,使用上述方法堵漏既耗時(shí)、耗材,又根本解決不了實(shí)際問題。

在山西古交礦區(qū)的鉆探施工中,針對(duì)我方施工鉆機(jī)的類型,結(jié)合地層的實(shí)際情況,經(jīng)過多次摸索實(shí)踐,使用聚丙烯酰胺堵漏方法堵漏,施工效率高、施工成本低、堵漏效果好,同時(shí)還減少了鉆具的磨損,沉淀了鉆渣,凈化了沖洗液,可謂一舉多得。

1 地質(zhì)特征

山西古交礦區(qū),海拔1960 m。地殼向上褶皺隆起,工作區(qū)位于褶皺的頂部。地層極為破碎,0～90 m為第四系覆蓋層,主要成分:卵石、漂石、砂礫石、中細(xì)砂、亞粘土和粘土;90～296 m是沉積巖、變質(zhì)巖類,主要成分為灰?guī)r、砂巖、泥巖、碳質(zhì)千枚巖、煤; 260～296 m為矽卡巖(矽卡巖質(zhì)地松軟,膠解性極差,一觸即酥）;296 m以深為火山巖。周圍無水源,生產(chǎn)、生活用水必須用水車從山下取水。

2 以往施工情況

該礦區(qū)從20世紀(jì)50年代就已開展勘察工作,因地層復(fù)雜,勘探工作進(jìn)展不大。近兩年由于礦產(chǎn)品不斷升溫,又有多家地勘單位先后介入,前后施工鉆孔16個(gè),均未達(dá)到設(shè)計(jì)深度,其中施工最深的一個(gè)鉆孔是172 m。沒有鉆至設(shè)計(jì)深度的主要原因就是地層破碎,漏水嚴(yán)重。

3 施工概況

3.1 施工設(shè)備的選擇

本次鉆探施工我方使用了先進(jìn)的阿特拉斯CS -14型液壓動(dòng)力頭鉆機(jī),進(jìn)口“75 mm繩索取心鉆具,國產(chǎn)BW150型變量泥漿泵,15 kW發(fā)電機(jī)組,稀釋處理劑容器一組。

3.2 施工概況

2008年6月20日,開始施工,開孔孔徑為“91 mm,7月2日,施工至90 m進(jìn)入基巖后,下入套管,換用“75 mm鉆具施工,此時(shí)鉆孔開始漏水。使用粘土球、水泥砂漿等材料堵漏,效果很差。7月13日,施工至117 m,在堵漏過程中發(fā)生卡鉆事故,經(jīng)處理無效,報(bào)廢鉆孔117 m,報(bào)廢鉆具1根(3 m）,準(zhǔn)備移孔后重新開孔鉆進(jìn)。2008年7月20日,移孔后新鉆孔開鉆,7月30日施工至90 m進(jìn)入基巖,換徑后鉆孔又開始漏水。此時(shí)依然采用傳統(tǒng)的堵漏材料和堵漏方法,效果很差。8月15日,經(jīng)過不斷摸索,在施工到108 m時(shí),使用了聚丙烯酰胺+切削膏進(jìn)行堵漏,效果非常好,直至終孔未出現(xiàn)大的漏失現(xiàn)象。

4 堵漏材料的選擇及應(yīng)用效果

4.1 堵漏材料的選擇

在我們以前的鉆探工程施工中,鉆遇漏失地層時(shí)多采用傳統(tǒng)的堵漏材料和堵漏方法,即使用粘土球、水泥球、快干水泥、801堵漏劑加木屑等材料堵漏,或者使用水泥砂漿將鉆孔封閉待砂漿有一定強(qiáng)度后重新鉆進(jìn)。這些堵漏方法在有些地層中適用,效果也很好,但是在施工孔徑≯75 mm的繩索取心鉆孔,且鉆孔漏失地段很長,甚至全孔漏失,效果往往極差。遇到這種鉆孔時(shí),如果水源供應(yīng)充足,地層穩(wěn)定,一般可以頂漏鉆進(jìn);如果施工用水緊缺,就應(yīng)該考慮使用其他施工工藝,比如泡沫鉆進(jìn),但施工成本高,施工工藝復(fù)雜。

我們?cè)谠摰V區(qū)施工時(shí),前期使用的也是傳統(tǒng)的堵漏方法,效果很差,施工效率低,施工成本高。在堵漏的過程中,我們?cè)褂闷綍r(shí)做潤滑材料的聚丙烯酰胺+粘土作為堵漏材料,效果較好,但是由于我們使用的是繩索取心鉆進(jìn)工藝,對(duì)沖洗液的性能要求很高,故考慮只使用聚丙烯酰胺。但是如果只使用聚丙烯酰胺堵漏,施工成本又比較高,同時(shí)在地層的裂隙中,聚丙烯酰胺不易附著在巖層上,于是我們考慮再加入日常施工中用到的切削膏(一種油脂）,經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),終于確定了用聚丙烯酰胺+切削膏進(jìn)行堵漏的施工方案。實(shí)踐證明,使用該種方法堵漏效果好,施工效率高,施工成本低。

