煤田地質(zhì)鉆探中水敏性地層護(hù)壁問題及解決辦法

尹德戰(zhàn)

(安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),安徽淮南 232052)

煤田地質(zhì)鉆探中水敏性地層護(hù)壁問題及解決辦法

尹德戰(zhàn)

(安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),安徽淮南 232052)

在煤炭地質(zhì)鉆探中,面對水敏性復(fù)雜地層,鉆探工程將變得更加困難,這就要求在煤炭鉆探中做好水敏性地層護(hù)壁問題,采用有效的解決辦法,確保鉆探工藝性能,以保證鉆探施工到位。

煤炭鉆探 水敏性地層 護(hù)壁問題 解決辦法

隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)企業(yè)對能源的消耗需求越來越大，同時(shí)也對煤炭鉆探提出了更高的要求，本文分析了煤田地質(zhì)鉆探中復(fù)雜地層及形成的原因，并對復(fù)雜地層中的鉆進(jìn)工藝進(jìn)行研究。

1 煤田地質(zhì)鉆探中復(fù)雜地層

在煤田地質(zhì)鉆探中，復(fù)雜地層產(chǎn)生的原因有很多種。一方面，主要是因力學(xué)不穩(wěn)定性地層中構(gòu)造受力不平衡而導(dǎo)致鉆探失去原有的平衡狀態(tài)，并且加上地層上部覆蓋層的重力作用而導(dǎo)致孔壁發(fā)生垮塌、掉塊等事故；另一方面，主要是因水敏性地層在沖洗液和鉆具的作用下發(fā)生掉塊的事故，水敏性地層如頁巖、泥巖等，在泥巖成分偏高的情況下，在鉆進(jìn)過程中，水敏性地層會(huì)造成孔壁膨脹縮徑和剝落超徑等現(xiàn)象，因此，煤田地質(zhì)鉆探中常見的失穩(wěn)地層有：地應(yīng)力不平衡地層、頁巖地層和水敏性地層。

泥頁巖地層即為水敏性地層，主要表現(xiàn)為縮徑、造漿、分散，其主要以蒙脫石為主，采用高抑制性泥漿體系，根據(jù)當(dāng)前地理學(xué)上的研究，在該對應(yīng)巖層上我們可以探知其蒙脫石的對應(yīng)含量在30%左右，是屬于極其有特點(diǎn)的造漿泥巖。這種地質(zhì)在鉆探中的主要特性就表現(xiàn)在容易出現(xiàn)膨脹反應(yīng)、直徑降低縮小、掉塊和卡住鉆頭的結(jié)果。至于產(chǎn)生這種膨脹的因素我們可以通過兩個(gè)方面進(jìn)行研究和分析。首先可能出現(xiàn)的情況就是其表面產(chǎn)生了水化行為，然后還有一種可能就是其內(nèi)部進(jìn)行了滲透水化的行為。由于產(chǎn)生了巨大的的水壓，因此隨著埋藏深度的增加，其表面水化力呈現(xiàn)出正相關(guān)上升趨勢。而當(dāng)泥漿中的含鹽成分指數(shù)呈現(xiàn)出上升趨勢時(shí)，則滲透水化的速度加快，水分向泥漿運(yùn)動(dòng)速度加快。針對這兩種情況，我們的主要措施有幾下幾個(gè)方面：第一，通過降低泥漿的濾失量來避免大量自由水進(jìn)入地層；第二，向泥漿中加入K+，提高泥漿的抑制性能；第三，充分利用高分子聚合物的吸附、交聯(lián)及包被作用；第四，加入瀝青類產(chǎn)品封堵孔壁上的毛細(xì)管通道。然而，K+有兩種作用，一是離子交換，K+離子進(jìn)入蒙脫石晶層中，形成伊利石結(jié)構(gòu)；二是晶格固定，K+離子直徑與粘土六方晶格大小相符，離子交換后嵌入晶格，起封閉作用。

2 復(fù)雜地層成因分析

由于復(fù)雜地層產(chǎn)生失穩(wěn)的原因有很多，尤其是針對地層破碎產(chǎn)生的卡鉆問題，若技術(shù)人員盲目加大泥漿混合比重和加大泥漿粘度，地層破碎產(chǎn)生的卡鉆問題并不能得到有效解決。一般情況下，復(fù)雜地層成因主要包括地質(zhì)因素和鉆進(jìn)工藝技術(shù)，其中，地質(zhì)因素屬于內(nèi)因，鉆進(jìn)工藝技術(shù)屬于外因，其中，地質(zhì)因素起主導(dǎo)作用。例如淮南潘集礦區(qū)，其地層底部602.84m及下部巖性，其主要為紅棕色含礫砂巖、砂礫巖互層、細(xì)粒含鈣砂巖、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖等，然而，該地層的上部為細(xì)粒砂巖、褐紅色粉砂質(zhì)泥巖和含礫砂巖等，礫石直徑為0.3～4.5cm，由于巖石中含有大量的粘土礦物，在鉆進(jìn)過程中，這些粘土礦物將會(huì)遇水膨脹，并且不同成分的粘土礦物遇水的膨脹系數(shù)有所不一樣，因此，采用增加泥漿比重和加強(qiáng)粘土及利用水泥膠結(jié)等常見的鉆進(jìn)方法是不能有效解決復(fù)雜地層所產(chǎn)生的失穩(wěn)現(xiàn)象。

