前郭縣深井子油頁巖礦區(qū)松散層鉆進(jìn)護(hù)壁堵漏技術(shù)

趙生慶，李錄波，盧 彬，賀紅磊

(1.吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所，吉林長春 130012;2.吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林長春 130061)

前郭縣深井子油頁巖礦區(qū)松散層鉆進(jìn)護(hù)壁堵漏技術(shù)

趙生慶1，李錄波1，盧 彬2，賀紅磊2

(1.吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所，吉林長春 130012;2.吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林長春 130061)

針對前郭縣深井子油頁巖礦區(qū)個(gè)別鉆孔松散層易坍塌、漏失的問題，及時(shí)采取措施，配制膠結(jié)性和抑制性能更好的以PVA為主的沖洗液體系，起到了很好的防塌護(hù)壁效果，同時(shí)利用鋸末、花生皮等經(jīng)濟(jì)實(shí)用的惰性材料進(jìn)行堵漏，降低了孔內(nèi)事故率、降低了鉆進(jìn)成本、提高了臺月效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

松散層;護(hù)壁;堵漏;裸孔鉆進(jìn);PVA;SD－2

1 概述

前郭縣深井子油頁巖礦區(qū)位于吉林省前郭縣境內(nèi)，屬松嫩平原，地勢平坦。2010年礦區(qū)鉆探總工作量為4萬延米，鉆孔最深設(shè)計(jì)深度為980 m，全部鉆孔設(shè)計(jì)為垂直孔。礦區(qū)地層主要以亞粘土、砂土、細(xì)砂、砂礫石、泥巖、頁巖、油頁巖為主，其中松散層平均厚度＞100 m，屬巨厚松散層，易發(fā)生塌孔事故，個(gè)別鉆孔漏失嚴(yán)重，如施工不當(dāng)，容易造成嚴(yán)重的孔內(nèi)事故。針對此類松散地層，部分施工隊(duì)伍采用套管隔離技術(shù)，而我們和大部分鉆探隊(duì)采用硬質(zhì)合金裸孔鉆進(jìn)技術(shù)。

2 鉆探施工中存在的問題

為避免在巨厚松散層中起拔套管困難，甚至起拔套管失敗而丟棄套管的現(xiàn)象發(fā)生，加之以往在附近油頁巖礦區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，我們采用了硬質(zhì)合金裸孔鉆進(jìn)技術(shù)，把工作重點(diǎn)放在沖洗液護(hù)壁上，只要加強(qiáng)沖洗液管理，完全可在孔壁惡化前結(jié)束鉆孔。在施工鉆進(jìn)松散層中，我們使用以往的沖洗液配方:鈣級膨潤土25%+Na2CO30.15%+水解度為30%的PHP 0.1%+Na－CMC 0.25%;其性能指標(biāo):密度1.12～1.14 kg/L，粘度 25～30 s，失水量 15～20 mL/30 min，pH值8～8.5。大多數(shù)鉆孔采用此沖洗液順利穿過松散層，孔壁非常穩(wěn)定，但在長龍鄉(xiāng)施工的幾個(gè)鉆孔由于漏失嚴(yán)重，孔內(nèi)形成負(fù)壓引起松散層孔壁失穩(wěn)，易導(dǎo)致塌孔、埋鉆等孔內(nèi)事故。在施工長龍鄉(xiāng)ZK3381鉆孔時(shí)，當(dāng)鉆穿上部松散層后沖洗液全部漏失，重新配制沖洗液，增加其粘度并加入鋸末、衛(wèi)生紙等惰性材料，在用完8 m3沖洗液后，井口開始反出部分沖洗液，頂漏鉆進(jìn)1個(gè)回次消耗2 m3沖洗液，此后該孔多次發(fā)生漏失，并引起孔壁輕微坍塌，發(fā)生埋鉆事故，影響了施工效率，增加了鉆進(jìn)成本。其他施工隊(duì)伍在該區(qū)域鉆探施工也存在地層漏失嚴(yán)重、松散層過厚、孔壁易發(fā)生坍塌的問題。

3 采取的護(hù)壁堵漏措施

3.1 地層分析

以長龍鄉(xiāng)ZK3381孔為例，0～4.60 m為黃色亞砂土，含砂40%，粘土60%;4.60～22.54 m為黃色細(xì)砂，含砂95%，約有5%粘土，底部少見褐色、黃褐色砂礫石;22.54～112.96 m為灰白色砂礫石，砂以粗砂為主，少部分細(xì)砂及粉砂，成分多為石英，少部分長石，礫石為灰白或淺黃白色，成分為石英及玉髓質(zhì)，呈次棱角狀和混圓狀;其中95.00～112.96 m礫石大小多為2～3 mm，少部分可達(dá)1 cm左右，底部礫石大小為1～1.5 cm，含量共占20%，有部分1 cm×3 cm大小的次棱角狀礫石，夾有部分軟泥層;112.96～119.74 m為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、中厚層構(gòu)造，巖石裂隙面上和層面上有褐色水銹膜，巖石破碎。當(dāng)鉆進(jìn)至此層底部時(shí)，沖洗液全部漏失，孔內(nèi)形成負(fù)壓導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)，此孔艱難施工至終孔，浪費(fèi)了大量的沖洗液材料，孔內(nèi)事故率增加，施工成本增加。為解決此問題，我們組織技術(shù)人員提出新的技術(shù)措施，在施工長龍鄉(xiāng)其它幾個(gè)類似地層的鉆孔時(shí)，采用膠結(jié)性防塌和抑制性護(hù)壁性能更好的沖洗液。

3.2 沖洗液配方及性能參數(shù)

