煤田鉆孔泥漿的應(yīng)用與堵漏

閆 信

長春市煤田地質(zhì)勘探隊，吉林 長春130000

在煤田鉆孔勘探中，由于沉積地層厚，松散、松軟的地層多，且破碎、裂隙、膨脹、縮徑、坍塌、掉塊經(jīng)常出現(xiàn)。為保障鉆探進度，維護鉆孔孔壁的完整，泥漿的使用是保障正常鉆進的重要條件，泥漿被煤田鉆探工作者稱之為鉆探工作的血液。泥漿是勞動者在采用鉆探手段來探明和開發(fā)地下資源的時候，逐步認識而使用，而后在煤田地質(zhì)鉆探中廣為應(yīng)用。地質(zhì)工作者從地質(zhì)目的和經(jīng)濟效益出發(fā)，因地制宜、就地取材，合理的使用泥漿，各地勘探部門都積累了豐富的經(jīng)驗。

隨著科技的進步，勘探事業(yè)的迅速發(fā)展，鉆進不斷向著優(yōu)質(zhì)快速的方向發(fā)展，因此對泥漿各種性能的要求也不斷提高。在廣大科技工作者和一線工人的努力和探索中，一批批新型泥漿不斷涌現(xiàn)，對各類不同的地層采用不同的泥漿，在鉆進的質(zhì)量和進度上都起到了很大的作用。如鹽水泥漿、低固相泥漿、鈣處理泥漿和一些化學(xué)泥漿等都被廣泛應(yīng)用，一些有機處理劑和無機處理劑、高分子化合物、表面活性劑等化學(xué)試劑都在調(diào)節(jié)泥漿的性能而被有效的利用，在鉆探生產(chǎn)中起到了很大的作用。鉆探生產(chǎn)對泥漿的選用主要對所鉆地層的巖石結(jié)構(gòu)性質(zhì)所采用的特點有別，無論采用什么材料，加入什么樣的處理劑，配制的泥漿達不到效果，而盲目施工就會使效率低下，鉆孔質(zhì)量差、事故率高。

煤田鉆孔相對孔徑大，所鉆地層軟的多硬的少，地區(qū)的層理、節(jié)理都較發(fā)育，沉積地層厚，地質(zhì)構(gòu)造頻繁、斷層多、風(fēng)化程度高，水敏感性強，所以極不穩(wěn)定。雖然廣大勘探工作者對泥漿的使用有所認識，深知其利弊，但也有忙于進度，忽略泥漿的污染和性能的改變，在使用的過程中對泥漿的變化重視不夠，對各項指標(biāo)的調(diào)節(jié)不合格、不到位，導(dǎo)致漏水、涌水、坍塌、掉塊、泥包鉆頭，巖粉排不出或沉淀不好等很多問題，甚至造成埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內(nèi)事故，欲速則不達，這樣即影響效率又增加成本。

煤田鉆孔在復(fù)雜的地層施工，泥漿應(yīng)用的再好還不夠，還會經(jīng)常遇到大面積坍塌地層，較大的裂隙帶、破碎帶、老窟、沉沒等造成泥漿大量流失，無法正常鉆進或大肚孔，極易折鉆，打撈困難。遇到這些地層單純的依靠泥漿是很難解決的，這就給我們提出了新的難題，堵漏就成了必要的措施和手段。在長期的生產(chǎn)實踐中，堵漏的方法很多，但有的堵完經(jīng)過一段時間工作又會再漏，有的辦法成本又太高，目前采用的堵漏方法主要有泥漿、水泥、化學(xué)漿液、惰性材料、下套管等，但無論哪種方法都各有利弊。經(jīng)過我隊的多年實踐，在鉆煤田鉆孔中由于孔徑大，用水泥漿堵漏是最理想的方法。

