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摘要 本文通过对金龙山矿区地层特点分析，通过室内外试验，从护壁机理、钻具级配和钻进参数等方面入手，探索和研究出了不同的泥浆配方、合理控制参数和套管护壁措施有效地解决了该地区的钻探施工技术难题，降低了事故率，提高了钻进效率。
关键词：复杂地层 护壁 冲洗液
中图分类号：P535
1. 矿区地层特点及施工难点
1.1 地层特点
金龙山矿区位于陕西省镇安县米粮镇站家乡境内。该矿区处于秦岭褶皱系，南秦岭印支褶皱带上，断裂构造极为发育，岩层十分破碎，裂隙多，破碎带和蚀变带厚。该矿区地层自上而下依次为：0～5m为第四系坡积土、冲洪积物，岩性疏松，成岩性差；5～70m为灰岩夹粉砂岩；70～90m为灰岩；90～192m为页岩、粉砂岩；192～208m为蚀变矿化带，208～260m为页岩夹粉砂岩；260～400m灰岩夹粉砂岩。该矿区页岩主要以碳质和钙质页岩为主，局部夹杂有铁质化页岩，成薄片层状的节理；灰岩主要以方解石为主，其中含有粘土矿物和碎屑矿物，局部绢云母化、高岭土化。具体岩石物理力学性质见表一。
1.2 施工难点
由于金龙山矿区整体处于南秦岭印支褶皱带上，断裂构造极为发育，裂缝，节理较发育，岩石破碎，钻孔漏失严重；钻遇到水敏性强的泥质页岩，钻孔缩颈严重，孔壁易出现剥落，孔壁稳定性差。因地层松散、松软水敏、破碎而引发孔内坍塌、掉快、漏失等，导致夹钻、卡钻、埋钻、断钻等孔内事故频繁发生，严重影响钻进效率，从而该矿区在钻探施工中被称之为“三难”。通过对往年钻孔不完全统计：钻孔事故率46%，台月效率仅达到280米/台月。
2.护壁维稳措施
针对上述问题，我们对以往钻孔地质资料进行了系统的整理，综合分析金龙山矿区地层构造特点、岩性，根据地层及以往钻进技术参数，逐步摸索出控制钻孔孔壁失稳措施。
2.1优选护壁冲洗液
冲洗液是钻进过程中不可缺少的护壁、堵漏介质，因配方不同，其护壁、堵漏的性能差异也是比较大的【1】。根据对该矿区地层的分类和以往钻孔地质资料分析，通过试验，合理选择冲洗液配方。
2.1.1抑制性冲洗液
金龙山矿区不稳定岩层主要为高岭石化、绿泥石化和绢云母化的泥质页岩。遇水后或变软而逐层剥落，或膨胀而使孔径缩小，或因水的润湿而成小块塌落。当冲洗液的失水量比较大时，容易导致孔壁的缩径、严重坍塌，孔壁失稳严重。解决途径：一是减少失水量；二是降低以粘土为主的地层发生水化反应【2】。为此，在室内试验的基础上，优选两种配方：泥浆冲洗液Ⅰ（配制1立方：SH植物胶：10kg PAM：1kg CMC：1.5kg烧碱：0.8kg皂化油：2kg ）；泥浆冲洗液Ⅰ流变性能为：漏斗粘度28s，比重1.01，API失水量11ml/30min，含砂量<3%，泥皮厚度1mm左右，动切力4～5.25Pa，塑性粘度4～7mPa.S，PH值8～9。该泥浆体系具有强抑制能力，同时还具有泥皮薄而光滑，润滑性能好，有很强的携带岩粉能力和及时沉淀絮凝能力。PAA无固相聚合物冲洗液Ⅱ（PAA主剂：0.70%～1.0%；助剂A ：300×10-6～500×10-6；助剂B：0.8%～1.5%；抑制剂K： 1.5%～2.0%）。PAA无固相聚合物冲洗液Ⅱ流变性能为：表观粘度5mpa.s，塑性粘度4mPa.S，漏斗粘度19.5s。该类冲洗液能够在孔壁上形成一层坚韧致密的保护膜，阻止水分进入孔壁，同时抑制剂K可以填充空穴，防止粘土水化【3】。通过现场采集的岩粉制成一定形状的岩样，将岩样置入PAA冲洗液中浸泡，岩样久泡不散。
2.1.2堵漏性冲洗液
该矿区处于大断裂带上，岩层异常破碎，裂隙非常发育，所有钻孔不同程度会发生漏失、严重漏失现象，导致孔壁极不稳定，事故频繁发生。通过现场试验，根据破碎程度、孔壁裂隙大小，筛选了两种堵漏泥浆配方：堵漏泥浆Ⅲ：优质膨润土2%+Na2CO34%+锯末0.2%～0.3%+30%HPAM0.025%+CMC0.025%。堵漏泥浆Ⅳ：优质膨润土5%+Na2CO3 6%+水解度30% PAM 0.2%+水泥20%。这两种该护壁堵漏泥浆在外部压力作用下，能够充分进入到岩层的裂隙中，起到封闭漏失通道，效果非常明显。
