新型納米水泥護(hù)壁堵漏材料在剛果（金）鉆探中的應(yīng)用

邵興隆，許國明

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四0 二地質(zhì)隊，四川成都 611730）

1 前言

1.1 項目簡況

果（金）鉆探項目位于加丹加銅鈷礦帶上，該帶橫跨剛果（金）和贊比亞，是地球上已知的最大的層狀銅鈷礦帶。區(qū)內(nèi)地層主要為羅安群（R），恩古巴群（Ng）和昆代隆古群（Ku）［1］，其中羅安群礦山組（R2）地層是區(qū)域內(nèi)的主要含礦地層，也是本次鉆探的主要對象。加丹加超群地層沉積在克拉通內(nèi)裂谷或近岸海洋支流中［2-3］，這些地層在盧菲利安造山運動期間［2］發(fā)生強烈變形、破碎，導(dǎo)致該區(qū)的巖石風(fēng)化和破碎程度普遍較高，不利于鉆孔的施工。

1.2 孔內(nèi)情況

鉆孔采用Φ95mm繩索取心鉆具鉆進(jìn)至320m-328m時遇見羅安群礦山組（R2）含礦段，該段以白云質(zhì)粉砂巖、頁巖、破碎帶為主，巖心風(fēng)化和破碎程度高，取心難，漏失、掉塊、垮孔、縮進(jìn)、抱鉆等孔內(nèi)事故頻發(fā)。由于前期采用頂漏鉆進(jìn)工藝，沖洗液性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致鉆孔發(fā)生坍塌并引發(fā)卡鉆等孔內(nèi)復(fù)雜情況。為了保證后續(xù)安全鉆進(jìn)，鉆探人員采用傳統(tǒng)的水泥配方封堵含礦段，結(jié)果是水泥凝固效果差，難以滿足水泥封孔的強度要求，且水泥侯凝時間達(dá)7天，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度且成本高昂。因此，為了進(jìn)一步改進(jìn)泥漿工藝，提高成孔率，項目組決定采用某研究所的新型納米水泥護(hù)壁堵漏材料進(jìn)行護(hù)壁堵漏。

2 新型納米復(fù)合水泥漿液的應(yīng)用

2.1 目的

（1）通過野外現(xiàn)場應(yīng)用，檢驗新型納米復(fù)合水泥漿液體系性能，重點驗證在鉆探實際條件下漿液的流動特性與凝固特性，同時對應(yīng)用效果分析，進(jìn)一步完善和優(yōu)化漿液體系配方。

（2）獲得成功應(yīng)用后在項目組中的其他鉆孔中進(jìn)行推廣。

2.2 水泥漿現(xiàn)場試驗

（1）水泥漿配方與小樣試驗

由于各個地區(qū)的實際孔內(nèi)情況及現(xiàn)場條件不盡相同，新型納米水泥護(hù)壁堵漏材料在應(yīng)用前必須進(jìn)行小樣試驗以確保水泥漿液的快速凝固但又不造成孔內(nèi)安全事故。根據(jù)鉆孔實際條件和小樣試驗情況，確定本次水泥漿基本配方見表1。其常溫條件下主要性能：可泵期為35分鐘，初凝時間45分鐘，終凝時間53分鐘，初終凝間隔11分鐘。

表1 現(xiàn)場試驗水泥漿液優(yōu)化配方

（2）注水泥關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

為了確保應(yīng)用效果，項目人員對水泥漿量、替漿量、可泵期等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計，具體如下：

①水泥漿量：本次試驗擬封固孔段為316m～328m，需封固長度為12m，理論容積為0.07m3，水灰比為0.6，水泥干粉重量為86kg，用水量為52kg。

②替漿量：為了保證絕大部分水泥能夠充填該孔段，鉆桿內(nèi)預(yù)留水泥塞高度為28m（約為0.08m3），則替漿量為V=0.0785×(328-28)×0.062=1.46m3，考慮地面管線等因素，實際替漿量為1.50m3。