1 泥漿

泥漿在煤田鉆孔中的應(yīng)用，首先應(yīng)抓住煤田地層的特點，要牢牢把握鉆探技術(shù)的主要對象，也就是我們所鉆的巖層，做為我們選用泥漿的基礎(chǔ)工作，對本勘探區(qū)的典型鉆孔巖石的物理和化學(xué)性質(zhì)、巖石的類型、風(fēng)化程度、節(jié)理、膠結(jié)物、地下水等情況進行調(diào)查、了解、分析，有條件可以對巖石進行膠結(jié)物、風(fēng)化程度、粒度進行測定，從根本上了解巖石及地下水對泥漿的影響程度，有鉆對性的選擇泥漿及處理劑達到我們的目的。

1.1 泥漿粘土的選擇

粘土是配制普通泥漿的主要材料，所以對它的選擇、鑒定非常的重要，粘土的質(zhì)量直接影響泥漿的性能，它的質(zhì)量好壞對各種泥漿化學(xué)處理劑的影響作用是非常大的，按照我國粘土的質(zhì)量標(biāo)準分為四個等級：甲級膨潤土；乙級膨潤土；丙級膨潤土；丁級紅黃土。粘土的好壞對配制泥漿的造漿率、化學(xué)處理劑和添加劑的作用有著直接的影響，因此必須選擇合適的粘土。為了更好使用泥漿穿透所鉆巖層，首先要選好造漿用粘土，在采購中我們應(yīng)選擇甲級膨潤土，它顆粒小具有高度可塑性。膨潤土是以蒙脫石為主要成分的粘土礦物，是一種含水的鋁硅酸鹽，這種粘土在水中的分散度在通過加入堿后能大大的提高。由于我們在野外產(chǎn)生、配制泥漿對粘土的鑒定用肉眼是很難識別的，除了廠商提供的指標(biāo)我們只能看一看目數(shù)、色澤，所以在臨制漿之前我們最好做一些簡單的實驗，把粘土合成團或條狀，然后用刀切開，仔細觀察切面的光滑程度，用手摸感覺到很細膩，然后放到一邊干燥，干燥后的土塊應(yīng)較硬，含砂量和雜質(zhì)少，這時就可以選用了。只有正確的選擇好粘土才能配制出優(yōu)質(zhì)的泥漿，實現(xiàn)具有低失水、相對密度輕、切力好、潤滑性好、抵制泥化強且泥皮薄而韌的泥漿，從而對的攜帶、沉淀巖粉、鉆頭的清洗、鉆具的潤滑都起到作用，能很好的保護鉆孔提高鉆進效率和孔內(nèi)的安全。

1.2 泥漿配制方法

泥漿在煤田鉆孔勘探中要按照標(biāo)準的操作規(guī)程配制，在調(diào)制后要根據(jù)不同的勘探區(qū)、不同的地層進行多個項目、指標(biāo)的測定，如相對密度、粘度、失水量、靜切力、膠體率等，可是在野外施工中條件有限，各機組只能根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)制，集中施工可設(shè)泥漿站，采用試驗室配方比例調(diào)制。調(diào)制方法主要有機械方法和化學(xué)方法兩種形式，利用機械可以讓泥漿和各種添加劑充分攪拌均勻，提高粘土的分散程度，讓藥物充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。用化學(xué)方法處理，使其泥漿在原有基礎(chǔ)上的成分進行反應(yīng)，改變粘土顆粒的表面性質(zhì)和狀態(tài)，改變水的性質(zhì)從而獲得我們需要的指數(shù)，達到所要求。

在野外配制泥漿選土工作做好之后，首先要搞好抓好“水土比”，即粘土加水，在制漿前對粘土進行予水化處理。實踐證明予水化的粘土制漿液和不予水化的粘土制漿液是完全不一樣的，予水化的粘土失水較少，粘土顆粒分散均勻，水化的越好、水化膜厚，散游的自由水就越少，抗污染和稠化能力強，正常情況下優(yōu)質(zhì)的膨潤土做予化水處理50～70 h 為宜。我們野外配制中應(yīng)按水土比和加堿值的順序進行（土+水+堿），利用現(xiàn)場的機械進行充分攪拌，用簡單的方法測試一下粘度、pH 值、相對密度，達到符合該施工區(qū)鉆孔地層對泥漿指標(biāo)的需求。

