植物膠沖洗液在田家石畔礦區(qū)鉆探工程中的應(yīng)用

白晉恒

摘要：本文總結(jié)了SH植物膠沖洗液在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，并通過作者在田家石畔礦區(qū)鉆探工程中應(yīng)用實(shí)例，說明了SH植物膠沖洗液的配制方法、使用方法和所取得的成效。

關(guān)鍵詞：SH植物膠；沖洗液；保護(hù)巖心；抑制縮徑

1.礦區(qū)地質(zhì)概述

1.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。準(zhǔn)格爾煤田總體構(gòu)造形態(tài)為北高南低，東高西低，走向近南北、向西南傾斜。田家石畔勘查區(qū)位于準(zhǔn)格爾煤田南部。其構(gòu)造特點(diǎn)與準(zhǔn)格爾煤田區(qū)域構(gòu)造基本一致。根據(jù)填圖資料和二維地震時(shí)間剖面資料顯示，勘查區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育較少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，在勘查區(qū)東北部發(fā)現(xiàn)一較大斷層，該斷層為一正斷層，走向140—320°，傾向230°左右，傾角30°-84°，地表延伸約20km，斷距在200～800m之間。

1.2地層巖性分析。1.2.1奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（02m）。該組下部為青灰色、灰白色中厚層狀灰?guī)r、蟲跡灰?guī)r夾灰色泥巖及泥灰?guī)r；上部為灰色、灰白色角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r、內(nèi)碎屑灰質(zhì)白云巖夾灰綠色泥巖及不規(guī)則團(tuán)塊狀硬石膏組成，鉆孔揭露最大厚度24.54m，未見底。1.2.2石炭系（c）。是本區(qū)主要含煤地層之一。為多旋回的海陸交互相沉積，煤層產(chǎn)于每個(gè)旋回上部的泥炭沼澤相中。該層厚度49.01～108.07m，平均厚73.35m。該地層在勘查區(qū)內(nèi)呈東南部向西北部由厚變薄趨勢(shì)，一般厚度80-108m；本組以北厚度較小，一般厚度50-80m。1.2.3二疊系（P）。①二疊系下統(tǒng)山西組（Pls）：本組為一套含煤的陸源碎屑巖組合，是本普查區(qū)主要的陸相含煤地層。該層厚度42.40～166.31m，平均厚98.81m，含2、3、5號(hào)等3層煤層。②二疊系下統(tǒng)石盒子組（Plsh）：為典型的陸相沉積，厚度100.70～404.17m，平均厚度為187.06m。③二疊系上統(tǒng)孫家溝組（P2sj）：為一套以磚紅色、紫紅色為特征的陸源碎屑巖夾少量碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖組合。地層厚度82.57m～351.61m，平均厚度為181.28m。1.2.4三疊系（T）。①三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T11）：地層厚度109.56m～470.25m，平均厚度為311.47m。巖性主要為粉紅、灰白色細(xì)砂巖、中粒砂巖，夾有粉紅色砂質(zhì)泥巖，底部夾有薄層紫紅色砂質(zhì)泥巖，砂巖中斜層理、交錯(cuò)層理發(fā)育。②三疊系下統(tǒng)和尚溝組（T1h）：巖性為棕紅色砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、夾淺灰色中粒砂巖、細(xì)粒砂巖，含鈣質(zhì)結(jié)核。本組地層厚度81.41m～496.19m，平均厚度為262.18m。1.2.5第四系（Q）：全新統(tǒng)（Qh）。為近代風(fēng)積沙，沖洪積砂礫層，淤泥、殘坡積物等。揭露厚度5.00m～23.56m，平均厚度為9.89m。沿溝谷、梁頂分布。

1.3施工中遇到的主要問題

上部0-80m第四系和三疊系砂巖層為主，膠結(jié)不甚致密，研磨性高，松散易擴(kuò)徑。鉆探揭露勘查區(qū)東北部一較大斷層，斷距在200～800m之間，斜穿于巖層和煤層，鉆探中地層破碎，易坍塌、掉塊，取心困難。500-800m多為含礫泥巖，是石炭、二疊系地層，含高嶺土較多，地層打滑、造漿，鉆進(jìn)效率低下。

根據(jù)地層特點(diǎn)和經(jīng)銷商的推薦，查閱了關(guān)于SH植物膠的研究與應(yīng)用資料后，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，我們把SH植物膠作為準(zhǔn)格爾煤田田家石畔勘查區(qū)鉆探?jīng)_洗液的主要處理劑進(jìn)行試用。

