低温泥浆在高原冻土层的钻探施工应用

低温泥浆在高原冻土层的钻探施工应用

付建金

四川省地质矿产勘查开发局一O九地质队610100

摘要：本文介绍了四川省地质矿产勘查开发局一0九地质队在青海省都兰县柯赛东铅多金属矿详查及外围普查钻探工作中存在的技术问题，高原冻土层钻探施工中孔故多，效率低，成本高。一0九地质队与成都理工大学共同研制针高原冻土层钻探施工低温泥浆的配制方法，在冻土层中进行钻探生产试验，取得了系列试验对比数据和结果，以及在高海拔施工存在的问题。

关键词：低温泥浆；冻土层；性能指标；台月效率

一、概况

工作区位于都兰县东部扎麻山北部柯柯赛沟，行政区划隶属青海省海西蒙古族藏族自治州都兰县夏日哈乡。工作区位于都兰县城103°方向，直线距离约80km处。由于都兰柯赛东地处高原，勘查区自然条件较差，平均海拔4300m-5000m，相对高差较大，山势陡峻，地势具有北高南低的特点。山坡、山间大滩、沟谷多为崩坡积、坡残积覆盖。干旱少雨，多风，气候寒冷，昼夜温差大，冰冻期长，无霜期短。年平均气温1.4-5.1℃，年平均降水量37.9mm-180.5mm，蒸发量1358mm-1765mm，年日照时数2903.9h-3252.5h，属于典型的大陆性高原荒漠气候，氧气稀薄。勘查区植被稀疏。

钻孔海拔达到4800米，冬季冻土层厚度达到百余米，冬季施工使用常规泥浆时常出现孔内事故，施工难度非常大。2013年6月至2013年10月全年4台套钻机施工仅完成18个钻孔，计2462.65米钻探任务，台月效率仅为154米/台月。鉴于现场施工条件恶劣，钻进效率低事故频繁，生产成本较高的现状，一0九地质队与成都理工大学共同研制针对高原冻土层施工的低温泥浆。我队在2014年在此矿区进行试验取得了较好的使用效果，现将具体试验情况报告如下：

二、试验条件

（一）矿区地层地质条件

在勘查区内分布较广，主要分布于勘查区的西南角及各沟谷地带，为一套山麓相-冰川相的半胶结-未胶结的泥、砂、砾质沉积物和坡积物，靠近山脊附近受冰川影响，形成大面积的碎石流，坡麓地带广泛发育有厚度不等的崩坡积（Qcol+dl）、坡积层（Qeld）、冲洪积（Qalp），其中冲洪积（Qalp）主要分布于柯柯赛河及支沟河床河漫滩，厚1-5米不等。

根据岩性不同，地层大致可划分为阳起石片岩、大理岩、砂质板岩三个岩性层：阳起石片岩（?OTc-ph）主要分布在测区内大理岩段与花岗岩接触部位，少数在大理岩层间破碎带、层间裂隙发育带，总体厚度20-260m。大理岩（?OTc-mb）北西向分布于勘查区中间部位，总体上呈南东宽北西窄的带状展布，厚度50-500m。砂质板岩（?OTc-sl）主要为由灰绿-灰黑色砂质板岩、绢云母-白云母千枚岩，局部夹中厚层状结晶灰岩组成，走向北西-南东，倾向北至北东，倾角38°-85°，厚度约350-1200m。

