江蘇淮安楊槐鹽礦段勘探6#泥漿和固控工藝技術(shù)

李志強(qiáng)，黃忠高，謝志翔，萬(wàn)童安

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西鷹潭335000）

1 地層和鉆井基本情況

江蘇省淮安市楊槐鹽礦段勘探工程6#鉆井施工任務(wù)是：1口勘探鹽井，設(shè)計(jì)井深2100～2500m左右（含600m取芯）。

1.1 地層基本情況

上部為第四系（Qd）：0～155.0m，厚度155m，巖性上部主要為灰黃色、土黃色粉砂質(zhì)粘土，下部主要為褐色含礫粘土層并含有大量鈣質(zhì)充填，與下伏地層呈不整合接觸。

中部為新近系鹽城組（Ny），155.0～470m，厚度225m，巖性上部為灰黃色夾灰白色粉砂與中粗砂互層，靠近下部夾粘土薄層，中部紫紅色粘土夾粉細(xì)砂，下部以中細(xì)砂為主，接近底部為礫石層，礫石主要由石英及硅質(zhì)成份組成，與下伏地層不整合接觸。

下部為白堊系上統(tǒng)浦口組（K2p）：該組地層可分為三段，根據(jù)區(qū)內(nèi)勘探等資料，只揭露浦三段和浦二段上部地層。浦三段（K2p3）上部以紫紅色泥巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，局部見鈣泥質(zhì)膠結(jié)，含硬石膏團(tuán)塊，下部以灰褐色泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主，含鈣質(zhì)，局部夾鈣芒硝條帶。浦二段（K2p2）巖性以煙灰色巖鹽、鈣芒硝巖、泥巖為主，成頻繁韻律層產(chǎn)出，根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆探等地質(zhì)資料只揭露上亞鹽段的二、三、四巖性組合，且隨井深增加，鹽質(zhì)變純變厚，有很好的開采價(jià)值。

1.2 鉆井設(shè)備與配套

鉆井設(shè)備見表1。

2 泥漿工藝技術(shù)

表1 主要施工設(shè)備配置一覽

2.1 一開泥漿工藝技術(shù)

由于一開地層從地表往下依次為粉砂質(zhì)粘土、含礫粘土、粉砂、中粗砂、粘土、細(xì)砂、礫石（455～468m）和泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖（其中250～305m井口返出“黑木塊”），所以配制泥漿主要是攪拌粘土粉（加純堿）。在50m深處振動(dòng)篩開始無(wú)法分離粘土塊而跑漿，后換用40目篩網(wǎng)也不起作用；在143.48m和199.95m等處因泥包鉆頭而跳鉆，后采用：①停止鉆進(jìn)，提高泵量加強(qiáng)水力沖洗效果；②上提鉆頭脫離井底，提高轉(zhuǎn)速增大離心力使泥塊易于甩出來(lái)，并上下大幅度活動(dòng)幾次；③將鉆頭大鉆壓下放井底，低速開動(dòng)轉(zhuǎn)盤循環(huán)5～10min；④將鉆頭0t鉆壓下放井底不開轉(zhuǎn)盤循環(huán)5～10min；⑤重復(fù)操作一遍①～④，效果明顯；在330m處卸方鉆桿而鉆桿內(nèi)返噴泥漿，采用增加泥漿粘土粉的辦法有效；進(jìn)入455m的礫石層前開始輕微漏水，鉆穿礫石換到泥巖層后不漏了，可能不是添加堵漏劑的作用；整個(gè)一開期間，泥漿人工清渣工作量太大。

2.2 二開淺層（未進(jìn)入鹽礦層）泥漿工藝技術(shù)

