貴州省福泉市大灣區(qū)鎳鉬釩多金屬礦普查中低固相泥漿的應用

陳 敏

（廣西壯族自治區(qū)三一○核地質(zhì)大隊，廣西 桂林 541000）

我隊在貴州省福泉市大灣區(qū)鎳鉬釩多金屬礦普查，先后進行金剛石繩索取芯鉆探施工8個鉆孔，鉆孔深度為410m～990m，總進尺為6380m。采用磺化酚醛樹脂（SMP-Ⅱ）—磺化瀝青低固相泥漿克服了孔壁坍塌、縮徑、漏失等施工難題，取得了較好的經(jīng)濟效益[1]。

1 礦區(qū)地層

鉆孔穿過礦區(qū)（狹義概念：本文僅普查區(qū)范圍）主要地層由上至下為：①第四系地層，該地層主要為洪積、坡積層，厚度較薄，為9.60m～25.30m，易鉆進。②明心寺組，中下部為綠灰、灰色頁巖與砂頁巖互層；上部為灰、灰綠色薄層、中厚層、及厚層狀細粒砂巖為主，夾鈣質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖及細晶灰?guī)r，厚度12.80m～345.50m。該地層頁巖互層多而厚，屬水敏性地層，易吸附水，出現(xiàn)縮徑、垮孔現(xiàn)象。③牛蹄塘組，由黑色炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、水云母粘土巖組成，含少量黃鐵礦晶粒及結核，與下伏燈影組地層呈假整合接觸，是鎳鉬釩多金屬礦富集層，厚19.30m～42.40m。④燈影組，有灰白、白色中厚層至厚層白云巖組成，厚157.20m～362.8m，該地層特點是巖層厚，巖石脆性大，破碎、裂隙多，漏失嚴重[2]。所以該勘查區(qū)的護壁、防塌、堵漏就成了低固相泥漿的重點。

2 泥漿材料的性能

（1）磺化瀝青（SAS）是瀝青經(jīng)發(fā)煙硫酸或三氧化硫進行磺化后，再水解制得的產(chǎn)品。由于磺化瀝青含有磺酸基，水化作用很強，當吸附在頁巖界面上時，可阻止頁巖顆粒的水化分散起到防塌作用。

（2）黃花酚醛樹脂（SMP-Ⅱ）由苯酚、甲醛與亞硫酸氫鈉進行縮合和磺化，再與水進行樹脂化和絡合反應制得。為陰離子水溶性聚電解質(zhì)，是一種耐溫抗鹽的鉆井液降濾失劑。

3 施工背景及泥漿實驗

鉆孔ZK603設計深度850.00m，我隊施工至367.8 0m頁巖水敏性地層，孔壁失穩(wěn)出現(xiàn)掉塊卡鉆現(xiàn)象，處理時間3d，鉆孔出現(xiàn)“大肚子”越掃孔越淺，無奈被迫鉆孔報廢。采用水泥封堵法后繼續(xù)往下鉆進，280.80m又遇大裂隙，又采用水泥封堵法，就這樣反復封堵裂隙6次，處理及待工時間為15d，鉆進至356.20m時因上部頁巖層停待時間過長縮徑、掉塊卡鉆，經(jīng)過多次處理未果，不得已鉆孔報廢。

鉆孔要想完成施工，必須用好泥漿，使其固相含量低、流變性好、防塌性強、漏失量少。根據(jù)前人資料及地層特點，以5%鈉土+0.3%Na2CO3+0.2%KPAM+0.2%LV-CMC為基漿，在此基礎上分別加入4%～5%SAS、2%～3%SMP-Ⅱ 及 有 機 硅 腐 植 酸 鉀（OSAM-K），設計配方如下：配方1：基漿+4%SAS；配方2：基漿+5%SAS+2%SMP-Ⅱ；配方3：基漿+6%SAS+3%SMP-Ⅱ+1%OSAM-K。