③水泥漿性能：為了避免水泥漿在孔底因初凝時間過長導(dǎo)致水泥漿被地下水稀釋，需盡量使得水泥漿快速凝固，同時適當(dāng)提高水泥漿的韌性。因此，根據(jù)水泥漿及替漿量總計約為1.50m，泥漿泵采用慢I檔泵送（泵量為160L/分鐘）水泥漿及替漿，理論總時間為9分鐘，綜合考慮水泥漿可泵期時間設(shè)計為30～40分鐘，初凝時間為40～60分鐘，且初凝后迅速終凝，初終凝間隔不大于20分鐘。

2.3 注水泥施工

（1）施工前準(zhǔn)備工作

由于注水泥施工是一項較為危險的施工措施，一旦在注水泥過程中發(fā)生意外，極易造成鉆桿被凝固在孔內(nèi)而造成嚴(yán)重孔內(nèi)事故，甚至報廢鉆孔，因此，在注水泥前必須做好各項準(zhǔn)備工作，主要包括孔內(nèi)工作和地面工作，孔內(nèi)工作是指下入鉆桿至孔底而后上提50cm開泵循環(huán)至注水泥階段，確保孔內(nèi)循環(huán)暢通；地面工作主要指對地面各項設(shè)備的檢查，尤其是泥漿泵活塞、缸套的檢查，確保泥漿泵在注水泥過程中能正常工作；另外還必須對注水泥過程中人員的組織分工，避免發(fā)生緊急情況時慌亂。

（2）配漿水與材料準(zhǔn)備

按照設(shè)計要求，現(xiàn)場采用1個機械攪拌桶，取52kg清水，并稱量好外加劑后分別加入至攪拌桶，攪拌均勻待用；同時準(zhǔn)確量取1.50m3的替漿水，放入替漿圓桶中，放入前記錄好替漿圓桶的液面高度。

（3）注入水泥漿和替漿水

①分別向含有外加劑的配漿水中加入水泥和纖維材料，并迅速攪拌均勻，確保無水泥結(jié)塊，將攪拌好的水泥漿注入孔內(nèi)。

②待水泥漿液全部注入孔內(nèi)后，迅速注入替漿水，尤其注意替漿量的控制，替漿池液面下降至初始刻度時立即停泵，在替漿過程中注意泵壓變化情況。替漿完畢后立即提鉆，其中前30m提鉆速度盡量放緩，避免產(chǎn)生抽吸作用影響水泥漿凝固。

2.4 掃水泥塞施工

候凝時間36小時后，下鉆至305m即鉆遇具有一定強度的水泥塞，一直鉆進(jìn)至328m均為水泥塞，其305m～310m強度相對較低，310m～328m強度較高。

3 結(jié)論

從本次應(yīng)用效果來看，通過控制水泥漿的可泵期和初終凝時間，極大避免了水泥漿被地下水稀釋的風(fēng)險，水泥漿凝固情況較好；通過對取出的水泥心進(jìn)行強度測試，其3d抗壓強度達(dá)18MPa，完全滿足水泥護(hù)壁堵漏要求。同時，由于水泥漿中加入了纖維材料，大大提高了水泥固結(jié)體的韌性和膠結(jié)性，對取出的水泥心敲碎，但因含纖維材料碎而不散，呈“藕斷絲連”狀態(tài)，展現(xiàn)了良好的韌性。

綜上，本次新型納米水泥護(hù)壁堵漏材料的應(yīng)用取得了成功。與常規(guī)水泥封孔相比候凝時間由之前的7天縮短至36小時，大大提高了工程進(jìn)度，降低了勘探成本。此外，水泥固結(jié)強度大大提高，充分展現(xiàn)了納米復(fù)合水泥漿液的優(yōu)異特性，該材料可以在今后的鉆探施工中進(jìn)行推廣。