1.3 泥漿性能的調(diào)整

泥漿在施工過程中，隨著孔深的變化、巖層的變化、水文等因素的影響，泥漿的性能也在變化，所鉆巖層的污染也直接導(dǎo)致泥漿性能指標(biāo)的改變，這樣就會影響鉆進的效率，使我們的施工不能順利進行，特別是煤田鉆孔，由于節(jié)理發(fā)育、沖積地層厚、自然造漿嚴重、破碎風(fēng)化地層多等因素影響，所以在這樣復(fù)雜的地層中施工，不論配制的泥漿穩(wěn)定性有多么好也避免不子污染變質(zhì)，也就是說煤田鉆孔對泥漿的質(zhì)量及性能和流變性的高要求是客觀存在的，在鉆進這些高變化的地層時必須要經(jīng)常對泥漿進行檢查、及時調(diào)整，才能保障我們的施工能順利進行。

在正常情況下，我們對泥漿的調(diào)整多采用機械法清除泥沙，用物理法改變固相比，用化學(xué)處理劑改變泥漿的其它性能和泥漿內(nèi)在性質(zhì)。為子節(jié)約開支、降低成本、配制方便，在化學(xué)處理劑的選擇中要秉承加量少、價格低、配制方便、容易掌握的原則。對配方要根據(jù)地層和泥漿的條件，通過實驗后再實施。這樣調(diào)整既能防止坍塌掉塊、保護孔壁、滿足鉆進效率和巖煤巖的質(zhì)量，使較長時間的停鉆泥皮不脫落，達到調(diào)整的效果，又能使?jié){液達到流動時“稀”，不流動時粘的流變性質(zhì)，保障鉆進的順利施工。

1.3.1 粘土的調(diào)整

對于泥漿的粘度和切力應(yīng)保持施工鉆孔需要的最低限度為宜。泥漿的粘度與固相的濃度的相關(guān)聯(lián)，控制固相含量非常重要，加水或稀泥漿來降低粘土顆粒的濃度，這是在野外施工中最簡單的降粘方法，但這種方法必須是少量、多次的進行，如加量過大、過急，特別是加水稀釋會增加泥漿失水量，對鉆孔極其不利，會造成泥皮脫落，給孔內(nèi)造成事故，最好不采用直接對水稀釋來降粘的方法。煤田鉆孔較突出的問題造漿，所以說粘度調(diào)整應(yīng)逐漸加入稀泥漿使固相降低，只有使用這種方法降粘才會達到我們的目的。

另外用化學(xué)處理劑來沉淀和清除泥漿中的高價陽離子也可起到降粘作用，但加入量必須嚴格控制，否則會適得其反。目前市場的化學(xué)處理劑品種很多，如單寧堿劑、鐵洛鹽、煤堿劑等效果都很好。雖說煤田鉆孔造漿地層多，但也會經(jīng)常遇到泥漿變稀的地層，這樣又要增加泥漿的粘度，調(diào)整的方法有：增加粘土量或適量加入堿來提高粘土的顆粒分散度、提高粘度，另外可以加入化學(xué)處理劑或野生植物膠，都可提高粘度。

1.3.2 失水量的調(diào)整

煤田鉆孔施工中，由于地層復(fù)雜的影響，泥漿變稀、失水量增加是經(jīng)常發(fā)生的，這樣對失水量的調(diào)整更為重要，降低失水量的調(diào)整方法主要是通過提高泥漿中顆粒的濃度和水化程度來提高泥皮的致密性，保證泥漿中粘土的含量使膠質(zhì)粒子濃度穩(wěn)定，提高粘土的分散度。常用的方法是加入堿來改變粘土顆粒表面性質(zhì)來穩(wěn)定泥漿的失水量或加入化學(xué)藥品及高分子降失水劑來降低失水量，如煤堿劑、鉻制劑、硝基腐酸、NaCMC 野生植物膠、KP共聚物等，都能有效控制失水量。