表1 各泥漿配方性能

從表1試驗結果得出①加入SAS和SMP-Ⅱ的泥漿液性能好，后粘度提升，失水量明顯減少，抑制頁巖遇水膨脹、掉塊；②泥漿流動性好，泥皮薄、韌性好，能在孔壁上形成薄膜；③加入OSAM-K后起稀釋作用，粘度降低，適用于下伏燈影組地層接觸帶的粘土層，仰制其造漿粘度陡然升高。

護壁機理：磺化酚醛樹脂（SMP-Ⅱ）—磺化瀝青低固相泥漿是由K-PAM、LV-CMC、SAS、SMP-Ⅱ高聚物混合配置而成的混合液，這些高聚物的分子膠結性好，吸附能力強，分子之間通過吸附基連接形成網(wǎng)狀結構，當吸附達到平衡后高分子及微粒填滿裂隙，通過沉降、壓縮形成韌性良好的吸附膜，降低泥漿的失水量，從而有效地防止和頁巖地層水化分散和膨脹，有效的防止水敏、松散等不穩(wěn)定地層的孔壁坍塌掉塊，保證地層的穩(wěn)定性，從而起到了防塌、護壁作用。

4 現(xiàn)場應用

ZK603和ZK1302鉆孔根據(jù)設計方沿礦脈走向分別往東南方向移動7～10m，鉆孔編號為ZK603-1、ZK1302-1。鉆進至粘土層時，由于地層造漿，粘度升至46S～50S，采用配方3加入OSAM-K稀釋泥漿，使其達到適用范圍內(nèi)。鉆進至白云巖時，因泥漿中的高聚物分子及微粒對裂隙不斷的吸附填滿，起到封堵的效果，失水量明顯減少，孔口返水量大，對于大裂隙在泥漿中加入一定量的惰性材料——鋸末進行堵漏，取得了較好鉆進效果。經(jīng)過現(xiàn)場試驗應用磺化酚醛樹脂（SMP-Ⅱ）——磺化瀝青低固相泥漿，ZK603-1用36d鉆進至設計地層終孔873.90m，ZK1302-1僅用20d鉆進至設計地層終孔531.00m。

經(jīng)過試驗磺化酚醛樹脂（SMP-Ⅱ）——磺化瀝青低固相泥漿具有下列優(yōu)點：①泥漿潤滑性能較好，提高鉆具使用壽命。②護壁性能好，隔水性強，有很好的抗鈣能力，仰制水敏性地層，且具有一定的防塌堵漏作用。③排巖粉能力強，孔底沉渣少、減少卡鉆埋鉆事故。

在大灣礦區(qū)我隊采用該泥漿及相應的鉆進措施，順利完成鉆探施工任務，得到了業(yè)主好評。

5 結論及建議

（1）根據(jù)貴州福泉市大灣地層特點，采用磺化酚醛樹脂（SMP-Ⅱ）——磺化瀝青低固相泥漿，較好的抑制了該區(qū)域水敏性巖層遇水膨脹、縮徑、掉塊的現(xiàn)象，同時加入一些惰性材料后在白云巖鉆進中起到了隨鉆堵漏，減少泥漿漏失嚴重的問題，減少孔內(nèi)事故，提高成孔率，增加了經(jīng)濟效益。

（2）在鉆機轉(zhuǎn)速達到800r/min時，鉆桿內(nèi)外有不同程度的結泥皮現(xiàn)象，這對投放打撈繩索取心鉆具有較大影響，建議降低轉(zhuǎn)速的同時，在不影響泥漿排粉、失水量的情況下減少鈉土的投放百分比，并使用除砂器，降低泥漿的比重及固相含量。

（3）在該礦區(qū)鉆探泥漿的固相含量、粘度、失水量、泥餅厚度關系到鉆孔能否順利終孔，維護泥漿性能顯得尤為重要，施工中要及時檢測泥漿性能，合理利用稀釋劑和堵漏材料，保持泥漿的穩(wěn)定性。