2.鉆進(jìn)對(duì)沖洗液的要求分析

2.1.強(qiáng)降濾失及抑制性：沖洗液具有強(qiáng)的降濾失性，滲入到地層中的自由水相對(duì)就少，對(duì)煤層或不穩(wěn)定地層的膠結(jié)能力的破壞就小，地層水化膨脹就少；沖洗液的抑制性是指沖洗液抑制孔壁巖石水化、膨脹、分散的能力，在實(shí)踐中與粘土的造漿性和孔壁的遇水穩(wěn)定性有密切聯(lián)系。

2.2較強(qiáng)的潤(rùn)滑性：沖洗液的潤(rùn)滑性與鉆具磨損、沖洗液的循環(huán)流動(dòng)阻力、設(shè)備功率消耗、坍塌事故的處理、發(fā)生等都有密切的關(guān)系，潤(rùn)滑性強(qiáng)還可以減少激動(dòng)壓力對(duì)孔壁的破壞。

2.3良好的流變性：具有良好的流變性，可降低沖洗液的流動(dòng)阻力，減少泵壓損失，同時(shí)更好地排除巖粉，提高鉆速。根據(jù)復(fù)雜地層對(duì)沖洗液的要求和煤田取芯鉆進(jìn)的特點(diǎn)，圍繞沖洗液進(jìn)行充分調(diào)查、研究和分析，在比較各類沖洗液配制原料、性能、價(jià)格、市場(chǎng)供應(yīng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)準(zhǔn)格爾煤田實(shí)際情況，提出采用SH植物膠沖洗液鉆孔護(hù)壁。

3.不同地層條件下SH植物膠的應(yīng)用

3.1第四系、三疊系砂巖地層鉆進(jìn)

3.1.1地層特點(diǎn)：風(fēng)積沙，沖洪積砂礫層，淤泥、殘坡積物松散層，砂巖、粉砂巖、膠結(jié)較差，在鉆進(jìn)中易坍塌、擴(kuò)孔、取心率低、排粉困難，研磨性強(qiáng)。3.1.2沖洗液體系及配方。用SH植物膠低固相泥漿。重點(diǎn)是預(yù)防鉆孔坍塌，保護(hù)巖心，提供巖心采取率。配方l為：水lm3+預(yù)水化膨潤(rùn)土16-24%+SH植物膠原漿8-16%+防塌潤(rùn)滑劑（WFF-1）0.3-0.4%+中粘Na-CMC0.3-0.4%3.1.3沖洗液的配制。預(yù)水化膨潤(rùn)土：水50%+膨潤(rùn)土50%+NaOH為土的1.2%侵泡24小時(shí)備用。SH植物膠原漿：水l m3+SH植物膠干粉5%+NaOH為SH膠的8%攪拌后備用。配制時(shí)，先加SH植物膠攪拌5分鐘后，再加NaOH攪拌5-10分鐘。性能指標(biāo)以一小時(shí)后測(cè)定的為準(zhǔn)。沖洗液配制：清水邊攪拌邊加入Na-CMC、防塌潤(rùn)滑劑，攪拌均勻后加入預(yù)水化膨潤(rùn)土和SH植物膠基漿攪拌后即可使用。

3.2易坍塌、掉塊的破碎帶地層

3.2.1地層特點(diǎn)：破碎帶貫穿除第四系外的所有鉆探地層，在不同的鉆孔，遇到破碎帶的深度、地層巖性、破碎程度不同。砂巖地層：易坍塌，形成“大肚子”，會(huì)造成埋鉆、鉆桿折斷事故，給排粉、取心造成困難。煤層：多數(shù)是碎煤、泥煤，最為重要的是鉆進(jìn)取心困難。夾少量碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖的碎屑巖：在鉆進(jìn)中易出現(xiàn)掉塊，卡鉆事故，鉆進(jìn)不平穩(wěn)。含高嶺土較高的泥巖：在鉆進(jìn)中易形成糊鉆，易出現(xiàn)鉆孔縮徑現(xiàn)象。

3.2.2沖洗液體系及配方。在砂巖地層和含碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖的碎屑巖出現(xiàn)破碎帶，采用SH植物膠低固相泥漿。泥漿的功能是以防坍塌、掉塊為主，其次是減磨潤(rùn)滑鉆具、保護(hù)巖心。配方2為：水1m³+預(yù)水化膨潤(rùn)土16%+SH植物膠原漿8%+防塌潤(rùn)滑劑（WFF-1）0.2-0.4%+中粘Na-CMC0.3-0.4%在煤層、泥巖地層，出現(xiàn)破碎帶，采用SH植物膠無固相沖洗液。沖洗液的功能主要是護(hù)膠作用，保護(hù)巖心，提供巖心采取率，降低鉆孔的滲透性，降低孔壁遇水縮徑的進(jìn)程和泥皮厚度。減輕糊鉆的程度。配方3為：水1m³+SH植物膠原漿8-12%+中粘Na-CMC0.2%或水lm3+SH植物膠干粉0.4-0.6%+NaOH為SH膠的8%+中粘Na-CMC0.2%。

