无固相泥浆在曹县煤田青岗集勘查区中的应用

周桂宁

（山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272100）

随着煤炭资源勘查深度的不断延伸，资源勘查成本和施工难度也不断增加，施工风险更是越来越大。在煤田勘查过程中，由于地层埋藏深、松散层厚度大等原因极易造成卡钻、埋钻等事故，在以往的施工过程中，一般选择膨润土低固相泥浆进行钻进，不但极易造成孔内事故还会影响钻探效率。如何避免此类事故的发生，提高钻探效率，是目前煤田地质工作人员所面临的难题。在曹县煤田青岗集勘查区项目施工中，技术人员结合勘查区地层特征通过反复试验，采用了无固相泥浆进行钻进，通过实际应用起到了非常好的效果。

1 青岗集勘查区地层特征

青岗集勘查区位于曹县境内，地层自下而上为奥陶纪马家沟群、石炭纪—二叠纪月门沟群本溪组、太原组和山西组、二叠纪石盒子群、古近纪官庄群、新近系及第四系。

该区新近系和第四系地层广泛分布，厚度较大，全区新生界厚度在940～1263.20m。上部的第四系岩性一般为黄、棕黄色粘土和砂质粘土，夹不等粒砂层，中下部的新近系岩性为棕黄、浅绿色粘土岩和砂质粘土岩，夹有部分细砂岩。无固结、成岩性差，一般较松散。在钻孔施工中砂层坍塌、掉块、粘土层膨胀缩径极易造成埋钻、粘钻、卡钻、找不到原孔等孔内事故，甚至导致钻孔报废。

2 无固相泥浆在钻探施工中的作用

在钻探工程中，泥浆的运用旨在对钻孔井壁进行保护，以往所应用的多为细分散低固相泥浆。此类型泥浆有较高含量的造浆黏土，泥浆体系内黏土保持高度分散，孔内循环中泥浆有明显失水情况，整个孔壁稳定性的维持主要借助失水后的泥皮，护壁能力较差，极其容易造成事故。

通过利用无固相泥浆的渗析胶结性质及吸附胶结作用，达到砂层胶结的目的，增强孔壁的稳定性以达到保护孔壁的作用，能够获取较好的浆液护壁效果。

3 无固相泥浆的配置

根据青岗集勘查区的地层情况，在充分试验的基础上，总结出来一套适合本区钻进的泥浆配比方法。每一立方按照水解聚丙烯酰胺0.3kg、聚丙烯氰钠盐5～6kg、工业纯碱5～6kg 的比例，对其进行搅拌，充分溶解。配置好溶液后使泥浆性能达到粘度19～25s、比 重1.03～1.07、失 水 量8～15ml/30min、pH 值9、胶体率达到98%即可使用。

水解聚丙烯酰胺（HPAM）分子链上的水化基团-COONa 在水中电离成COO 和Na，使其分子链带负电荷和水化，在静电和水化膜斥力的作用下，使其卷曲的分子链得到伸展。这种伸展的长链高分子在钻孔井壁形成薄膜，对水敏性地层形成良好的护壁性，并对岩屑进行选择性的絮凝，使其有利于沉淀，保证了钻孔内干净，杜绝孔内岩粉的沉淀，保证了钻孔的安全。

4 无固相泥浆在青岗集勘查区中的应用

青岗集勘查区松散层厚，砂层多，粘土层易膨胀，施工难度大，以往施工中会经常出现孔内因缩径、砂层坍塌等原因造成的孔内事故。特别是施工的水文地质钻孔和煤层气参数井难度更大，钻进使用TXB-1600 型普通煤田钻机，由于取芯多，提下钻次数多，还需要下入Φ146mm 套管1100 多米护壁套管。从开孔初期就使用无固相泥浆护壁的方法，上部采用Φ108mm 三翼无心钻头钻进，自800m 开始采用Φ89mm 岩心管和Φ89mm 肋骨钻头取芯钻进，施工至1100m 左右，见基岩界面后用Φ170mm无心钻头扩孔，下入Φ146mm 套管。且后期长度1300m 左右的抽水套管在孔内停滞10d 左右的时间后一次性提出孔内。在施工过程中，严格按照配置比例进行泥浆配置，并进行充分搅拌，根据施工地的水质情况适当调整了各种材料的配置比例。

钻进中，岩粉和细砂会不断进入泥浆，造成泥浆黏度、密度和含砂量逐渐增大，严重影响钻探效率和钻孔质量。在钻进过程中必须做好泥浆除砂净化工作，使用“长槽大池”泥浆循环系统。泥浆池中泥浆储备量一般是钻孔容积的2倍，并尽量加长泥浆槽的长度，有利于岩粉的沉淀，有条件的钻机还在施工现场配备了除砂设备，有利于清除泥浆中的岩粉和细砂等物质。

随着钻孔的不断加深，孔内泥浆性能会发生变化，并在循环系统中时刻注意了泥浆液的补充，时刻监测孔内泥浆各性能指标。根据钻进地层和泥浆性能变化情况，不断地进行维护和调整，使其保持泥浆性能的稳定性。

5 无固相泥浆的应用效果

截至2019 年使用本方法配置泥浆已施工完成钻孔近60 个，钻探进尺75000 多米，全部采用无固相泥浆裸孔施工，施工过程中没有出现因为钻孔砂层坍塌、掉块、粘土层膨胀缩径等原因造成的埋钻、粘钻、卡钻、找不到原孔等孔内事故，做到了成孔率100%，钻探效率达到720.3 ～1606.8m/月，平均钻效1200.9m/月。与未使用无固相泥浆时相比较，钻探效率提高近300m/月，按60 个钻孔计算，可增加近1000 万的直接经济效益。施工的3 个水文地质钻孔、2 个煤层气参数井护壁套管全部一次性下入孔内，抽水套管也实现一次性提出。通过无固相泥浆的应用极大避免了孔内事故的发生，提高了钻探效率。如表1 所示。

表1 随机抽取10 个钻孔钻效统计表

6 结论

无固相泥浆配制简单，性能稳定，容易调整和维护，在青岗集勘查区成功的应用，很好地解决了巨厚松散层中容易出现的埋钻、黏钻、出现叉孔等事故，增强了护壁能力，减少了钻具的磨损和动力的消耗，提高了钻进效率，保证了钻孔的顺利完成，为勘探开发菏泽曹县煤田提供了坚实的钻探技术保障，仅青岗集勘查区就增加了近1000 万元的直接经济效益。同时项目的顺利完工，按照年产500 万t 的矿井计算，每年可产生15 亿元的社会效益。