复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术分析

覃江省

（贵州丰联矿业有限公司大方县黄泥乡安强煤矿）

复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术分析

覃江省

（贵州丰联矿业有限公司大方县黄泥乡安强煤矿）

随着经济的发展，我国对矿产资源的需求量越来越大。我国很多矿区的地质条件都较为复杂，开矿难度较大。深孔钻探技术有效地解决了这一问题，但是由于钻孔过深，很容易发生塌陷问题，这就需要泥浆护壁技术来解决。本文以复杂地层深孔钻探中的问题为基础，结合具体的工程案例，对PHP泥浆护壁技术和LBM泥浆护壁技术进行分析，以期为同行提供一定的借鉴。

复杂地层；深孔钻探；泥浆护壁；应用

跨入21世纪以来，我国的经济高速发展，随着而来的就是资源需求量的迅速增长。为了满足矿产资源的需求，我国矿产资源开采的强度也与日俱增，使得地质探勘工作逐日深入地层，促使深孔钻探技术得以广泛应用。由于深孔钻探技术使用的过程中，施工过于隐蔽，孔内的详细情况得不到及时的了解，孔底信息上传到地面需要一定的时间，孔内情况的应对难度较大[1]。因此，更需要采取一定的措施保证其施工安全，而泥浆护壁技术正好为这一问题的解决提供了方法，为复杂地层深孔钻探施工的安全提供了有效的保障。

1 工程概况

××铅锌矿属于我国我国少见的黄铁铅锌矿床，矿床规模大，矿量丰富。该矿区由四部分组成，分别是水草坪、富屋、凡口岭和铁石岭。自该铅锌矿发现以来，通过分析该矿床的成矿特征和控矿条件，逐步在该矿区发现了新矿体，矿床特征也更加明显。但是目前该矿区地质条件复杂，矿产资源埋藏较深，其勘探和开采需要使用深孔钻探技术[2]。

2 深孔钻探技术应用难点

（1）××矿床地处盆地北部边缘和山脉的过渡带内，赋矿层位属于中泥盆统至早石炭统碳酸盐岩，在成矿的过程中有东北走向的同生断裂带。该矿区的岩层较为稳定，却含有多层次的破碎带。在深孔钻探开展的过程中，孔壁易失稳，护壁较为困难。钻孔越深，地层就越为复杂，钻进的时间也就越长，孔壁也就越容易失稳。由此可见，在深钻孔的过程中，孔壁保护异常重要，护壁问题必须得以有效解决。

（2）钻探回转的阻力较大，动力消耗大，材料消耗大，孔内易发事故多。随着钻孔深度的增加，钻杆的长度也要不断增长，钻孔的摩擦阻力也要不断增大[3]。这种问题在绳索取心钻探中表现的尤为明显，不仅会加重钻杆磨损，还会增加钻机的负荷增大，使得钻机的转速不易提升，还容易造成断杆事故。

（3）钻头的使用寿命缩短。在深孔钻进的过程中，钻压控制的准确性会有所降低，加之钻杆接头密封不良的影响容易诱发冲洗液泄漏事故，冲洗液不能全部送到孔底，容易造成假循环，使得钻头微烧，影响钻头的使用寿命。

（4）钻进效率低，钻进成本高。深孔钻进的施工周期比较长，如果护壁处理不当，钻孔内事故的发生率就会增加，钻进效率就会降低，从而使得成本增加。

3 泥浆护壁技术分析

现在常用的泥浆护壁技术有两种：①PHP泥浆护壁技术；②LBM泥浆护壁技术[4]。本文探讨的工程使用的是PHP泥浆护壁技术，因此先对此泥浆护壁技术进行分析。

3.1 PHP泥浆护壁技术

（1）PHP冲洗液概述。PHP冲洗液是一种聚丙烯酞胺经经过水解之后产生的物质，属于一种长链的高分子化合物。PHP能够吸附很多基团，比如-CONH2，在基团的作用下PHP能够形成一层薄膜，来降低泥浆带给底层的侵蚀作用，从而达到护壁效果[5]。同时，PHP还是一种表面活性剂，其吸附到岩石或者金属表面的时候就会发挥润滑作用，从而降低摩擦阻力，达到护壁效果。目前国内使用的PHP是分子量大于1000万的高分子PHP，它的絮凝作用和包被作用更为明显，护壁效果更佳。

（2）PHP泥浆护壁技术应用。在该铅锌矿工程钻探的过程中，主要的地层类型是露泥盆系地层和石炭系地层，并且第四系地层范围较广。在断层构造的影响下，岩石破碎现象严重，裂隙发育程度较高，部分地层存在严重的漏失现象。在深孔钻探的过程中，使用PHP护壁技术，其中PHP溶液的分子量在800～1200之间，其水解度为30%；PVA溶液的醇解度为99%，对其溶解时要进行加温处理，温度升高到80～90℃，在升温的过程中要不停地搅拌。