4.2 堵漏材料配方的確定

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),反復(fù)比較,最終確定了堵漏材料的施工配方:1 m3清水+500 g聚丙烯酰胺+500 g切削膏。

經(jīng)充分溶解,攪拌均勻后灌入鉆孔內(nèi)。灌注方法見圖1。

4.3 施工方法

圖1 潤滑液灌注方法示意圖

在施工中經(jīng)過不斷的總結(jié)和摸索,成功采用了黃油護(hù)壁、孔口潤滑、孔底冷卻的鉆進(jìn)新工藝,取得了比較好的施工效果。具體施工方法如下:每次下鉆時(shí),在鉆具表面涂抹一層黃油,鉆進(jìn)過程中從孔口注入配制好的聚丙烯酰胺和切削膏溶液。黃油、聚丙烯酰胺、切削膏在鉆進(jìn)中被回轉(zhuǎn)的鉆具甩在孔壁上形成一層孔壁保護(hù)膜,既提高了鉆孔孔壁的穩(wěn)定性,又減小了鉆具與孔壁的摩擦。另外鉆具上涂抹的黃油,吸附部分巖粉,利于孔內(nèi)清潔,減少了孔內(nèi)巖屑的重復(fù)破碎,從而提高了施工效率。同時(shí)小泵量注入沖洗液,以冷卻鉆頭,排除巖粉,降低用水量。利用上述方法,實(shí)踐證明效果良好,順利完成了施工任務(wù)(施工孔深510 m）,得到了甲方的稱贊。

4.4 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇

4.4.1 鉆壓

在漏水地層,一般巖石比較破碎,孔壁穩(wěn)定性差,所以不能對(duì)孔壁產(chǎn)生較大擾動(dòng)。如果使用大鉆壓,會(huì)增加鉆桿的彎曲度,加劇對(duì)鉆孔孔壁的擾動(dòng),故施工本鉆孔時(shí)鉆壓不宜過大,以20 kN為宜。

4.4.2 轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速控制在250～350 r/min之間,過快的轉(zhuǎn)速容易使鉆具產(chǎn)生振動(dòng)和擺動(dòng),影響孔壁的穩(wěn)定。

4.4.3 泵量

根據(jù)本礦區(qū)使用的設(shè)備及地層情況,泵量一般控制在35～50 L/min之間。事實(shí)證明,該泵量完全滿足了孔底排渣、鉆頭冷卻的需要,同時(shí)又減少了沖洗液的漏失。

4.5 使用效果的比較

4.5.1 沖洗液性能的比較

使用傳統(tǒng)方法堵漏,沖洗液中固相含量高(> 4%）,粘度大(>23 s）,孔壁上的泥皮厚,易出現(xiàn)吸附現(xiàn)象。

使用聚丙烯酰胺+切削膏堵漏后,沖洗液中的固相顆粒僅有鉆渣,無其他顆粒。同時(shí)由于聚丙烯酰胺具有沉淀鉆渣的作用,故沖洗液中固相含量ν4%,粘度小(在16～17 s之間）,孔壁上的泥皮薄且致密,護(hù)壁效果好。

4.5.2 配制成本的比較

使用傳統(tǒng)方法堵漏,每鉆進(jìn)2～3 m,需投粘土球堵漏一次,粘土球使用纖維素+膨潤土粉團(tuán)制而成,每次投粘土球需要膨潤土一袋(20 kg）,纖維素1 kg。按照膨潤土0145元/kg、纖維素5.0元/kg計(jì)算,每投一次粘土球需花費(fèi)直接材料費(fèi)1410元,按每鉆進(jìn)3 m堵漏一次計(jì)算,每米堵漏費(fèi)用為4167元。如果使用水泥球或801堵漏劑堵漏,則費(fèi)用更高。

而使用聚丙烯酰胺+切削膏堵漏,直接材料費(fèi)計(jì)算如下:

聚丙烯酰胺單價(jià)為15.0元/kg,切削膏單價(jià)為9.0元/kg。從108 m開始使用該種方法堵漏,至510 m終孔,施工孔深402 m,共使用聚丙烯酰胺40 kg,切削膏30 kg,合計(jì)材料費(fèi)用為40×15.0+30× 9.0=870.0元,每米堵漏費(fèi)用為2.16元,僅為投粘土球費(fèi)用的一半。

如果將鉆具磨損、施工效率的間接成本算上,則節(jié)省費(fèi)用非?？捎^。

4.5.3 施工效率的比較

7月30日施工至90 m地層開始出現(xiàn)漏失,使用傳統(tǒng)方法堵漏,到8月15日施工至108 m,16天共進(jìn)尺18 m,日進(jìn)尺1.125 m。使用聚丙烯酰胺堵漏后,到10月5日終孔(終孔孔深為510 m）,51天共進(jìn)尺402 m,期間有22天處理斷鉆桿事故,日進(jìn)尺7.88 m;如果除去處理事故時(shí)間,則日進(jìn)尺為13.86 m。由此可見,使用酰胺堵漏后施工效率大大提高。4.5.4 堵漏效果的比較

