贵州省福泉市大湾区镍钼钒多金属矿普查中低固相泥浆的应用

2019-05-15陈敏

世界有色金属 2019年4期

陈敏

（广西壮族自治区三一○核地质大队，广西桂林 541000）

我队在贵州省福泉市大湾区镍钼钒多金属矿普查，先后进行金刚石绳索取芯钻探施工8个钻孔，钻孔深度为410m～990m，总进尺为6380m。采用磺化酚醛树脂（SMP-Ⅱ）—磺化沥青低固相泥浆克服了孔壁坍塌、缩径、漏失等施工难题，取得了较好的经济效益[1]。

1 矿区地层

钻孔穿过矿区（狭义概念：本文仅普查区范围）主要地层由上至下为：①第四系地层，该地层主要为洪积、坡积层，厚度较薄，为9.60m～25.30m，易钻进。②明心寺组，中下部为绿灰、灰色页岩与砂页岩互层；上部为灰、灰绿色薄层、中厚层、及厚层状细粒砂岩为主，夹钙质粉砂岩、砂质页岩、页岩及细晶灰岩，厚度12.80m～345.50m。该地层页岩互层多而厚，属水敏性地层，易吸附水，出现缩径、垮孔现象。③牛蹄塘组，由黑色炭质页岩、粉砂质页岩、水云母粘土岩组成，含少量黄铁矿晶粒及结核，与下伏灯影组地层呈假整合接触，是镍钼钒多金属矿富集层，厚19.30m～42.40m。④灯影组，有灰白、白色中厚层至厚层白云岩组成，厚157.20m～362.8m，该地层特点是岩层厚，岩石脆性大，破碎、裂隙多，漏失严重[2]。所以该勘查区的护壁、防塌、堵漏就成了低固相泥浆的重点。

2 泥浆材料的性能

（1）磺化沥青（SAS）是沥青经发烟硫酸或三氧化硫进行磺化后，再水解制得的产品。由于磺化沥青含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在页岩界面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散起到防塌作用。

（2）黄花酚醛树脂（SMP-Ⅱ）由苯酚、甲醛与亚硫酸氢钠进行缩合和磺化，再与水进行树脂化和络合反应制得。为阴离子水溶性聚电解质，是一种耐温抗盐的钻井液降滤失剂。

3 施工背景及泥浆实验

钻孔ZK603设计深度850.00m，我队施工至367.8 0m页岩水敏性地层，孔壁失稳出现掉块卡钻现象，处理时间3d，钻孔出现“大肚子”越扫孔越浅，无奈被迫钻孔报废。采用水泥封堵法后继续往下钻进，280.80m又遇大裂隙，又采用水泥封堵法，就这样反复封堵裂隙6次，处理及待工时间为15d，钻进至356.20m时因上部页岩层停待时间过长缩径、掉块卡钻，经过多次处理未果，不得已钻孔报废。

钻孔要想完成施工，必须用好泥浆，使其固相含量低、流变性好、防塌性强、漏失量少。根据前人资料及地层特点，以5%钠土+0.3%Na2CO3+0.2%KPAM+0.2%LV-CMC为基浆，在此基础上分别加入4%～5%SAS、2%～3%SMP-Ⅱ 及有机硅腐植酸钾（OSAM-K），设计配方如下：配方1：基浆+4%SAS；配方2：基浆+5%SAS+2%SMP-Ⅱ；配方3：基浆+6%SAS+3%SMP-Ⅱ+1%OSAM-K。

表1 各泥浆配方性能

从表1试验结果得出①加入SAS和SMP-Ⅱ的泥浆液性能好，后粘度提升，失水量明显减少，抑制页岩遇水膨胀、掉块；②泥浆流动性好，泥皮薄、韧性好，能在孔壁上形成薄膜；③加入OSAM-K后起稀释作用，粘度降低，适用于下伏灯影组地层接触带的粘土层，仰制其造浆粘度陡然升高。

护壁机理：磺化酚醛树脂（SMP-Ⅱ）—磺化沥青低固相泥浆是由K-PAM、LV-CMC、SAS、SMP-Ⅱ高聚物混合配置而成的混合液，这些高聚物的分子胶结性好，吸附能力强，分子之间通过吸附基连接形成网状结构，当吸附达到平衡后高分子及微粒填满裂隙，通过沉降、压缩形成韧性良好的吸附膜，降低泥浆的失水量，从而有效地防止和页岩地层水化分散和膨胀，有效的防止水敏、松散等不稳定地层的孔壁坍塌掉块，保证地层的稳定性，从而起到了防塌、护壁作用。

4 现场应用

ZK603和ZK1302钻孔根据设计方沿矿脉走向分别往东南方向移动7～10m，钻孔编号为ZK603-1、ZK1302-1。钻进至粘土层时，由于地层造浆，粘度升至46S～50S，采用配方3加入OSAM-K稀释泥浆，使其达到适用范围内。钻进至白云岩时，因泥浆中的高聚物分子及微粒对裂隙不断的吸附填满，起到封堵的效果，失水量明显减少，孔口返水量大，对于大裂隙在泥浆中加入一定量的惰性材料——锯末进行堵漏，取得了较好钻进效果。经过现场试验应用磺化酚醛树脂（SMP-Ⅱ）——磺化沥青低固相泥浆，ZK603-1用36d钻进至设计地层终孔873.90m，ZK1302-1仅用20d钻进至设计地层终孔531.00m。

经过试验磺化酚醛树脂（SMP-Ⅱ）——磺化沥青低固相泥浆具有下列优点：①泥浆润滑性能较好，提高钻具使用寿命。②护壁性能好，隔水性强，有很好的抗钙能力，仰制水敏性地层，且具有一定的防塌堵漏作用。③排岩粉能力强，孔底沉渣少、减少卡钻埋钻事故。

在大湾矿区我队采用该泥浆及相应的钻进措施，顺利完成钻探施工任务，得到了业主好评。