復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)分析

覃江省

（貴州豐聯(lián)礦業(yè)有限公司大方縣黃泥鄉(xiāng)安強(qiáng)煤礦）

復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)分析

覃江省

（貴州豐聯(lián)礦業(yè)有限公司大方縣黃泥鄉(xiāng)安強(qiáng)煤礦）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對礦產(chǎn)資源的需求量越來越大。我國很多礦區(qū)的地質(zhì)條件都較為復(fù)雜，開礦難度較大。深孔鉆探技術(shù)有效地解決了這一問題，但是由于鉆孔過深，很容易發(fā)生塌陷問題，這就需要泥漿護(hù)壁技術(shù)來解決。本文以復(fù)雜地層深孔鉆探中的問題為基礎(chǔ)，結(jié)合具體的工程案例，對PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)和LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)進(jìn)行分析，以期為同行提供一定的借鑒。

復(fù)雜地層；深孔鉆探；泥漿護(hù)壁；應(yīng)用

跨入21世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，隨著而來的就是資源需求量的迅速增長。為了滿足礦產(chǎn)資源的需求，我國礦產(chǎn)資源開采的強(qiáng)度也與日俱增，使得地質(zhì)探勘工作逐日深入地層，促使深孔鉆探技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。由于深孔鉆探技術(shù)使用的過程中，施工過于隱蔽，孔內(nèi)的詳細(xì)情況得不到及時(shí)的了解，孔底信息上傳到地面需要一定的時(shí)間，孔內(nèi)情況的應(yīng)對難度較大[1]。因此，更需要采取一定的措施保證其施工安全，而泥漿護(hù)壁技術(shù)正好為這一問題的解決提供了方法，為復(fù)雜地層深孔鉆探施工的安全提供了有效的保障。

1 工程概況

××鉛鋅礦屬于我國我國少見的黃鐵鉛鋅礦床，礦床規(guī)模大，礦量豐富。該礦區(qū)由四部分組成，分別是水草坪、富屋、凡口嶺和鐵石嶺。自該鉛鋅礦發(fā)現(xiàn)以來，通過分析該礦床的成礦特征和控礦條件，逐步在該礦區(qū)發(fā)現(xiàn)了新礦體，礦床特征也更加明顯。但是目前該礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，礦產(chǎn)資源埋藏較深，其勘探和開采需要使用深孔鉆探技術(shù)[2]。

2 深孔鉆探技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

（1）××礦床地處盆地北部邊緣和山脈的過渡帶內(nèi)，賦礦層位屬于中泥盆統(tǒng)至早石炭統(tǒng)碳酸鹽巖，在成礦的過程中有東北走向的同生斷裂帶。該礦區(qū)的巖層較為穩(wěn)定，卻含有多層次的破碎帶。在深孔鉆探開展的過程中，孔壁易失穩(wěn)，護(hù)壁較為困難。鉆孔越深，地層就越為復(fù)雜，鉆進(jìn)的時(shí)間也就越長，孔壁也就越容易失穩(wěn)。由此可見，在深鉆孔的過程中，孔壁保護(hù)異常重要，護(hù)壁問題必須得以有效解決。

（2）鉆探回轉(zhuǎn)的阻力較大，動(dòng)力消耗大，材料消耗大，孔內(nèi)易發(fā)事故多。隨著鉆孔深度的增加，鉆桿的長度也要不斷增長，鉆孔的摩擦阻力也要不斷增大[3]。這種問題在繩索取心鉆探中表現(xiàn)的尤為明顯，不僅會(huì)加重鉆桿磨損，還會(huì)增加鉆機(jī)的負(fù)荷增大，使得鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速不易提升，還容易造成斷桿事故。

（3）鉆頭的使用壽命縮短。在深孔鉆進(jìn)的過程中，鉆壓控制的準(zhǔn)確性會(huì)有所降低，加之鉆桿接頭密封不良的影響容易誘發(fā)沖洗液泄漏事故，沖洗液不能全部送到孔底，容易造成假循環(huán)，使得鉆頭微燒，影響鉆頭的使用壽命。

（4）鉆進(jìn)效率低，鉆進(jìn)成本高。深孔鉆進(jìn)的施工周期比較長，如果護(hù)壁處理不當(dāng)，鉆孔內(nèi)事故的發(fā)生率就會(huì)增加，鉆進(jìn)效率就會(huì)降低，從而使得成本增加。

3 泥漿護(hù)壁技術(shù)分析

現(xiàn)在常用的泥漿護(hù)壁技術(shù)有兩種：①PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)；②LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)[4]。本文探討的工程使用的是PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)，因此先對此泥漿護(hù)壁技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1 PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)

（1）PHP沖洗液概述。PHP沖洗液是一種聚丙烯酞胺經(jīng)經(jīng)過水解之后產(chǎn)生的物質(zhì)，屬于一種長鏈的高分子化合物。PHP能夠吸附很多基團(tuán)，比如-CONH2，在基團(tuán)的作用下PHP能夠形成一層薄膜，來降低泥漿帶給底層的侵蝕作用，從而達(dá)到護(hù)壁效果[5]。同時(shí)，PHP還是一種表面活性劑，其吸附到巖石或者金屬表面的時(shí)候就會(huì)發(fā)揮潤滑作用，從而降低摩擦阻力，達(dá)到護(hù)壁效果。目前國內(nèi)使用的PHP是分子量大于1000萬的高分子PHP，它的絮凝作用和包被作用更為明顯，護(hù)壁效果更佳。