根據(jù)實(shí)際情況，在施工 ZK3381、ZK3375和ZK1775三個(gè)鉆孔時(shí)，我們采用了江西省萍鄉(xiāng)市光輝鉆井助劑材料廠生產(chǎn)的鉆井液處理劑，其沖洗液配方為:清水+膨潤土+Na2CO3+多效天然植物膠SD－2+KP共聚物+CMC+PHP+PVA。

性能參數(shù)為:粘度28～30 s，密度1.08～1.10 kg/L，失水量10～15 mL/30 min，pH 值8～9。

3.3 沖洗液配制注意事項(xiàng)

按照“嚴(yán)格計(jì)量、分別溶解、依次加入、性能調(diào)解、充分?jǐn)嚢琛钡你@井液配制工藝進(jìn)行操作。將PHP、CMC、PVA、SD－2 提前按比例預(yù)溶解浸泡，天然植物膠應(yīng)采用6 h以上的預(yù)泡措施，PHP和CMC預(yù)溶解比例分別控制在1%和2%，PVA粉需提前24 h以上用50～60℃熱水進(jìn)行溶解，溶解比例不易超過5%，往基漿中添加聚合物時(shí)應(yīng)按分子量從小到大的順序添加，調(diào)整好鉆井液的各項(xiàng)性能參數(shù)。

3.4 沖洗液護(hù)壁堵漏機(jī)理

此沖洗液配方中的聚合物具有很好的環(huán)境相溶性，穩(wěn)定井壁的效果好，尤其是PVA的性能很穩(wěn)定，不受外界環(huán)境、pH值等的影響。PVA是一種分子量分布較寬的高分子聚合物，PVA分子在巖土顆粒上有很快的吸附成膜性和對巖土顆粒具有很強(qiáng)的膠結(jié)性，每個(gè)分子都有許多鏈節(jié)與巖石表面吸附，膠結(jié)松散巖層，PVA分子優(yōu)先在粘土表面取代部份水分子形成一個(gè)疏水的膜，阻止了松散層的結(jié)構(gòu)水層的形成，從而起到抑制作用。天然植物膠分子親水性弱，而與孔壁的吸附性強(qiáng)，能很快形成吸附網(wǎng)，從而起到很好的護(hù)壁性能。

鉆孔發(fā)生漏失時(shí)，增加沖洗液中SD－2和PVA的加量，加入鋸末、花生皮等經(jīng)濟(jì)實(shí)用的惰性材料，同時(shí)往泥漿循環(huán)槽里均勻地撒入PVA粉末，聚乙烯醇鉆井液可以懸浮鋸末和花生皮等惰性材料，連同未溶解好的魚眼狀PVA絮狀物一起被壓入裂隙，從而封堵漏失通道。

4 施工效果

在長龍鄉(xiāng)施工的幾個(gè)此類松散地層鉆孔中，此沖洗液配方起到了很好的護(hù)壁堵漏效果，節(jié)省了大量的沖洗液材料，降低了施工成本，比較ZK3381孔及前期施工的鉆孔，其沖洗液材料成本節(jié)省50%以上，由于孔壁維護(hù)穩(wěn)定，減少了孔內(nèi)事故率，臺月效率提高20%以上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益(見表1)。

表1 2010年長龍鄉(xiāng)區(qū)域鉆孔施工效果統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

(1)沒有萬能的沖洗液，即使在同一礦區(qū)，也要根據(jù)個(gè)別鉆孔地層變化的具體情況，深入分析，采用更有效的沖洗液。

(2)以PVA為主的沖洗液配方具有良好的膠結(jié)性防塌和抑制性護(hù)壁性能，適合該礦區(qū)長龍鄉(xiāng)此類巨厚松散層的鉆探施工。

(3)鉆孔堵漏的材料有很多種，就地取材，利用機(jī)臺或當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的材料，首選簡單經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)行堵漏，可有效地降低成本、提高效率。

［1］劉廣志.金剛石鉆探手冊［M］.北京:地質(zhì)出版社，1991.

［2］楊樹偉，李國志.科右中旗查干楚魯?shù)V區(qū)鉆探施工中護(hù)壁堵漏的幾點(diǎn)體會［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(7).

［3］張紅紅，徐會文，馮哲.聚合物鉆井液防塌機(jī)理的試驗(yàn)研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(1).

［4］巫相輝，董光明.鉆井液配制技術(shù)及應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(5).

［5］趙生慶，盧彬，李錄波，等.松原油頁巖地層硬質(zhì)合金裸孔鉆進(jìn)技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(10).

Wall Protection and Leakage Stoppage for Loose Formation Drilling in Shenjingzi Oil Shale Mining Area

ZHAO Sheng-qing1，LI Lu-bo1，LU Bin2，HE Hong-lei2(1.Hydrogeology Investigation Institute of Jilin Province，Changchun Jilin 130012，China;2.Jilin Investigation and Design Institute of Geology and Minerals，Changchun Jilin 130061，China)

According to the collapsing and leakage in some individual borehole of Shengjingzi oil shale mining area in Jilin，taking PVA as main material，the flush fluid was prepared with better cementation and inhibition properties for collapsing prevention and wall protection.Economical and practical inert materials such as sawdust and peanut shell were used for leakage stoppage to lower the accident rate and drilling cost as well as improving the drilling efficiency.

loose formation;wall protection;leakage stoppage;open hole drilling;PVA;SD－2

P634.6

A

1672－7428(2011)10－0013－02

2011－03－10;

2011－04－10

趙生慶(1984－)，男(漢族)，吉林長春人，吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所助理工程師，工程預(yù)算與管理專業(yè)，從事鉆探與土建工程工作，吉林省長春市朝陽區(qū)樺甸街777號，winterrain999@163.com。