1.3.3 流變性

調(diào)整泥漿的流變性，在煤田鉆孔中常常要求泥漿具有良好的流變性質(zhì)，對于鉆進過程中，流動時“稀”靜止時“粘”，這樣的泥漿既能保障良好的流動性，即排粉好、剪切速率佳，又能在因故停鉆、鉆孔測井等長時間停鉆時保護孔壁完整，在較軟的地層中鉆進解決泥漿性能的變化，流變性較好的泥漿應(yīng)為化學(xué)泥漿，即高聚物優(yōu)質(zhì)泥漿。這樣的泥漿能控制固相含量、失水少、相對密度輕、鉆進阻力小。為保持泥漿的穩(wěn)定，對循環(huán)泥漿采用機械除砂等都會收到良好的效果。

2 堵漏

在實際工作中，我們會遇到大斷層、破碎帶、大裂隙、溶洞、老窟等，使泥漿流失或涌水被迫停鉆，用調(diào)整泥漿的方法無法完成，必須人為的進行堵漏。在煤田鉆孔中，用水泥堵漏無疑是最佳選擇，也是最經(jīng)濟、效果最好的選擇。它具有成本低、材料來源廣、操作簡單的特點，特別是近些年來，隨著新品種水泥的生產(chǎn)，各種水泥化學(xué)附加劑的增加，為我們合理的利用創(chuàng)造了良好的條件，可供使用的普通硅酸鹽水泥、油井水泥、快硬硅酸鹽水泥、膨脹水泥、礬土水泥和各種水泥速凝劑、速凝早強劑、緩凝劑等各類附加劑。當(dāng)然，鉆孔的堵漏方法很多種，比如泥漿、惰性材料、水泥、化學(xué)漿液、套管等都可以，但要根據(jù)當(dāng)時實際情況、條件等具體情況而定。

在煤田鉆孔的堵漏工作中，用水泥堵漏是最有效、最經(jīng)濟、最易操作的好辦法，根據(jù)我們多年的經(jīng)驗，下列幾種堵漏方法收到了很好的效果：

（1）遇到裂隙漏孔，我們依據(jù)孔徑及深度，計算好水泥的用量，在水泥漿中，按水泥重量加入3%～4%的食鹽，將水泥攪拌成粥狀，用泥漿泵注入漏處，大約30 多個小時后即可凝固，待水泥凝固后下鉆取芯，這樣水泥芯取出后就能堵住漏點繼續(xù)鉆進了。

（2）對風(fēng)化、坍塌地層，使用膨脹硅酸鹽水泥，加入適量的速凝早強劑。加入速凝早強劑要依據(jù)鉆孔的深度、上下鉆及攪拌的時間來確定加入量。將水泥漿攪拌均勻，用泥漿泵送到漏處，按水泥的凝固時間來確定繼續(xù)鉆進的時間。

（3）施工中會碰到坍塌后的大肚孔，造成鉆具經(jīng)常折斷，不容易碰頭或者小洞、老窟也需要進行封堵。這種情況下，我們采用鉆具將一定量的細漆包線或者多塊細絲網(wǎng)分散投入在需要堵的部位，然后灌入普通水泥沙漿或快硬硅酸鹽水泥沙漿，根據(jù)需要加入附加劑也會收到更好的效果。水泥沙漿比例為1：1，但沙子要經(jīng)過細篩后才能使用，避免在泥漿泵工作中造成泵損傷或無法送入孔底。大家知道水泥在加水后，水泥漿中的水與水泥顆粒相互接觸，從溶解期到膠化期到結(jié)晶期，影響水泥凝結(jié)硬化速度的因素很多，所以我們在水泥的選擇上也必須注意，最好用夠標(biāo)號、新鮮的為好，由于水泥的凝固受溫度和添加劑的影響，以及時間的影響，在灌注時各項因素必須考慮周全，采取必要的措施才能更好的做好堵漏工作收到奇效。

綜上所述，都是我們在多年的工作實踐當(dāng)中，遇到的問題和解決問題的所知。鉆探工程隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，會更多的和其它學(xué)科緊密相聯(lián)，探索新的未知，向更深、更遠的地方探查，將未來的鉆探工程學(xué)科推向新高點，帶來新挑戰(zhàn)。