（2）PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)應(yīng)用。在該鉛鋅礦工程鉆探的過程中，主要的地層類型是露泥盆系地層和石炭系地層，并且第四系地層范圍較廣。在斷層構(gòu)造的影響下，巖石破碎現(xiàn)象嚴(yán)重，裂隙發(fā)育程度較高，部分地層存在嚴(yán)重的漏失現(xiàn)象。在深孔鉆探的過程中，使用PHP護(hù)壁技術(shù)，其中PHP溶液的分子量在800～1200之間，其水解度為30%；PVA溶液的醇解度為99%，對其溶解時(shí)要進(jìn)行加溫處理，溫度升高到80～90℃，在升溫的過程中要不停地?cái)嚢琛?/p>

（3）PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)應(yīng)用效果分析。應(yīng)用實(shí)踐證明，使用PHP沖洗液之后，在破碎程度一般的地層鉆進(jìn)的時(shí)候，孔壁穩(wěn)定潤滑與防止繩索取心鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢的問題能夠得到基本解決，其護(hù)壁效果良好，不僅使得鉆進(jìn)效率得到了有效的提升，還使得鉆探工程質(zhì)量得以有效提升。原來鉆進(jìn)機(jī)的工作效率為342m，使用PHP護(hù)壁技術(shù)之后鉆井機(jī)的平均臺(tái)月效率提高為430m，其工作效率提高了25.7%。原來深孔鉆探過程中孔內(nèi)事故的發(fā)生率為31.25%，使用PHP護(hù)壁技術(shù)之后孔內(nèi)事故的發(fā)生率下降到20.49%。原來優(yōu)質(zhì)孔率為70～80%，使用PHP護(hù)壁技術(shù)之后優(yōu)質(zhì)孔率能達(dá)到90%以上。

3.2 LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)

（1）LBM泥漿概述。LBM泥漿中富含許多-CONH2、-CN、-COONa等基團(tuán)，將其用于泥漿配置，配置出來的泥漿就會(huì)具備密度低、粘度小、切力低、失水行低、分散性高等特點(diǎn)，并且其性能能夠通過添加量的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)[6]。LBM泥漿的具體性能見表1。

表1 LBM泥漿性能分析

（2）LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)應(yīng)用。以另外一個(gè)工程為例對LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。招遠(yuǎn)玲瓏金礦地層破碎嚴(yán)重，復(fù)雜度較高，使用深孔鉆探技術(shù)進(jìn)行勘測和開采，鉆孔漏失現(xiàn)象嚴(yán)重。曾經(jīng)使用PHP泥漿、花生皮和棉籽殼等材料進(jìn)行護(hù)壁處理，均堵漏無效，泥漿幾乎全部漏失。于是轉(zhuǎn)換方法，使用PHP+PVA沖洗液進(jìn)行“頂漏”鉆進(jìn)，但是在鉆進(jìn)的過程中發(fā)生了坍塌現(xiàn)象，掉塊問題嚴(yán)重，不僅鉆進(jìn)效率受到了嚴(yán)重的影響，甚至還發(fā)生了坍塌事故。例如ZK160-3孔使用PHP沖洗液進(jìn)行鉆進(jìn)，在孔深515.07～517.85m的位置出現(xiàn)了一段砂粒狀松散地層，鉆孔內(nèi)發(fā)生坍塌，多次掃孔之后仍然沒有辦法將鉆具下沉到鉆孔底部。之后使用LBM泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)，僅僅花費(fèi)了5h就打通了坍塌層，繼續(xù)鉆進(jìn)達(dá)到525.38m的位置。因?yàn)橹暗你@孔出現(xiàn)全漏失現(xiàn)象，為了節(jié)約施工成本，在鉆通塌陷區(qū)之后重新使用PHP沖洗液鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度直達(dá)665.3m，在這期間再也沒有出現(xiàn)坍塌或者掉塊現(xiàn)象。再比如ZK136-4鉆孔，開始的時(shí)候使用PHP+PVA沖洗液，鉆進(jìn)深度達(dá)1009.58～1020.6m時(shí)，地層出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，到1040.08m時(shí)鉆具斷裂，提鉆之后出現(xiàn)孔壁坍塌現(xiàn)象，鉆具被埋，經(jīng)過多次掃孔處理均無效，孔內(nèi)沉淀物達(dá)5～8m厚。為了解決這個(gè)問題，更換使用LBM泥漿進(jìn)行沖孔，進(jìn)花費(fèi)26h就徹底清除了沉淀物，將事故鉆具處理完之后繼續(xù)鉆孔，直到1146.59m都沒有發(fā)生坍塌、掉塊現(xiàn)象。由此說明，LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)的護(hù)壁效果更加，能夠有效的保證深孔鉆探的安全和效率。

4 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國礦產(chǎn)資源的需求量與日俱增。由于我國的中小礦區(qū)較多，且礦區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在勘探和開采方面都有很大的難度。目前，深孔鉆探技術(shù)廣泛應(yīng)用，但應(yīng)用過程中的塌陷、掉塊問題也給礦區(qū)的勘探和開發(fā)帶來了很大的困難。該問題的解決在很大程度上依賴于護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用效果。目前，普遍使用的護(hù)壁技術(shù)有兩種：①PHP泥漿護(hù)壁技術(shù)；②LBM泥漿護(hù)壁技術(shù)，經(jīng)過實(shí)踐證明，這兩種泥漿護(hù)壁技術(shù)均能取得很好的護(hù)壁效果，能夠?yàn)閺?fù)雜地質(zhì)條件下深孔鉆探施工提供有效的安全保障和效率保障。

[1]黃定真，李亮，楊新江，等.復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（17）：118.

[2]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，2011，38（7）：36～39，46.

[3]陳永忠.復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（7）：278.

[4]郭文光.粵北凡口鉛鋅礦深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)[J].內(nèi)江科技，2011，32（11）：121.

[5]宋新杰.蘭渝鐵路隧道深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐[J].大陸橋視野（下半月），2012（8）：103，105.

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2016-4-20