不分散抗鹽防塌沖洗液的研究與應(yīng)用

陳錫慶，趙長(zhǎng)亮， 付帆

(1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 810008； 2. 山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072；3.北京探礦工程研究所，北京 100083)

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不分散抗鹽防塌沖洗液的研究與應(yīng)用

陳錫慶1，趙長(zhǎng)亮2， 付帆3

(1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 810008； 2. 山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072；3.北京探礦工程研究所，北京 100083)

不分散抗鹽防塌沖洗液是一種針對(duì)含有可溶性礦物的松散地層研制的沖洗液體系，同時(shí)也適用于需要使用高礦化度鹵水配漿的情況。在柴達(dá)木盆地鉀礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目及河南省葉舞鹽礦普查項(xiàng)目的成功應(yīng)用表明，該沖洗液對(duì)松散地層具有良好的護(hù)壁效果，同時(shí)抗鹽能力強(qiáng)，可以使用高礦化度鹵水直接配制，適合用于含有巖鹽、鉀鹽的松散地層鉆探。

防塌；鹵水；沖洗液；松散地層

0 引言

松散地層[1]鉆探施工時(shí)，普遍存在孔壁膨脹縮徑、坍塌掉塊等現(xiàn)象，如果地層中含有可溶性礦物，上述現(xiàn)象會(huì)更為嚴(yán)重，嚴(yán)重影響取心質(zhì)量和鉆探施工效率。北京探礦工程研究所針對(duì)這一類地層研制了不分散抗鹽防塌沖洗液體系[2]，目前已經(jīng)在《柴達(dá)木盆地鉀礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目》及《河南省葉舞鹽礦普查項(xiàng)目》等項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，取得顯著成果。

1 不分散抗鹽防塌沖洗液配方及性能

1.1 不分散抗鹽防塌沖洗液配方

經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，最終確定鈉膨潤(rùn)土作為造漿材料、增黏劑(GTQ)作為流型調(diào)節(jié)劑、降濾失劑(GPNA)和接枝淀粉[3-4]作為具有抗鹽抗鈣能力的降濾失劑、包被劑(BBJ)作為抑制劑、防塌潤(rùn)滑劑(GFT)[5]作為防塌劑，另外還需要根據(jù)情況加入潤(rùn)滑劑(GLUB)[6]配合使用。表1中列舉了兩組常用的不分散抗鹽防塌沖洗液配方。

1.2 不分散抗鹽防塌沖洗液性能

在室內(nèi)對(duì)不分散抗鹽防塌沖洗液性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。具體評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，不分散抗鹽防塌沖洗液具有較好的流變性能；API濾失量小于10 mL，形成的泥皮薄韌、質(zhì)量較好，相對(duì)膨脹降低率大于80%，表現(xiàn)出良好的抑制性能和護(hù)壁性能。

沖洗液性能可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)鉆遇地層較為松散且水敏性較強(qiáng)，需要降低沖洗液濾失量時(shí)，可以適當(dāng)提高降濾失劑的加量；當(dāng)需要提高沖洗液黏度和切力時(shí)，可適當(dāng)提高增黏劑(GTQ)的加量；當(dāng)需要提高沖洗液包被絮凝效果時(shí)，可適當(dāng)提高包被劑的加量。

表1 不分散抗鹽防塌沖洗液配方

注：鹵水為冷湖鎮(zhèn)馬海地區(qū)地表鹵水(密度1.24 g/cm3，鈣離子濃度189 mg/L，鎂離子濃度845 mg/L)。

表2 不分散抗鹽防塌沖洗液性能

2 不分散抗鹽防塌沖洗液的應(yīng)用

2.1 “青海省冷湖鎮(zhèn)馬海地區(qū)深層鹵水鉀礦預(yù)查項(xiàng)目”ZK5608孔和ZK7212孔施工中的應(yīng)用

青海省冷湖鎮(zhèn)馬海調(diào)查區(qū)位于柴達(dá)木盆地西部中央拗陷帶的西部隆起區(qū)，北東為柴北緣褶皺帶，北西為阿爾金構(gòu)造帶，南緣為昆北斷裂帶。大地構(gòu)造位置屬柴達(dá)木板內(nèi)裂陷盆地，在大地構(gòu)造單元中屬三級(jí)構(gòu)造單元，依據(jù)地臺(tái)構(gòu)造發(fā)展過(guò)程的內(nèi)部差異性，表層構(gòu)造的形態(tài)、基底性質(zhì)、各地區(qū)的構(gòu)造特征，結(jié)合新生代盆地內(nèi)部的隆起及沉降特征，可分出三個(gè)亞三級(jí)單元即柴北緣斷陷帶、中央拗陷帶和昆侖斷陷帶，中央拗陷帶又可分為二個(gè)四級(jí)單元西部隆起區(qū)和東部隆起區(qū)。