（3）PHP泥浆护壁技术应用效果分析。应用实践证明，使用PHP冲洗液之后，在破碎程度一般的地层钻进的时候，孔壁稳定润滑与防止绳索取心钻杆内壁结垢的问题能够得到基本解决，其护壁效果良好，不仅使得钻进效率得到了有效的提升，还使得钻探工程质量得以有效提升。原来钻进机的工作效率为342m，使用PHP护壁技术之后钻井机的平均台月效率提高为430m，其工作效率提高了25.7%。原来深孔钻探过程中孔内事故的发生率为31.25%，使用PHP护壁技术之后孔内事故的发生率下降到20.49%。原来优质孔率为70～80%，使用PHP护壁技术之后优质孔率能达到90%以上。

3.2 LBM泥浆护壁技术

（1）LBM泥浆概述。LBM泥浆中富含许多-CONH2、-CN、-COONa等基团，将其用于泥浆配置，配置出来的泥浆就会具备密度低、粘度小、切力低、失水行低、分散性高等特点，并且其性能能够通过添加量的多少进行调节[6]。LBM泥浆的具体性能见表1。

表1 LBM泥浆性能分析

（2）LBM泥浆护壁技术应用。以另外一个工程为例对LBM泥浆护壁技术的应用进行探究。招远玲珑金矿地层破碎严重，复杂度较高，使用深孔钻探技术进行勘测和开采，钻孔漏失现象严重。曾经使用PHP泥浆、花生皮和棉籽壳等材料进行护壁处理，均堵漏无效，泥浆几乎全部漏失。于是转换方法，使用PHP+PVA冲洗液进行“顶漏”钻进，但是在钻进的过程中发生了坍塌现象，掉块问题严重，不仅钻进效率受到了严重的影响，甚至还发生了坍塌事故。例如ZK160-3孔使用PHP冲洗液进行钻进，在孔深515.07～517.85m的位置出现了一段砂粒状松散地层，钻孔内发生坍塌，多次扫孔之后仍然没有办法将钻具下沉到钻孔底部。之后使用LBM泥浆进行钻进，仅仅花费了5h就打通了坍塌层，继续钻进达到525.38m的位置。因为之前的钻孔出现全漏失现象，为了节约施工成本，在钻通塌陷区之后重新使用PHP冲洗液钻进，钻进深度直达665.3m，在这期间再也没有出现坍塌或者掉块现象。再比如ZK136-4钻孔，开始的时候使用PHP+PVA冲洗液，钻进深度达1009.58～1020.6m时，地层出现严重破碎现象，到1040.08m时钻具断裂，提钻之后出现孔壁坍塌现象，钻具被埋，经过多次扫孔处理均无效，孔内沉淀物达5～8m厚。为了解决这个问题，更换使用LBM泥浆进行冲孔，进花费26h就彻底清除了沉淀物，将事故钻具处理完之后继续钻孔，直到1146.59m都没有发生坍塌、掉块现象。由此说明，LBM泥浆护壁技术的护壁效果更加，能够有效的保证深孔钻探的安全和效率。

4 结语

随着经济的发展，我国矿产资源的需求量与日俱增。由于我国的中小矿区较多，且矿区的地质条件较为复杂，在勘探和开采方面都有很大的难度。目前，深孔钻探技术广泛应用，但应用过程中的塌陷、掉块问题也给矿区的勘探和开发带来了很大的困难。该问题的解决在很大程度上依赖于护壁技术的应用效果。目前，普遍使用的护壁技术有两种：①PHP泥浆护壁技术；②LBM泥浆护壁技术，经过实践证明，这两种泥浆护壁技术均能取得很好的护壁效果，能够为复杂地质条件下深孔钻探施工提供有效的安全保障和效率保障。

[1]黄定真，李亮，杨新江，等.复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术[J].城市建设理论研究（电子版），2014（17）：118.

[2]郑思光，赵志杰，王克佳，等.司家营（南）区大贾庄铁矿复杂地层深孔钻探技术[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2011，38（7）：36～39，46.

[3]陈永忠.复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践[J].科技创新与应用，2014（7）：278.

[4]郭文光.粤北凡口铅锌矿深孔钻探泥浆护壁技术[J].内江科技，2011，32（11）：121.

[5]宋新杰.兰渝铁路隧道深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践[J].大陆桥视野（下半月），2012（8）：103，105.

[6]陶建华，李粤南，陈惠明，等.高压旋喷水泥浆护壁技术的研究与应用[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2014（3）：11～17.

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1004-7344（2016）13-0176-02

2016-4-20