下?244.5mm套管并固井后，繼續(xù)土粉制漿鉆進(jìn)。至8月23日孔深808.21m發(fā)生壓差卡鉆，處理后粘土15%（加堿）、磺化瀝青3%制新漿鉆進(jìn)，此時(shí)泥漿比重1.05g/cm3，粘度32s，失水量18mL/7.5min。9月4日來(lái)了山東某泥漿材料廠家，先是加磺化酚醛樹脂SMP、磺化褐煤SMC和水解聚丙烯腈鈉鹽Na-HPAN各5包，泥漿失水量由22mL/30min降至6.8mL/7.5min，后繼續(xù)添加此3種降失水劑，測(cè)得粘度20～21s，比重1.10g/cm3，失水量9.5mL/30min，情況正常，但泥漿溫度44℃一直不降。9月10日孔深1231.47m發(fā)生輕微卡鉆，起鉆后清理全部固控箱，后配制以陜西某泥漿公司超細(xì)碳酸鈣為主、輔以抗高溫抗鹽降失水劑和水解聚丙烯腈鈉鹽及磺化褐煤等材料的新漿，泥漿性能優(yōu)良：粘度 25s，比重 1.10g/cm3，失水量 9.2mL/30min，泥餅厚1mm，鉆具上提下放基本無(wú)阻力，回轉(zhuǎn)扭矩明顯變小，但泥漿溫度高至55℃，泵壓較高，孔內(nèi)排渣少且泥漿起泡嚴(yán)重，振動(dòng)篩工作效果差。1283m開始新螺桿配PDC鉆頭鉆進(jìn)，效果良好。至進(jìn)入鹽層時(shí)，泥漿溫度不知何故才逐漸降低到正常。

不難發(fā)現(xiàn)：①開始時(shí)用清水直接配超細(xì)碳酸鈣（后來(lái)才加了110包粘土粉）的做法可能欠妥；②泥漿起泡嚴(yán)重，并引發(fā)振動(dòng)篩工作效果差以致不斷跑漿而造成浪費(fèi)；③到進(jìn)入鹽層時(shí)，泥漿溫度不知何故才逐漸降低到正常；④泥漿護(hù)壁效果不錯(cuò)，主要是碳酸鈣的“成膜”作用，但泥漿成本高達(dá)1200元/m3左右，無(wú)法承受；⑤更重要的是，到目前為止，調(diào)整泥漿性能的目的沒(méi)有跟鉆進(jìn)工作有機(jī)結(jié)合，只是為降低失水量而降低失水量。

2.3 二開深層（已進(jìn)入鹽礦層）泥漿工藝技術(shù)

在9月26日飽和鹽水泥漿鉆進(jìn)前，現(xiàn)場(chǎng)做了簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其性能變化特點(diǎn)，即：比重、粘度和失水量迅速上升，pH值隨著含鹽量的增加一直逐漸下降。

在1654.43～1725.37m的第一階段取芯鉆進(jìn)中，由于進(jìn)尺非常慢，泥漿起泡嚴(yán)重，振動(dòng)篩等無(wú)法工作，以致調(diào)整配方困難，固相含量很高，飽和鹽水泥漿性能不斷惡化，且在850～1000m孔段，出現(xiàn)下鉆阻力超20t現(xiàn)象（和取芯筒外徑大也有關(guān)系）。

在1725.37～1919.93m孔段，用不取芯復(fù)合片鉆頭配螺桿和5雙根?159mm鉆鋌鉆進(jìn)，進(jìn)尺較好，但泵壓高，泥漿方面只是加鹽和堿，難以調(diào)整失水量。

10月26日，換取芯筒鉆具下鉆時(shí)第二次被卡。由于采用水浴解卡（清水沖孔），嚴(yán)重破壞井內(nèi)孔壁，以致事故后孔內(nèi)嚴(yán)重垮塌，長(zhǎng)孔段多次反復(fù)掃孔，效果不佳。因?yàn)槿鄙倌酀{材料，只有不到1t的磺化瀝青等。

11月11日，來(lái)了江西某泥漿材料公司的材料和師傅。大量添加降失水劑和潤(rùn)滑劑，飽和鹽水泥漿性能良好：波美度 27，比重 1.24g/cm3，粘度 21s，失水量7.5mL/30min，泥皮0.5mm，孔內(nèi)有大塊泥皮返出，孔內(nèi)阻力變小，但起泡非常嚴(yán)重，材料浪費(fèi)巨大，且鉆進(jìn)進(jìn)尺慢，經(jīng)常憋鉆和跳鉆，后發(fā)現(xiàn)系取芯筒上扶正器保徑合金多次少量掉脫所為，換上扶正器解決之。

12月初以后，采用人工清除固控箱泥漿泡沫到地面，再讓泡沫逐漸消除后流動(dòng)到廢漿渣池，最后用排污泵抽到固控箱進(jìn)行二次利用，效果尚可。進(jìn)入12月中旬，飽和鹽水泥漿不再起泡了。12月下旬，飽和鹽水泥漿性能不再調(diào)整了，甚至泥漿指標(biāo)都不要求每天監(jiān)測(cè)，只是添加鹽、低粘纖維素和氫氧化鈉進(jìn)行維護(hù)，以孔內(nèi)穩(wěn)定安全即下鉆阻力不超過(guò)5t為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)管理泥漿工作。

