双聚防塌冲洗液体系

在辽阳红阳三矿煤田深部补勘项目中的应用

王景章',纪卫军²,陶士先²,于保国',丁国东

(1. 河北省地勘局第四地质大队，河北承德067000;2.北京探矿工程研究所，北京100083)

摘  要：辽阳红阳三矿地质条件复杂，由于冲洗液使用不当使得钻探施工遇到了很多的问题，如地层分散造浆、煤 系地层坍塌掉块等，根据该地区地层特点设计了以包被剂、聚丙烯腈铵盐和改性沥青为主的双聚防塌冲洗液体系。 该体系流变性、造壁性好，抑制泥页岩水化作用强，在红阳三矿煤田深部补勘项目中应用时，较好地解决了前期施 工存在的问题，取得了良好的使用效果。

关键词：造浆；坍塌；双聚防塌冲洗液体系；抑制性；造壁性

中图分类号：P634.6    文献标识码：A    文章编号：1672-7428(2013) S1-0216-03

1  地质概况

红阳三矿位于辽宁省灯塔市柳条寨镇，2013年 钻探工作量3万余米，该地区上部主要由地表耕土、 粉质粘土细砂、中砂岩组成，中部由灰绿色泥岩、安  山岩、凝灰岩组成夹杂粉砂岩、砾岩；下部以灰绿色  泥岩、砂岩为主，孔深900 m 后逐渐见煤层，多为粉  煤，煤层间夹泥岩、砂岩，胶结较为松散。

2  以往施工中存在的主要问题及原因分析

(1)部分地层分散造浆严重。之前其他单位在 此施工时，在进入钻孔中部泥岩地层后，冲洗液固相 含量上升快，流动性变差，钻探效率下降，有时由于 冲洗液性能调整不及时还会造成压差卡钻事故。这 主要是由于钻孔中部泥岩地层水化分散所致，这样 的地层不适合用细分散性冲洗液体系，最好使用不 分散的聚合物体系，利用聚合物的包被絮凝作用控 制冲洗液的固相含量。

(2)煤系地层存在坍塌掉块现象。本地区钻遇 煤层多为粉煤，长度从几十公分到十几米不等，另外 煤层间夹杂的泥岩、砂岩胶结较为松散。煤系地层 属不稳定地层，极易发生掉块、坍塌等失稳现象，造 成这些问题的主要原因： 一 是煤层松散破碎，胶结 差，孔壁强度低；二是地层坍塌应力较大；三是这种 复 杂地层经过钻井液浸泡后，膨胀压力增大，颗粒之 间的摩擦力降低，不稳定趋势加大；另外起下钻过程 中的抽吸与冲击作用是造成坍塌掉块的诱因。

(3)钻杆内壁结垢严重，造成打捞内管困难。 以往施工单位大多使用分散性冲洗液体系，在进入  造浆地层后，冲洗液固相含量上升快，造成钻杆内壁  结垢，使得打捞内管困难，辅助时间增多，钻探效率  下降严重 。

3  体系配方及性能分析

针对以上问题，我们设计了一种具有较强抑制 性的防塌冲洗液体系——双聚防塌冲洗液体系。该 体系主要由钠土和3种冲洗液材料构成，即聚合物 包被剂、降失水剂和防塌剂。通过大量对比试验，最 终我们选择包被剂(北京探矿工程研究所研制的高 效聚合物，分子量约600万)作为聚合物包被剂，聚 丙烯腈铵盐作为降失水剂，改性沥青(GLA) 作为防 塌剂，然后通过配方试验得出体系的配方如下：3% ~4%钠土+0 . 2%~0 . 3%包被剂+0 . 5%~1%铵 盐 + 1 % ~ 2 % GLA。

配方常规性能为：表观粘度10~20mPa·s,   动 切力2 .5~7mPa, 动塑比0.2~0.52,静切力1.5~ 6/8~15mPa,API     失水量5~8mL, 泥皮厚度0.2~ 0.4     mm,泥皮质量致密有韧性。