根據(jù)已施工鉆孔資料，該地區(qū)上中部地層一般為含粉砂的石鹽、含芒硝的石鹽、含石膏的黏土粉砂、含石膏的黏土、石鹽+黏土、黏土+石鹽、粉砂黏土等；下部是碎屑層[7]。地層中較大粒徑的礫石堅(jiān)硬，可鉆性及研磨性較強(qiáng)，但地層松散，巖心采取率低，易造成塌孔。

此前在本地區(qū)施工時(shí)，曾采用纖維素、植物膠等處理劑配制沖洗液，但在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)水土分離現(xiàn)象，攜帶懸浮能力極差，當(dāng)?shù)貙訅毫^高時(shí)，無(wú)法加重平衡地層壓力，最終無(wú)法完成施工任務(wù)。

針對(duì)上述情況，施工方?jīng)Q定采用不分散抗鹽防塌沖洗液體系。具體配方如下：鹵水+0.8%～1.0%燒堿+3%～4%鈉膨潤(rùn)土+0.1%～0.3%包被劑(BBJ)+0.8%～1.2%增黏劑(GTQ)+0.8%～1.5%降濾失劑(GPNA)+1.0%～2.0%防塌潤(rùn)滑劑(GFT)。

該沖洗液順利地完成了ZK5608孔和ZK7212孔共計(jì)3 404 m的鉆探施工任務(wù)，取得了比較理想的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)具有較強(qiáng)的抑制能力。鉆孔上部為第四系地層，下部為第三系地層，存在大段黏土含量較高的泥巖，使用該體系后全孔無(wú)縮徑現(xiàn)象，每次下鉆都能一通到底。

(2)具有很好的抗鹽抗鈣能力。施工中經(jīng)常鉆遇大段石鹽地層、石膏層，但沖洗液性能沒(méi)有明顯變化，一直保持穩(wěn)定。

(3)具有良好的懸浮能力。ZK7212孔在孔深1 503 m遇到破碎地層，孔內(nèi)有掉塊現(xiàn)象，用重晶石提高沖洗液密度至1.68 g/cm3后現(xiàn)象逐漸消除。

(4)具有良好的潤(rùn)滑性能，有效降低了摩擦阻力。ZK7212孔鉆至孔深800 m后，每方漿加入15 kg潤(rùn)滑劑(GLUB)，泵壓由10 MPa降低至8.5 MPa，扭矩也有明顯下降，降阻效果明顯。

(5)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，降低了鉆探成本。沖洗液材料成本進(jìn)一步降低，由236元/米降至120元/米。而且安全快速的完成了鉆探施工，ZK7212僅用了114天就完成了2 003 m的取心工作量，并且全孔零事故。

2.2 “柴達(dá)木西部(含整裝勘查區(qū))新近紀(jì)以來(lái)固液相鉀鹽資源調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”ZK04孔的應(yīng)用

該孔也是位于柴達(dá)木盆地西部中央拗陷帶，以往施工中主要存在的難點(diǎn)和問(wèn)題主要為以下幾個(gè)方面：

(1)該地區(qū)上中部地層一般含有粉砂、黏土、石鹽、芒硝、石膏等；下部地層松散，礫石、砂石居多，巖心采取率低，且易造成塌孔。

(2)地層壓力較高。0～500 m地層壓力系數(shù)約為1.2～1.45，500～1 400 m地層壓力系數(shù)約為1.3～1.6，鉆進(jìn)中會(huì)出現(xiàn)井涌現(xiàn)象。

(3)沖洗液配制采用當(dāng)?shù)佧u水，鹵水礦化度較高，含有大量的高價(jià)鈣、鎂離子，密度為1.20～1.27 g/cm3，配制的沖洗液膠體率低，性能不穩(wěn)定。

