復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐

陳永忠

摘 要：文章首先分析了我國深孔鉆探技術(shù)的現(xiàn)狀以及復(fù)雜地層的深孔鉆探工作面臨的主要問題，然后針對復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)進(jìn)行了探析和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；深孔鉆探；泥漿護(hù)壁；礦產(chǎn)資源；回轉(zhuǎn)阻力

在我國的礦產(chǎn)開發(fā)以及勘察過程中，鉆探技術(shù)發(fā)揮了非常重要的作用。在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會的不斷進(jìn)步下，我國的礦產(chǎn)資源儲量已經(jīng)面臨危機(jī)。為了保障經(jīng)濟(jì)以及社會的可持續(xù)發(fā)展，加大礦產(chǎn)資源的開發(fā)以及勘察力度非常必要。在這樣的情況下，勘察工作自然就對鉆探技術(shù)提出了更高的要求。鉆探施工非常隱蔽，無法及時(shí)了解孔內(nèi)詳情。而孔底相關(guān)工況信息傳遞到地面工作人員作序的時(shí)間越長，應(yīng)對孔內(nèi)復(fù)雜情況的難度就會越大。復(fù)雜地層的深孔鉆探工作往往需要穿越比較多的地層，并且施工時(shí)間比較長，因此施工難度相應(yīng)會更大。

1 我國深孔鉆探技術(shù)的現(xiàn)狀分析

上個(gè)世紀(jì)的90年代，國家礦業(yè)巨頭BHP礦業(yè)進(jìn)入我國礦業(yè)勘探領(lǐng)域，并認(rèn)為我國的礦業(yè)勘探技術(shù)還有很大發(fā)展空間。進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著資源需求量的增加，其開發(fā)強(qiáng)度也日益增大，這使得我國的地質(zhì)勘探工作逐漸向更深的地層推進(jìn)，國家對于深孔鉆探技術(shù)的需求已經(jīng)日益上升。為了不斷滿足我國礦產(chǎn)資源的市場需求，全液壓鉆機(jī)被研發(fā)了出來。這一鉆機(jī)的特點(diǎn)更加適應(yīng)國際鉆探技術(shù)的發(fā)展趨勢，具有機(jī)械化程度高、給進(jìn)行程長以及無級調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)。

我國的鉆探工藝門類比較齊全，繩索取心工藝、不提鉆孔底換鉆頭以及孔底動(dòng)力鉆具等經(jīng)過30多年的發(fā)展已經(jīng)越來越成熟。近年來，繩索取心鉆探工藝的新規(guī)范已經(jīng)逐漸普及到了金屬礦的鉆探施工中，并且受到越來越多鉆探企業(yè)的重視。但由于受到設(shè)備故障率偏高等因素的影響，我國復(fù)雜地層深孔鉆探的效率在230到495米/月范圍內(nèi)，巖心的平均采取率在60%到85%之間。孔底動(dòng)力技術(shù)、液動(dòng)潛孔錘技術(shù)以及孔底換鉆頭技術(shù)由于受到結(jié)構(gòu)、材料以及性能等各方面的制約因而一直沒有被應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中。相信通過對材料的改進(jìn)以及工藝的優(yōu)化，我國的深孔鉆探技術(shù)一定可以不斷向前進(jìn)步。

2 我國復(fù)雜地層的深孔鉆探工作面臨的主要問題

2.1 護(hù)壁難度比較大

對于復(fù)雜地層的鉆進(jìn)工作，隨著孔深度的不斷增加，地層的復(fù)雜程度也會越來越大，孔壁就越容易出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。因此，在復(fù)雜地層的深孔鉆探工作中，保護(hù)孔壁是非常困難同時(shí)也是非常重要的環(huán)節(jié)。

2.2 回轉(zhuǎn)阻力較大

鉆孔深度越大，孔內(nèi)鉆桿的摩擦阻力就會越大，這一點(diǎn)在繩索取心工藝中體現(xiàn)得尤為明顯。繩索取心工藝中，鉆桿的磨損比較嚴(yán)重，回轉(zhuǎn)阻力還會帶來鉆機(jī)負(fù)荷，導(dǎo)致鉆桿的斷裂。

2.3 鉆頭壽命較短

復(fù)雜地層的深孔鉆探工作很難準(zhǔn)確控制鉆壓，再加上接頭密閉性不夠高等問題，很難保證沖洗液可以完全被送到孔底，這種情況就會造成鉆探工作的假循環(huán)最終導(dǎo)致鉆頭壽命受到影響。

以上存在的問題很多都與鉆機(jī)的沖洗液有莫大關(guān)系，因此在復(fù)雜地層的鉆探工作中，沖洗液發(fā)揮著非常重要的作用，對其要求自然也就越高。首先，沖洗液的濾失量應(yīng)該較低而造壁性則應(yīng)該較強(qiáng)，這樣才能發(fā)揮吸附和粘結(jié)孔壁的作用，有效保護(hù)孔壁的穩(wěn)定；其次，沖洗液的潤滑性能應(yīng)該較好，這樣鉆機(jī)的粘附系數(shù)就比較小，因此摩擦以及回轉(zhuǎn)阻力都會相應(yīng)降低?；剞D(zhuǎn)阻力降低以后，材料的損耗就會減少，鉆機(jī)的使用壽命才能更長。

3 復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探析和實(shí)踐

3.1 PHP系列泥漿護(hù)壁技術(shù)探析與實(shí)踐

（1）PHP系列泥漿護(hù)壁技術(shù)探析

PHP是由聚丙烯酰胺經(jīng)水解得到的，是一種長鏈高分子化合物。PHP的非離子吸附基團(tuán)很多，比如-CONH2，因此PHP在基團(tuán)的吸附作用下會形成薄薄的吸附膜，起到減輕泥漿濾液給地層帶來的侵蝕作用，從而起到護(hù)壁作用。同時(shí)，PHP也是一種表面活性劑，吸附到金屬以及巖石表面以后就可以起到潤滑作用，起到降低摩擦阻力的作用。