从其中取一组处理剂加量适中、性能较优的配 方做体系抑制性能评价试验，其配方为：3.5%钠土 +0 .25%包被剂+0 .7%铵盐+1% GLA。

在实验室我们一般通过相对膨胀率实验和滚动 回收率实验来评价冲洗液的抑制性能。为了能够对

收稿日期：2013-06-30

基金项目：中国地质调查局“重点成矿带钻探冲洗液关键技术研究与示范(12120113097400)”项目资助

作者简介：王景章(1971-),男(汉族),河北承德人，河北省地勘局第四地质大队探矿技术研究院技术负责，勘查技术与施工专业，从事地质 钻探及研究工作，河北省承德市双滦区上白庙村，18931401119@163.com。

双聚防塌冲洗液体系的抑制性能有一个横向比较， 我们同时测试其它两种常用冲洗液体系的抑制性 能，分别是常用分散性体系、氯化钾体系。

4  相对膨胀率实验

实验采用NP-01   型页岩膨胀测试仪，岩心采 用钻探现场350m 孔段灰绿色泥岩压制。用冲洗液 浸泡岩心，测岩心线性膨胀量，并计算相对膨胀降低

需要。该体系的综合使用成本只有氯化钾体系的 50%以下。

6  体系现场应用

2013年3月中旬，河北省地勘局第四地质大队 在施工的S107 孔对双聚防塌冲洗液体系进行现场 应用，具体情况如下。

6.1  设备及孔身结构

率。试验结果见表1。

表1  不同冲洗液体系抑制膨胀性能

S107 孔采用XY-6B   钻机，NBB/250 型冲洗液 泵，配有0.6 m³ 搅拌机。孔身结构设计如图1所

相对膨胀    示。

降低率/%

从表中数据可以看出双聚防塌冲洗液体系的相 对膨胀降低率为75.2%。从与两种体系的对比来 看，双聚防塌冲洗液体系抑制泥岩膨胀的性能略弱 于氯化钾体系，远远强于常用分散性体系。

5  岩屑回收率试验

试验仪器采用XGRL-4   型滚筒，岩样采用钻探 现场350m 孔段灰绿色泥岩加工而成。实验方法如 下：将6~10目岩样20g 放入装有350 mL冲洗液 的老化罐中，在120℃下滚动24 h, 取出岩屑在105 ℃下烘干，分别经40目、20目筛余后称重并计算回 收率。试验结果见表2。

表2滚动回收率试验表

图 1 S107孔孔身结构示意图

6.2    冲洗液配制及维护

6.2.1  配方

该孔一开使用细分散膨润土体系，二开及三开 使用双聚防塌冲洗液体系，由于地层存在造浆现象

所以在现场初始配制时我们没有加钠膨润土，具体 配方为：1m³水 + 2 ~ 3kg 包被剂+5~10 kg 铵盐+ 10~20     kg     GLA。

6.2.2    配制方法

依次加入铵盐和改性沥青搅拌5~10 min, 待其 充分分散后加入包被剂搅拌20～30 min 后即可使 用。

6.2.3  冲洗液性能

漏斗粘度19~21 s; 密度1.02~1.04 g/cm³;   API滤失量6~9 mL/30  min;泥皮厚0.5mm, 有韧

从表中数据可以看出双聚防塌冲洗液体系的滚

动回收率40目筛回收率68.8%。从与两种体系的

对比来看，双聚防塌冲洗液体系抑制泥岩分散的性

能略弱于氯化钾体系，远远强于常用分散性体系。 从抑制性指标看，双聚防塌冲洗液体系略弱于

氢化钾体系，但其综合性能指标已能满足现场施工

性。

6.2.4 冲洗液维护方法

(1)由于现场没用振动筛、除砂器等固控设备， 所以需要组织工人及时清理沉淀坑中的岩粉，有时  候由于清理不及时，岩粉混人冲洗液中造成钻杆内

壁结构，这时候就需要通过适当排浆的方式清除劣