冻土层用冲洗液体系在玉树多彩乡查涌矿区钻探施应用

鲁生彪，严志财，胡国军¹,董升普¹,纪卫军²

(1.青海齐鑫地质矿产勘查股份有限公司，青海810003;2.北京探矿工程研究所，北京100083)

摘 要：查涌矿区地层破碎，且多数钻孔钻遇冻土层，施工中极易发生坍塌、卡钻等事故。针对施工中存在的问题， 作者研制了冻土层用冲洗液体系，该体系耐低温达-19℃,且在低温条件下具有良好的流变性，防塌性能 强；对冲洗液体系进行了现场应用，取得了很好的效果。

关键词：破碎地层；冻土层；冲洗液；流变性能；防塌性能

中图分类号：P634.64                     文献标识码：A             文章编号：1009-282  X(2015)03-0033-03

查涌工区位于青海省南部玉树藏族自治州治多 县，行政区划隶属于青海省治多县多彩乡管辖，距西 宁市约1065km,  距尕龙格玛西矿区约15km, 治 多 县至多彩乡有三级公路相通(19km),  多彩乡至工作 区南有简易公路相连，交通尚属便利。

工区地势西南高、北东低，海拔一般为4500~ 5200m,  高差 一 般500m 左右，接近现代雪线，属侵 蚀高山亚区，因此工区冻土层发育丰富。区内水系  发育，主要为查涌、日啊日曲等，属长江水系。年最  高气温24℃,最低气温- 30℃,年均气温0℃以下， 昼夜温差大，冰冻期长；全年除六至八月份外，基本 都为冰冻期。

工区人口稀少，世居民族为藏族，常年以放牧为 生，随草逐流的游牧生活，无农业生产和工矿企业， 社会经济比较落后，生产和生活物资大多由西宁运  抵。野外生产生活用电须自备燃油发电机，通讯需  配备无线电台或卫星电话。

1 地质概况

工作区位于通天河印支期铜、铅、锌成矿亚 带。区内出露地层主要为三叠世巴塘群碎屑岩 段，第三纪曲果组；岩性以石英砂岩、粉砂岩、粉砂 质板岩、泥质板岩、灰岩为主；工作区内岩浆岩多 为燕山期石英闪长岩，与其北部巴塘群碎屑岩段 呈断层接触关系。此外，辉长岩脉广泛出露；区内 以北西向断裂构造为主，其次级的近东西向的构 造与成矿关系密切。

2 钻探施工中存在的施工难题

工区平均海拔在4500m 以上，由于受强烈的地  质构造作用，断裂和节理裂隙十分发育，岩层破碎严  重，地表裸露部分多为强风化层，呈沙粒及碎石状。 地层软硬不均，岩层变化极快，多数钻孔存在冻土  层。施工极为困难，主要遇到的问题如下：

(1)岩层破碎严重，断裂和节理裂隙十分发育， 容易发生掉块、坍塌、漏失等情况，地层破碎情况.

(2)多数钻孔存在冻土层，且室外平均气温较 低，冲洗液特别容易冻结，之前采用普通冲洗液体系 施工冻土层时，经常发生冻卡现象；冻土层地层软硬 不均，变层极快，并且其受温度影响较大，当冲洗液 温度较高时，冲洗液与冻土层之间的热交换相对较 快，冻土层中的冰层容易融化，导致取心率较低，同 时上覆岩层失去支撑后容易发生掉块、坍塌等不稳 定现象。

以上问题要求钻探过程中使用的冲洗液首先能 够耐低温，即在较低的温度下依然能够保持良好的 流变性能；其次需要具备很好的防塌性能，能够满足 破碎地层防塌护壁的需要。

3  冻土层冲洗液体系的组成及性能

3.1  体系材料组成及主要作用

针对以上问题项目组设计了一种冰点为-19℃ 的抗低温冲洗液体系，该体系能够在低温环境下保  持良好的流变性能，同时具有很强的防塌护壁性能， 其材料组成及主要作用如下：

(1)复合盐水：由无机盐和有机盐组成，其作用：

①降低冲洗液冰点；②提高冲洗液密度，能够对孔壁 起到支撑作用，达到维护孔壁稳定的效果；③提高冲 洗液体系的抑制性，抑制泥页岩、风化层、泥质胶结 物等水敏性较强的岩层的水化分散。

(2)钠膨润土：造浆材料，具有造浆和胶结孔壁 的作用。

(3)包被剂(BBJ):   提高体系抑制性，具有包被 和适度絮凝作用。

(4)增黏剂(GTQ):    抗盐效果好，具有提高黏 切、降低失水的作用。

(5)降失水剂(CMS):   淀粉类降失水剂，具有降 低失水的作用。

(6)防塌减阻剂(GFT):   乳液状沥青防塌材料， 抗盐效果好，降低失水，能够通过封堵和粘接起到防 塌护壁的作用。

(7)极压润滑剂(GLUB):   提高体系润滑性能， 对冲洗液其他性能无影响。

3.2  体系配方

20%复合盐水+3 . 5%钠膨润土+0 . 2%BBJ+ 0.6%GTQ+0.7%CMS+1.5%GFT+1.5%

GLUB

3.3  体系性能

体系性能见表1。

表1         优化配方常规性能

4 现场应用情况

2014年5月18日开始，先后在查涌工区的四 个钻孔 zk1-2 、zk4-1 、zk10-1 、zk8-1          进行冻土 层冲洗液体系现场试验，具体情况如下：

4.1  设备概况及孔身结构

钻机主要使用XY—44  钻机，泥浆泵为BW—   250型，现场配有1m³ 搅拌机。钻孔设计孔深分别 为500m 、300m 、300m 、580m,均以φ127口径开孔， φ75口径终孔。

4.2  冲洗液配制及维护

开孔一般采用细分散膨润土体系，下完表层套 管后更换为冻土层用冲洗液体系，具体配方如下：

20%复合盐水+3%～4%钠膨润土+0.5%~ 0 . 7%增黏剂+0 . 6%～0 . 8%降失水剂+1%～2% 高效防塌剂+0 . 1%～0 . 3%包被剂+1 . 5%极压润 滑剂。

配制方法：在泥浆搅拌机中放入清水，然后加入 复合盐搅拌2～5min, 待其充分溶解后加入膨润土 搅拌5～10min, 然后按照配方顺序依次加入抗盐共 聚物、降失水剂、高效防塌剂搅拌5～10min, 然后再 加入包被剂、润滑剂搅拌10～20min 后即可使用。

冲洗液性能：漏斗黏度19～30s;比重1 . 18~ 1.25g/cm³;API      滤失量5～10mL; 泥皮≤0.5mm,   有韧性；pH 值 8 。

冲洗液维护方法：

(1)前期换浆时严格按配方配制冲洗液，在冲洗 液循环使用中，需经常测试冲洗液性能。补浆时可 根据性能，参考配方，结合各处理剂作用调整冲洗液 性能。

(2)由于现场机台没有配固控设备，所以需要人 工及时清理沉淀坑中的岩粉，如果清理不及时，岩粉