SD-KP沖洗液在臨江葦沙河深孔施工的應(yīng)用

楊春柳，陳忠義

(1.吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì)，吉林 延吉 133401；2.濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261000)

0 引言

在鉆探工程施工中，沖洗液被稱為鉆探工程的血液，起著冷卻鉆頭、潤滑鉆具、攜帶鉆屑、維護(hù)孔壁穩(wěn)定等作用，其性能的變化將直接影響鉆進(jìn)效率和鉆孔質(zhì)量。2012年以前，六隊(duì)在鉆遇不穩(wěn)定地層和中深鉆孔時(shí)，由于受鉆探設(shè)備和工藝的限制，往往會(huì)選擇使用高黏度、高密度的人工鈉土濃泥漿施鉆。近幾年，六隊(duì)先后購置了幾臺(tái)XY-6B立軸式鉆機(jī)，并采用金剛石繩索取心鉆探工藝，在臨江葦沙河多金屬礦區(qū)深孔勘探中，選擇使用了合理配方的SD-KP低固相沖洗液鉆進(jìn)，取得了較好的鉆探施工效果。

1 工程概述

ZK2502孔位于吉林省臨江葦沙河境內(nèi)，終孔孔深1955.80 m，工期80 d，礦區(qū)巖性由斜長巖和閃長巖組成，可鉆性等級(jí)7～8級(jí)，巖層較為完整，但在850 m、1430 m、1650 m孔段鉆遇層厚3～6 m破碎帶，孔內(nèi)漏失、掉塊嚴(yán)重，并有輕微坍塌。

2 施工設(shè)備

2.1 鉆機(jī)

ZK2502孔設(shè)計(jì)孔深1900 m，深孔鉆進(jìn)需要相適宜的設(shè)備來保證，根據(jù)繩索取心鉆探工藝的需要，選擇國產(chǎn)XY-6B型立軸式巖心鉆機(jī)，該鉆機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，布局合理，重量適中，維修方便，轉(zhuǎn)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。

鉆機(jī)主要參數(shù)：鉆進(jìn)深度1000～2400 m；最大扭矩7800 Nm；立軸最大起拔力200 kN；最大提升能力85 kN。

2.2 泥漿泵

泥漿泵的工作能力也是保障深孔鉆探順利施工的重要因素之一，根據(jù)工藝需求，選擇國產(chǎn)BW- 320型泥漿泵，它具有多擋、變速、變量、耐用、工作安全、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

主要參數(shù)：缸徑80/60 mm；流量320 L/min、230 L/min、165 L/min、118/180 L/min、130 L/min、92 L/min、60 L/min；泵壓4.0 MPa、5.0 MPa、6.0 MPa、8.0/6.0 MPa、8.0 MPa、9.0 MPa、10.0 MPa。

2.3 鉆桿及鉆具

為了確保該孔鉆進(jìn)施工順利進(jìn)行，根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)，選擇國產(chǎn)45MnMoB ?73 mm繩索取心鉆桿及鉆具。從施工使用情況看，施工1955.80 m深孔，其材質(zhì)強(qiáng)度能達(dá)到使用要求。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆探工藝

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

0～2 m，?150 mm 合金鉆頭鉆進(jìn)，下入孔口管；2～15 m，?130 mm 合金鉆頭鉆進(jìn)，下入?127 mm套管；15～81 m，?110 mm 合金鉆頭鉆進(jìn)，下入?108 mm套管；81～892.5 m，?91 mm 金剛石鉆頭鉆進(jìn)，下入?89 mm套管；892.5～1955.80 m，?75 mm 人造金剛石孕鑲鉆頭鉆至終孔。

3.2 鉆進(jìn)方法

開孔到81 m孔段，150 mm、130 mm、110 mm三徑均為普通單管鉆具，硬質(zhì)合金或金剛石鉆進(jìn)；孔深81 m以深采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)。

3.3 鉆進(jìn)參數(shù)

81～1500 m孔段：S75 mm鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速486 r/min，泵量66 L/min，鉆壓15～25 kN，電流50～60 A；1500～1955.80 m孔段：S75 mm鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速388 r/min，泵量66 L/min，鉆壓15～25 kN，電流60～70 A。

4 沖洗液配置、配制及作用機(jī)理

4.1 沖洗液配置

根據(jù)鉆遇地層特性，設(shè)備選擇，鉆孔結(jié)構(gòu)及選擇不同鉆進(jìn)工藝的特點(diǎn)，并結(jié)合多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，選擇了多效天然植物膠SD- 2、KP共聚物，多效堵漏劑(隨鉆型)，06高效潤滑劑等鉆井液。該沖洗液在實(shí)際使用中體現(xiàn)出懸浮能力強(qiáng)，膠結(jié)性好，潤滑性高，護(hù)壁性好，性能穩(wěn)定，配制簡單，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 沖洗液的配制