總之，在孔深808.21m發(fā)生壓差卡鉆前，對(duì)泥漿性能尤其是失水量是不怎么重視的；發(fā)生808.21m的壓差卡鉆后，用山東某泥漿材料廠家和陜西某泥漿公司材料，對(duì)降低失水量又要求太高；隨后受泥漿嚴(yán)重起泡等因素影響，無(wú)法調(diào)整控制失水量這一指標(biāo)，以致10月26日孔深1899.29m處換取芯筒鉆具下鉆又被卡；在水浴解卡后，江西某泥漿材料公司來(lái)人來(lái)料以降低失水量為主要目標(biāo)進(jìn)行調(diào)配新漿，泥漿又嚴(yán)重起泡；12月下旬以后，終于認(rèn)識(shí)到：以孔內(nèi)穩(wěn)定安全即下鉆阻力不超過(guò)5t為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)管理泥漿工作才是正道。

有必要談?wù)勀酀{起泡原因問(wèn)題。泥漿起泡原因有3方面：①鉆進(jìn)地層含氣；②泥漿處理劑攪拌分解時(shí)產(chǎn)生氣體進(jìn)而產(chǎn)生氣泡；③攪拌或處理泥漿時(shí)（如振動(dòng)）使空氣進(jìn)入產(chǎn)生氣泡。本井根本原因可能在于泥漿pH偏低，抗高溫抗鹽降失水劑等材料碳酸根或碳酸氫根含量高、加量大且攪拌不充分隨后引起發(fā)酵而起泡，且這種起泡很難消除。

如有可能，今后類似鉆井采用泥漿設(shè)計(jì)見表2，且飽和鹽水泥漿的正確配制方法是：①盡可能不用或少用原漿；②清水中加氫氧化鈉；③接著添加纖維素，充分?jǐn)嚢杈鶆颍虎茉儆眉恿下┒肪鶆蚣尤牍I(yè)用鹽；⑤保持?jǐn)嚢韬脱h(huán)；⑥測(cè)試泥漿性能；⑦添加相應(yīng)處理劑調(diào)整泥漿性能至合格。

表2 今后類似鉆井泥漿設(shè)計(jì)

3 固控工藝技術(shù)

表3系固控設(shè)備清單。4級(jí)固控，可謂齊全，但使用效果差強(qiáng)人意。具體表現(xiàn)是：?jiǎn)⒂谜駝?dòng)篩、除砂器、除泥器時(shí)，篩網(wǎng)面上經(jīng)常漿渣不分而跑漿造成浪費(fèi)；一旦停用時(shí)，固控罐泥漿沉淀和沉渣嚴(yán)重，泥漿性能不斷惡化，清理固控罐頻次增加。分析其原因，有：一是對(duì)固控的重要性認(rèn)識(shí)不足，二是對(duì)固控設(shè)備的正確使用掌握不充分，三是缺乏泥巖、泥質(zhì)砂巖地層鉆進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，四是配制的泥漿穩(wěn)定性不好，五是泥漿長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重起泡的影響，六是篩網(wǎng)規(guī)格不匹配，等等。

表3 固控設(shè)備詳覽

今后在泥巖、泥質(zhì)砂巖類地層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)考慮不采用泥漿罐進(jìn)行固控處理泥漿，而是應(yīng)該在地表開挖泥漿池，利用重力沉淀的原理處理泥漿有害固相；另，5號(hào)配藥罐的立式攪拌器轉(zhuǎn)速和功率偏低。

4 結(jié)束語(yǔ)

在不超過(guò)3000m深度鹽井取芯鉆進(jìn)中，配合鉆孔淺部鋼齒牙輪鉆頭+轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)方法和鉆孔深部復(fù)合片鉆頭+螺桿鉆進(jìn)方法施工，一開應(yīng)采用粘土泥漿，二開（見鹽礦前）采用高粘聚陰離子纖維素和氯化鉀配鉀基聚合物泥漿，二開（進(jìn)入鹽礦層）采用聚陰離子纖維素配飽和鹽水泥漿，并以孔內(nèi)穩(wěn)定安全作為衡量泥漿質(zhì)量好壞的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而非鉆井“血液”的泥漿本身各種性能指標(biāo)的高低大小。