（2）PHP系列泥漿護(hù)壁技術(shù)實(shí)踐分析

某地的金礦鉆探施工中，花崗巖為主要地層構(gòu)成。由于該地地層受到斷層構(gòu)造的影響，因此出現(xiàn)了裂隙發(fā)育、地層漏失以及巖石破碎等問題。這些問題的存在很容易導(dǎo)致施工過程中的掉塊以及坍塌現(xiàn)象。為了防止鉆桿內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢問題，可以通過PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)來加強(qiáng)該地層孔壁的穩(wěn)定性。所使用的PHP分子量在800到1200萬之間，水解度為30%。實(shí)踐證明，PHP系列沖洗液可以基本解決孔壁失穩(wěn)、鉆桿內(nèi)壁的結(jié)垢以及回轉(zhuǎn)阻力過大等問題，應(yīng)用效果良好。采用該沖洗液以后，鉆進(jìn)效率與質(zhì)量都得到了提高。普通沖洗液的效率大約在342米/月，而使用PHP系列沖洗液以后，效率提高到了430米/月，增幅高達(dá)25.7%。并且鉆探施工的事故發(fā)生率也明顯降低。PHP所帶來的這些改進(jìn)也正是其不斷獲得應(yīng)用的原因。但是PHP系列泥漿護(hù)壁技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中無法很好地解決破碎嚴(yán)重以及地層漏失嚴(yán)重等問題，而這些問題隨著鉆孔深度的增加愈加凸顯。最近出現(xiàn)的PHP洗液與PVA洗液混合的護(hù)壁技術(shù)改進(jìn)了這些問題，應(yīng)用效果更好。但是這一施工方法與單一PHP施工相比成本偏高，因此，我們還需要進(jìn)一步探索應(yīng)用效果更好、更加經(jīng)濟(jì)的護(hù)壁技術(shù)。

3.2 LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)探析與實(shí)踐

（1）LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)探析

LBM是在膨潤土經(jīng)化學(xué)改造升級而得到的新型高級造漿材料，有著濾失量低和粘度低等優(yōu)點(diǎn)。該沖洗液制作起來也比較容易，維護(hù)簡便，是一種具有多種功能的復(fù)合材料。LBM之所以可以起到護(hù)壁作用，原因就在于其含有大量的-CN、-COONa以及-CONH2等基團(tuán)，因此所配置出來的具有切力低、粘度低、密度低、失水能力低以及分散性高等特點(diǎn)。此外，通過對加入量的調(diào)節(jié)就可以改變泥漿的性能。

（2）LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)實(shí)踐分析

某地金礦的深孔鉆探施工中，由于地層破碎情況以及鉆孔的漏失情況都比較嚴(yán)重，因此給鉆探工作帶來了很大難度。該金礦的開發(fā)單位曾經(jīng)嘗試過使用花生皮、棉籽殼以及PHP泥漿來進(jìn)行堵漏，但效果都不夠理想。無奈之下使用PHP混合PVA技術(shù)，但是卻造成了掉塊以及坍塌問題。采用LBM泥漿以后，僅僅用了五個(gè)小時(shí)就穿過了坍塌層并繼續(xù)向前鉆進(jìn)，最后的鉆探深度為525.38米。并且LBM泥漿還成功排除了孔內(nèi)積留的沉淀物。此LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例告訴我們，對于破碎以及漏失嚴(yán)重的復(fù)雜地層，LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)在防止坍塌、穩(wěn)定孔壁以及防止鉆桿的內(nèi)壁結(jié)垢方面都有著非常好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)束語

礦產(chǎn)的開發(fā)以及勘察過程中，鉆探技術(shù)有著非常重要的作用。而對于復(fù)雜地層來說，護(hù)壁難度比較大、回轉(zhuǎn)阻力較大、鉆頭壽命較短等問題都與沖洗液聯(lián)系緊密。因此要想實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層深孔鉆探技術(shù)的提高，探討泥漿護(hù)壁技術(shù)是非常必要的。PHP系列泥漿技術(shù)通過吸附作用形成的吸附膜來達(dá)到減輕泥漿濾液給地層帶來的侵蝕作用，從而起到護(hù)壁作用。其應(yīng)用可以基本解決孔壁失穩(wěn)、鉆桿內(nèi)壁的結(jié)垢以及回轉(zhuǎn)阻力過大等問題，但無法很好地解決破碎嚴(yán)重以及地層漏失嚴(yán)重等問題。LBM含有大量的-CN、-COONa以及-CONH2等基團(tuán)，具有切力低、粘度低、密度低、失水能力低以及分散性高等特點(diǎn)。對于破碎以及漏失嚴(yán)重的復(fù)雜地層，LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)在防止坍塌、穩(wěn)定孔壁以及防止鉆桿的內(nèi)壁結(jié)垢方面都有著非常好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]楊愛軍，要二倉，張富蘭.鄂爾多斯盆地鈾礦復(fù)雜地層鉆探施工技術(shù)[J].地質(zhì)裝備，2012（03）.

[2]王秋成，徐景珠.復(fù)雜地層條件下泥漿在鉆進(jìn)過程中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2013（02）.

[3]鄭思光，趙志杰，王克佳等.司家營（南）區(qū)大賈莊鐵礦復(fù)雜地層深孔鉆探技術(shù)[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2011（07）.