針對(duì)以上情況，施工方?jīng)Q定采用不分散抗鹽防塌沖洗液。具體配方為鹵水+0.8%～1.0%燒堿+3%～4%鈉膨潤(rùn)土+0.1%～0.3%包被劑(BBJ)+0.6%～1.0%增黏劑(GTQ)+0.8%～1.5%降濾失劑(GPNA)+1%～2%防塌潤(rùn)滑劑(GFT)。

采用不分散抗鹽防塌沖洗液順利完成了ZK04孔1 301 m施工?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該體系具有良好的防塌、攜帶能力，抗鹽、鈣污染能力強(qiáng)。

2.3 河南省葉舞鹽礦普查ZK12孔鉆探中的應(yīng)用

山東省魯北地質(zhì)工程勘察院承擔(dān)了河南省葉舞鹽礦普查鉆探任務(wù)。據(jù)甲方提供的地層情況，在2 150 m以深主要存在石鹽巖、石膏、巖鹽。因此決定在鉆至2 150 m時(shí)，將沖洗液由聚合物沖洗液轉(zhuǎn)化為不分散抗鹽防塌沖洗液，具體配方為：飽和鹽水+0.2%～0.5%燒堿+2%～3%鈉膨潤(rùn)土+0.2%～0.3%包被劑(BBJ)+0.8%～1%增黏劑(GTQ)+0.5%～1%接枝淀粉+0.5%～1%降濾失劑(GPNA)+1%～1.5%防塌潤(rùn)滑劑(GFT)。

由聚合物沖洗液體系轉(zhuǎn)化為不分散抗鹽防塌沖洗液時(shí)，首先對(duì)沖洗液進(jìn)行稀釋，將沖洗液的膨潤(rùn)土含量控制在40 g/L以下；然后按設(shè)計(jì)配比配制處理劑膠液，待溶解后加鹽至飽和；最后將鹽水膠液均勻混入稀釋后的沖洗液中，待性能穩(wěn)定后逐漸調(diào)節(jié)鹽含量至飽和。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用不分散抗鹽防塌沖洗液較好地解決了鹽礦心溶蝕問(wèn)題，巖心采取率達(dá)95%以上；抑制能力強(qiáng)，無(wú)縮徑及坍塌掉塊現(xiàn)象；懸浮攜帶巖屑能力好，孔底清潔，下鉆順暢。

3 結(jié)論

(1)不分散抗鹽防塌沖洗液具有較好的抑制性，懸浮攜帶能力強(qiáng)。

(2)該沖洗液適用于含有巖鹽、巖膏、鉀鹽地層鉆進(jìn)。

(3)該沖洗液可使用飽和鹽水和鹵水配制，膠體穩(wěn)定性好，護(hù)壁效果強(qiáng)。

(4)不分散抗鹽防塌沖洗液現(xiàn)場(chǎng)配制與維護(hù)簡(jiǎn)單，便于施工人員掌握。

[1] 陶士先,李曉東,吳召明,等. 強(qiáng)成膜性護(hù)壁沖洗液體系的研究與應(yīng)用[J]．地質(zhì)與勘探,2014,50(6): 1147-1154．

[2] 紀(jì)衛(wèi)軍,張明德,趙長(zhǎng)亮,等. 青海省冷湖鎮(zhèn)鉀礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目沖洗液技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,01:54-57.

[3] 胡繼良. 復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液研究與應(yīng)用[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) ,2011．

[4] 陶士先,胡繼良,紀(jì)衛(wèi)軍. 水敏性地層鉆探用接枝淀粉聚合物泥漿體系研究[J]．地質(zhì)與勘探,2012,48(5): 1029-1033.

[5] 蔡曉文,陳錫慶,熊正強(qiáng),等.GFT 型防塌減阻劑的性能評(píng)價(jià)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程), 2014,41(7): 39-41.

[6] 何遠(yuǎn)信,陶士先. 環(huán)保型高效潤(rùn)滑劑(Glub) 的研制與應(yīng)用[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程),2006,33(4): 48- 49．

[7] 葛建兵,尹文龍. 柴達(dá)木盆地冷湖地區(qū)含鹵、涌水砂層鉆孔護(hù)壁工藝研究[C]//全國(guó)探礦工程. 2015.

2016-08-10

陳錫慶(1976-)，男，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)土木工程專業(yè)畢業(yè)，探礦工程師，從事探礦工作，青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海省西寧市城西區(qū)蘇家河灣4號(hào)，Tel：18697150045，E-mail：maoren-100@163.com。

P634.6

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1009-282X(2016)05-0035-03