3.3含礫泥巖地層

3.3.1地層特點(diǎn)：地層含礫，鉆進(jìn)不平穩(wěn)；泥巖含高嶺土較多，鉆進(jìn)極易形成泥包鉆頭，造漿、不進(jìn)尺。要求沖洗液在保證裸孔段孔壁安全的前提下，盡量降低沖洗液中劣質(zhì)粘土。

3.3.2沖洗液體系及配方。用具有選擇性絮凝的無固相沖洗液。配方4：水1m³+SH植物膠干粉0.4-0.6%+NaOH為SH膠的8%+水解度為28-30%的PHP（水解聚丙烯酰胺）100-300ppm

3.3.3沖洗液的維護(hù)：這個(gè)沖洗液體系PHP的消耗量是與絮凝沉淀是成正比的，需要每一個(gè)回次或兩個(gè)回次補(bǔ)充一次PHP，不可超量添加，加量過大PHP變?yōu)樵稣硠恍跄恋砦锸呛芩缮⒌?，具有一定的流?dòng)性，需要每班清除一次絮凝沉淀物。PHP配制成濃度為1%的水溶液，備用。向循環(huán)槽內(nèi)直接滴補(bǔ)PHP時(shí)，配制成濃度為0.1%（1000ppm）的水溶液。

3.4穩(wěn)定地層

3.4.1地層特點(diǎn)：鉆孔比較深，多為1100m左右，盡管地層完整，巖性還是有變化的。為保證沖洗液適合各種巖性地層的鉆進(jìn)，同時(shí)兼顧維護(hù)、并不破壞裸孔段的泥皮，要保存較高濃度的SH植物膠加量。

3.4.2沖洗液體系及配方。用SH植物膠無固相沖洗液。配方5：水1m3+SH植物膠干粉0.4-0.6%+NaOH為SH膠的8%。

4.使用方法

（1）膨潤(rùn)土要預(yù)水化處理，浸泡24小時(shí)。

（2）SH植物膠加NaOH，配制成濃度為5%的水溶液，放置一小時(shí)后備用。一小時(shí)前SH植物膠溶液陛能不佳。

（3）PHP配制成濃度為1%的水溶液備用。

（4）配方1是用于開孔上部地層的，第一坑泥漿的配制劑選用最大劑量，隨著鉆進(jìn)深度增加，地層趨向完整、密實(shí)，補(bǔ)充泥漿配制劑的劑量逐漸減少。視鉆進(jìn)的巖性變化，過度到配方5。即排除沉淀巖粉，補(bǔ)充配方5沖洗液，不需要一次性徹底更換。鉆進(jìn)中遇到地層破碎帶，配方5→配方2或配方5→配方3。即在配方5的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充稠泥漿，調(diào)制成配方2?；蛱砑?%的Na-CMC水溶液，調(diào)制成配方3。鉆進(jìn)中遇到地層是含礫泥巖地層，配方5→配方4。即在原沖洗液中按照配方4添加水解度為28-30%的PHP水溶液；每班補(bǔ)充一次，約100ppm或向沖洗液循環(huán)槽內(nèi)滴補(bǔ)，滴補(bǔ)速度視絮凝情況而定，機(jī)臺(tái)習(xí)慣不同，兩種方法均有采用，并且每班清理一次絮凝沉淀。

（5）配方調(diào)整原則：完整地層鉆進(jìn)進(jìn)入破碎帶，停鉆調(diào)整沖洗液，并替換孔內(nèi)沖洗液開始鉆進(jìn)。其它沖洗液配方調(diào)整，邊清理沉淀巖粉、稠漿，邊補(bǔ)充調(diào)整。

5.使用效果

準(zhǔn)格爾煤田田家石畔勘查區(qū)完成鉆孔28個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺28736m；有5個(gè)鉆孔遇到斷層破碎帶，累計(jì)鉆進(jìn)破碎帶約180余米。SH植物膠沖洗液良好的護(hù)壁性能和護(hù)膠性能，使得鉆進(jìn)比較順利，粉煤、碎煤、破碎地層及水敏性強(qiáng)的地層未發(fā)現(xiàn)坍塌，保證了鉆孔安全，提高了鉆效，提高巖心采取率，平均巖心采取率在95%以上，鉆探成本明顯降低。優(yōu)質(zhì)孔率達(dá)96%。