3 復(fù)雜地層中鉆進(jìn)工藝研究

針對煤田地質(zhì)中簡單的地層，在鉆進(jìn)過程中，一般技術(shù)人員都有一套完善的鉆進(jìn)工藝，同時(shí)也有一套完善的泥漿配方方案、孔內(nèi)事故處理措施等。但是，對于復(fù)雜地層的鉆進(jìn)施工，由于采用常規(guī)的鉆進(jìn)方法不能有效解決這些復(fù)雜地層的鉆進(jìn)，如增加泥漿比重、加強(qiáng)粘土，采用水泥膠結(jié)等措。采用這些常規(guī)的方法，不僅會(huì)延長施工周期，增加施工成本，可能會(huì)適得其反，甚至可能會(huì)造成鉆孔報(bào)廢等事故，其主要原因是在鉆進(jìn)過程中遇到復(fù)雜地層時(shí)不能對復(fù)雜地層的成因分析清楚，力學(xué)不穩(wěn)定地層主要是因地層構(gòu)造應(yīng)力不平衡而阻礙了鉆進(jìn)工程的順利開展，該地層的巖層容易破碎和松散，并且地層側(cè)壓力也比較大，若想要防止巖層垮塌事故的發(fā)生，則需要注重泥漿比重的配置，適當(dāng)增加泥漿比重來平衡巖層的側(cè)壓力，利用高分子化合物來提高泥漿粘度，并將高聚物作為巖層的覆蓋劑，有效防止巖層垮塌事故的發(fā)生。

由于水敏性地層主要表現(xiàn)為表面水化、滲透水化，在水敏性地層的鉆進(jìn)過程中，容易造成孔壁膨脹收縮及孔壁剝落超徑等現(xiàn)象。因此，在鉆進(jìn)過程中，充分掌握了水化機(jī)理后，在泥漿配置上，應(yīng)充分考慮低失水、適當(dāng)增加泥漿比重及粘度等因素。然而，在實(shí)際操作中，當(dāng)真正遇到垮塌、埋鉆等事故時(shí)，則需要正確判斷出造成這種事故發(fā)生的因素是地質(zhì)因素還是鉆進(jìn)工藝技術(shù)，只有分析清楚復(fù)雜地層的成因，才能有效解決孔內(nèi)問題。分析鉆孔漏失的因素，其主要包括地質(zhì)因素和鉆進(jìn)工藝技術(shù)因素，第一，地質(zhì)因素，其主要是因地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而造成斷層、裂縫等事故，這就給鉆孔漏失提供了良好的條件；第二，鉆進(jìn)工藝，其主要表現(xiàn)在泥漿流動(dòng)性變化大、孔內(nèi)應(yīng)力不平衡及升降鉆具所造成的壓力等方面。因此，為了順利進(jìn)行鉆進(jìn)工程，一方面，應(yīng)注重鉆孔漏失的抑制，通過實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)壓力平衡，并采用低比重泥漿的鉆進(jìn)方法。另一方面，應(yīng)注重粘土膨脹性的抑制，若采用水泥膠結(jié)常規(guī)性鉆進(jìn)方法解決這些地層，往往會(huì)造成水泥不凝固、水泥凝固后在掃孔過程中找不到原眼的現(xiàn)象。因此，針對淮南潘集礦區(qū)，在地下350m～450m處，其屬于水敏性地層，在水敏性地層中，通過減少泥漿失水量來增加泥漿比重，并加入K+，使水敏性地層的孔壁形成一層比較緊密的泥皮來抑制粘土的吸水膨脹，主要原因是K+穩(wěn)定頁巖地層不僅可以有效降低粘度和濾失的作用，還可以防止井壁坍塌事故的發(fā)生。同時(shí)，在降濾失的作用下，其可以形成薄而致密的泥餅，這樣就可以有效減少壓差卡鉆。

4 結(jié)語

在鉆進(jìn)工程中，影響地質(zhì)鉆探的因素有很多，尤其是復(fù)雜地層對鉆進(jìn)的影響，因此，在鉆探工程中注重泥漿的配置，采用先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝技術(shù)，從而有效解決復(fù)雜地層的護(hù)壁問題。

[1]鄭克清.復(fù)雜地層鉆探護(hù)壁堵漏工藝研究與應(yīng)用[D].中南大學(xué),2012.

[2]胡繼良.復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液研究與應(yīng)用[D].中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2012.