（二）设备工艺情况

钻机：XY-4立轴式钻机（柴油机）。

泥浆泵：衡阳产BW250型泥浆泵。

钻杆：Φ75绳索取心钻杆。

钻进方法：绳索提钻取心。

（三）钻孔结构及钻进方法

采用Ф130开孔，根据覆盖层厚度钻进数米，下入Ф127孔口管，然后用HQ（Ф94）系列钻进至较完整基岩后下入Ф91套管，再用NQ（Ф75）钻进至终孔。

采用的钻进工艺参数如下：

一般地层取心钻头：外径Ф75mm，内径Ф48.5mm。

钻压：3－5KN。

转速：200-500转/分。

钻压和转速的配合：根据不同地层，主要以控制机械钻速为主，要求机械钻速在1-2.5米/小时之间。

三、低温泥浆的配制及性能

（一）配制方法：

研究从众多的试验方案中优选出具有良好低温特性的低固相泥浆体系的最优配方。

1、造浆粘土的选用与基浆的配制

经过国内多种造浆粘土的使用研究，我们推荐使用优质人工纳土作为低温低固相泥浆体系的造浆粘土，主要性能控制见下表。

基浆的性能表

2、低固相低温泥浆体系的配制

（1）按基浆量的2‰加入NaOH，充分搅拌10分钟以上；

（2）按基浆量的3％加入SHR，充分搅拌10分钟以上；

（3）按基浆量的15％加入NaCl（盐），充分搅拌10分钟以上；

（4）按基浆量的0.5％加入PS，调节泥浆低温流变性能，应充分搅拌待用。

（5）按基浆量的0.3％加入HT，调节泥浆滤失性能，充分搅拌20分钟以上，待泥浆体系外观稳定即可使用。

（6）如果泥浆综合性能达不到要求，可以调节PS、HT的加量，直到达到所需性能要求即可。

（二）配浆材料

1、配浆水采用一般清水即可，但应注意配浆水要保持微碱性；

2、推荐造浆粘土为山东高阳土；

4、NaOH（烧碱）为一般市售产品；

5、NaCl为一般市售盐，食盐或工业用盐均可；

7、SHR为专用低温泥浆体系综合处理剂（也可以用铁铬盐FCLS或磺化单宁SMT等高效稀释剂代替）。

6、HT为低温泥浆滤失性能调节剂（也可以用抗盐型磺化酚醛树脂SMP-2代替）。

3、PS为低温泥浆流变性能调节剂（如果盐的加量不高，也可以不用）。

（三）性能指标

所选的低温泥浆体系优化配方和性能控制如下表所示。

低温泥浆体系最优配方及性能控制

注：实际应用时可根据现场情况适当调整，以泥浆性能最佳，满足需要为准。

四、现场试验

（一）柯柯赛铜矿区

低温泥浆先在柯柯赛铜矿区3ZK0002试用，钻孔于2014年8月24日开孔，2014年9月4日终孔，孔深246.40米，岩芯长度为236.06米，采取率达到95.80%，台月效率达到666米/台月。在冻土层中施工没有再出现冻钻杆的事故，整个钻孔施工非常顺利，取得了非常好的效果。

柯赛东铅锌矿

由于低温泥浆在柯柯赛铜矿区3ZK0002钻孔试用取得了良好效果，相继便在柯赛东铅多金属矿的四台钻机中推广使用低温泥浆，

柯赛东铅多金属矿区使用低温泥浆钻孔工作量统计（表一）

在这10个钻孔中采用低温泥浆钻进，基本上杜绝了冻土层中的冰冻糊钻事故，提高了台月效率。完成钻探总工作量1552.67米，平均台月效率达到363.91米/台月，比2013年度有大幅度提高，取得了较好的经济效益。其钻探指标统计见表一。

五、低温泥浆的维护和管理

1、严格按要求的配方和步骤进行配制。

2、切记有清水、山水、雨水流入循环系统，更不允许在泥浆中直接加清水，以免泥浆性能变坏，失水量增大，加大钻孔的漏失程度。

3、低温泥浆的悬浮能力和携带岩屑（粉）的能力较强，所以返水孔必须做好捞砂，除砂工作。

4、使用低温泥浆携砂、携岩粉缘故，导致泥浆比重增大，使用孔内返出的泥浆性能达不到要求时，应采取除砂装置确保泥浆质量。

六、结论

低温泥浆在整个矿区的大部分钻孔现场试验结果表明：

（一）低温泥浆具有较强的抗冻能力，一定程度上防止了冰冻糊钻事故的发生。

（二）低温泥浆具有较强的携砂、排砂作用。

（三）使用低温泥浆作冲洗液能提高钻进效率和回次进尺。

（四）低温泥浆具有一定的护壁、防塌作用。

（五）低温泥浆具有轻微的防漏堵漏效果。

（六）低温泥浆在矿区试验，虽然堵漏效果不明显，似乎没节约泥浆材料。但从另一个角度分析就可知道他对降低钻探成本所起的作用，由于低温泥浆携砂、排砂能力强，孔内干净，起下钻顺利，减少冲孔、扫孔等辅助工作时间，提高纯钻时间利用率，降低孔故率，提高时效、台效、缩短施工周期，所以降低了钻探成本。

七、存在的问题

1、低温泥浆在高寒地区有较好的使用效果，但它属于复合型配方，配方处理剂种类较多，机场配制泥浆较复杂，钻工们的使用体验不够良好。

2、由于在高原寒冷地区施工，现场施工条件恶劣，泥浆的后期性能维护难度很大，至使钻孔循环的泥浆性能不稳定，往往是钻进中出现问题后才对低温泥浆的性能进行维护和调整。

参考文献

[1]胥建华等.岩土钻进工艺课程设计手册[M].成都理工大学.2002.

[2]李世忠.钻探工艺学[M].成都理工大学，2006.9.

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[4]鄢捷年.钻井液工艺学[M].中国石油大学，2006.

[5]地质矿产部书刊编辑室编辑.岩心钻探规程[M].地质出版社，1983.4