嚴(yán)格按照操作程序，配制方法，設(shè)計(jì)配量和設(shè)定的沖洗液性能參數(shù)，分井段配方進(jìn)行分別配制。

4.2.1 0～250 m

配方：清水+4%膨潤土+0.8%植物膠SD- 2+0.6%KP共聚物+0.4%CMC+0.3%PAM。

性能參數(shù)：黏度25 s，密度1.06 g/cm3，濾失量15 mL/30 min，pH 8.5，泥皮厚度0.85 mm。

4.2.2 280～850 m

配方：清水+4%膨潤土+0.6%植物膠SD- 2+0.6%KP共聚物+0.4%CMC+0.3%PAM+0.8%06型高效潤滑劑。

性能參數(shù)：黏度22 s，密度1.05 g/cm3，濾失量10 mL/30 min，pH 9，泥皮厚度0.7 mm。

4.2.3 850～1955.80 m

配方：清水+4%膨潤土+0.5%植物膠SD- 2+0.8%KP共聚物+0.4%CMC+0.3%PAM+1%06型高效潤滑劑+1%多效堵漏劑(隨鉆型)。

性能參數(shù)：黏度20～22 s，密度1.03 g/cm3，濾失量8 mL/30 min，pH 9～10，泥皮厚度0.5 mm。

4.3 SD- KP沖洗液的作用機(jī)理

該沖洗液是充分利用SD植物膠的造漿性好、膠體率高、懸浮力強(qiáng)、潤滑效果好及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)井壁的膠結(jié)黏附性能，配合KP共聚物中的K+和聚合物對(duì)井壁的吸附，起到護(hù)壁固壁作用；利用06型高效潤滑劑中葵脂皂腳及表面活性劑，濕潤劑等配合SD植物膠，改善沖洗液中微粒間的相互吸附，并在井壁與鉆桿間形成一層潤滑膜，達(dá)到潤滑作用。利用CMC配合SD植物膠，進(jìn)一步降低其濾失量，防止由于地層水化膨脹而造成坍塌，加入堵漏劑是加強(qiáng)堵漏的有效性，持久和穩(wěn)定性。

4.4 沖洗液現(xiàn)場維護(hù)

(1)勤觀察，勤測量，及時(shí)掌握沖洗液的性能變化。

(2)沖洗液性能維護(hù)，必須堅(jiān)持“細(xì)水長流”的方式，處理劑必須適量、緩慢加入，不得猛加處理劑造成新添劑(料)與孔內(nèi)發(fā)生不良反應(yīng)，避免沖洗液性能波動(dòng)過大而造成孔內(nèi)復(fù)雜情況。

(3)沖洗液從孔內(nèi)返出后，必須經(jīng)過沉淀池、循環(huán)槽流向泥漿池，循環(huán)槽長度不少于15 m，坡比0.5%，槽內(nèi)增設(shè)緩流板，對(duì)沉淀池巖粉要及時(shí)清理。

(4)溝槽及池內(nèi)嚴(yán)禁地表各種水源流入，整個(gè)沖洗液循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)搭棚避雨。

(5)現(xiàn)場配備野外沖洗液測試箱，每班至少2次檢測沖洗液黏度、密度、濾失量、pH、泥皮厚度、含砂量等。

5 SD-KP沖洗液應(yīng)用效果

該礦區(qū)共施工兩個(gè)鉆孔，2015年施工的ZK2501孔，終孔深度1412.13 m，技術(shù)套管以下采用S75金剛石繩索取心鉆進(jìn)，全孔使用本地產(chǎn)黏土與外購泥漿處理劑配制的低固相沖洗液。2016年施工的ZK2502孔，設(shè)計(jì)孔深1900 m，在孔深850 m、1430 m、1650 m孔段鉆遇層厚3～6 m破碎帶，地層較ZK2501孔復(fù)雜。因此，采用SD- KP低固相沖洗液，使孔內(nèi)施工安全環(huán)境大大改善，鉆進(jìn)效率及鉆孔質(zhì)量比ZK2501更為理想。

5.1 鉆頭使用效果

ZK2502孔共計(jì)使用S75國產(chǎn)孕鑲金剛石鉆頭15個(gè)，HRC 25～35，共進(jìn)尺1874.80 m，平均進(jìn)尺125 m，單鉆頭最高進(jìn)尺189 m，所使用的鉆頭中60%還可以在淺孔再次使用。

5.2 進(jìn)尺情況

ZK2502孔使用S75金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)1874.80 m，純鉆進(jìn)時(shí)間646.5 h，時(shí)效2.9 m/h，全孔平均臺(tái)月效率950.83 m/臺(tái)月。

5.3 泥漿消耗及施工情況

ZK2502孔地質(zhì)情況比ZK2501孔復(fù)雜，但由于使用了較先進(jìn)的泥漿處理劑及配置方法，沖洗液性能穩(wěn)定，沖洗液僅靠地表循環(huán)系統(tǒng)即可達(dá)到凈化目的，并能連續(xù)保護(hù)孔內(nèi)正常工作環(huán)境，全孔基本上沒有發(fā)生大體積泥漿置換，泥漿消耗明顯降低，大大降低了鉆進(jìn)綜合成本，并且有利于環(huán)保。全孔鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)工作環(huán)境良好， 除了破碎帶進(jìn)行水泥固井外均能保持正常鉆進(jìn)，沒有出現(xiàn)任何事故。

6 結(jié)語

深孔施工，特別是復(fù)雜地層的深孔鉆探施工中，因地制宜，配置合理的沖洗液，可持續(xù)保持孔內(nèi)良好的工作環(huán)境，為高效、低耗、環(huán)保的鉆探施工提供可靠的保障。