使用傳統(tǒng)方法堵漏,必須將鉆具全部提出鉆孔方可進(jìn)行,而且只可堵住上部鉆孔的裂隙,如果向下鉆進(jìn),則會(huì)出現(xiàn)新的裂隙,還會(huì)繼續(xù)漏失,故堵漏工作在每施工2～3 m后會(huì)重復(fù)一次。堵漏效果極差,職工的勞動(dòng)強(qiáng)度大,施工效率低,施工成本高。

使用聚丙烯酰胺+切削膏堵漏,是將堵漏材料加在沖洗液中,一邊鉆進(jìn)一邊堵漏,即隨鉆堵漏,隨時(shí)能將新出現(xiàn)的裂隙堵住,這樣大大降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了施工效率,同時(shí)又減少了鉆具的磨損,凈化了沖洗液。

5 施工時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)事項(xiàng)

(1）下鉆前準(zhǔn)備:在孔口管上口安裝一個(gè)特制漏斗,便于潤滑液的注入;施工時(shí)要選用大水口鉆頭;使用水解后的聚丙稀酰胺和稀釋后的切削膏溶液提前配制好堵漏材料,并準(zhǔn)備好涂抹鉆桿用的黃油。

(2）下鉆時(shí)要在鉆桿、鉆具的表面涂抹一層黃油,涂抹時(shí)要從下夾持器的下部開始,邊下邊涂;下鉆要平穩(wěn),鉆具下降速度不能過快,下鉆時(shí)不能裝內(nèi)管。

(3）在下鉆至距孔底1 m時(shí),開泵向孔內(nèi)送沖洗液,沖孔約5 min,待孔底沒有殘留巖粉后,投放內(nèi)管,開泵緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具,并逐漸提高轉(zhuǎn)速;正常鉆進(jìn)過程中,每間隔5～10 min,從孔口注入5～10 L聚丙烯酰胺和切削膏溶液。當(dāng)泵壓快速升高時(shí),要馬上停鉆并上提鉆具,待將孔內(nèi)情況弄清后,再進(jìn)行下步工作。

(4）準(zhǔn)備提鉆時(shí),首先從孔口注入適量的清水,以防孔內(nèi)形成真空抽吸現(xiàn)象;提升速度不宜過快,并盡可能地減少對(duì)孔壁的干擾;起鉆以后,要及時(shí)清除鉆具表面殘留的黃油及粘附的巖粉,并重新涂抹黃油,以備下次再用。

6 結(jié)語

山西古交礦區(qū)地層破碎,漏失嚴(yán)重,堵漏一直是在此地施工的鉆探人員所面臨的最大問題,聚丙烯酰胺+切削膏堵漏方法有效解決了這一問題。

聚丙烯酰胺、切削膏是日常使用的普通的潤滑劑和沖洗液添加劑,在本礦區(qū)的主要用途是堵漏,但同時(shí)還用于孔內(nèi)潤滑和凈化沖洗液,一舉數(shù)得。

聚丙烯酰胺+切削膏堵漏法經(jīng)濟(jì)實(shí)用,成本低,易配制。施工效率高,堵漏效果好,同時(shí)聚丙烯酰胺無毒無害,對(duì)一般地層沒有傷害,是良好的環(huán)保材料。

[1] 王樹光.用聚丙烯酰胺泥漿鉆進(jìn)砂卵礫石層[J].探礦工程, 1983,(5）.

[2] 胡文華.聚丙烯酰胺低固相泥漿在復(fù)雜地層的護(hù)孔效果[J].探礦工程,1983,(5）.

[3] 王竹賢.磺化聚丙烯酰胺泥漿的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用[J].探礦工程, 1982,(6）.

[4] 李世長.聚丙烯酰胺泥漿在砂卵礫石層鉆進(jìn)中的應(yīng)用[J].探礦工程,1982,(5）.

[5] 張春光,等.聚丙烯酰胺泥漿的成分和性能的研究[M].北京:地質(zhì)出版社,1980.

Engineering Application of C irculation Material with Polyacrylam ide and Cutting Grease

LIU Jian-ping,CHEN Hong-jun(Water Team,Coalfield GeologyBureau of Guizhou Province,Anshun Guizhou 561000,China）

Traditional clay ball,cement ball,rapid hardening cement and lost circulation additive with sawdustwere inef-fective for drilling construction in a mine of shanxi,while polyacrylamide and cutting grease brought high efficiency with good sealing effect and low cost,which could reduce the drilling toolwearing,precipitate the drillingwaste and purify the washing fluid.The paper briefly introduced the sealingmethod and the application result.

polyacrylamide;cutting grease;loss zone;leaking stoppage;lubrication

A

:1672-7428(2010）05-0031-03

2009-12-18

劉建平(1965-）,男(漢族）,廣東普寧人,貴州省煤田地質(zhì)局水源隊(duì)副隊(duì)長、工程師,鉆探工程專業(yè),從事鉆探技術(shù)及管理工作,貴州省安順市開發(fā)區(qū)西王山地勘院,gzsmtdzsyd@vip.163.com。