2.2套管护壁
复杂地层钻进中，冲洗液護壁堵漏作用不容忽视，但其维护孔壁的稳定具有时间性。当钻孔周期较长时，孔壁会在外部物理化学作用力下会失去稳定。因此必须在钻孔穿过破碎带或漏失层后，要及时的下入套管；另外遇到漏失严重的钻孔，采用现有材料堵漏无效时，或采用其他技术方法成本过高时，也要用套管来解决。实际上在复杂地层钻进很难一径到底，只要钻孔不是一级口径到底，从级配合理性考虑，也要下入技术套管。
2.3合理控制钻进参数
控制钻压、转速和泵量是提高钻进实效的最佳途径。在合理选择钻头的基础上，不可盲目加压、提高转速。根据萨尔基索夫研究理论，钻杆的弯曲度与转速、钻压均成正比，弯曲的钻杆在旋转过程中必然对孔壁进行敲击和摩擦，造成人为破坏孔壁稳定，特别是破碎地层，高转速或大压力都有可能严重影响到钻进工作，甚至导致孔内事故不断。采用异性唇面的金刚石钻头更加合理控制钻压。高转速是金刚石钻进的特点，但过高的转速往往导致岩石来不及破碎而影响钻进速度。泵量的控制也是至关重要的，过大过小都会影响的钻进实效、孔壁稳定、磨料的消耗等。泵量的选择应能保证孔底完全清除破碎的岩石并将其排至地面。当冲洗液不足时，孔底岩石产生二次破碎，这会降低钻进速度，提高钻头的磨损。
3.工程应用效果
2011年，金龙山矿区设计7个勘查钻孔，从整个钻进过程看：上部覆盖层采用泥浆冲洗液Ⅰ进行护壁，采取低压慢钻，最高转速控制在三档以下，穿过覆盖层后，孔壁稳定，孔内事故少，套管下入顺畅；深部地层采用PAA无固相冲洗液护壁，孔壁稳定，钻进效率高。ZK118钻孔在施工到235.63m处，由于地层异常破碎，裂隙比较发育，导致冲洗液大量漏失，我们先后进行水泥灌注多次，但穿过该层后，冲洗液又发生漏失，为此我们采用了泥浆冲洗液Ⅲ，经过两个班的作业，孔壁漏失得到控制，穿过漏失层及时下入套管，确保施工顺利。
通过采取综合防治措施，金龙山矿区钻探施工取得了较好的经济技术指标。单机最高台月实进尺达到509.20米，单机最高台月效率达到563.31米/台月，均创下该矿区的最高记录。
【参考文献】
【1】 刘广志，刘广志钻探工程文集【M】，地质出版社，1992，08
【2】 乌效鸣，胡郁乐等，钻井液与岩土工程浆液【M】，中国地质大学出版社，2002，06
【3】 方道斌，郭睿威等，丙烯酰胺聚合物【M】，化学工业出版社，2006，04
关键词：复杂地层 护壁 冲洗液
中图分类号：P535
1. 矿区地层特点及施工难点
1.1 地层特点
金龙山矿区位于陕西省镇安县米粮镇站家乡境内。该矿区处于秦岭褶皱系，南秦岭印支褶皱带上，断裂构造极为发育，岩层十分破碎，裂隙多，破碎带和蚀变带厚。该矿区地层自上而下依次为：0～5m为第四系坡积土、冲洪积物，岩性疏松，成岩性差；5～70m为灰岩夹粉砂岩；70～90m为灰岩；90～192m为页岩、粉砂岩；192～208m为蚀变矿化带，208～260m为页岩夹粉砂岩；260～400m灰岩夹粉砂岩。该矿区页岩主要以碳质和钙质页岩为主，局部夹杂有铁质化页岩，成薄片层状的节理；灰岩主要以方解石为主，其中含有粘土矿物和碎屑矿物，局部绢云母化、高岭土化。具体岩石物理力学性质见表一。
1.2 施工难点
由于金龙山矿区整体处于南秦岭印支褶皱带上，断裂构造极为发育，裂缝，节理较发育，岩石破碎，钻孔漏失严重；钻遇到水敏性强的泥质页岩，钻孔缩颈严重，孔壁易出现剥落，孔壁稳定性差。因地层松散、松软水敏、破碎而引发孔内坍塌、掉快、漏失等，导致夹钻、卡钻、埋钻、断钻等孔内事故频繁发生，严重影响钻进效率，从而该矿区在钻探施工中被称之为“三难”。通过对往年钻孔不完全统计：钻孔事故率46%，台月效率仅达到280米/台月。
2.护壁维稳措施
针对上述问题，我们对以往钻孔地质资料进行了系统的整理，综合分析金龙山矿区地层构造特点、岩性，根据地层及以往钻进技术参数，逐步摸索出控制钻孔孔壁失稳措施。
2.1优选护壁冲洗液
冲洗液是钻进过程中不可缺少的护壁、堵漏介质，因配方不同，其护壁、堵漏的性能差异也是比较大的【1】。根据对该矿区地层的分类和以往钻孔地质资料分析，通过试验，合理选择冲洗液配方。
2.1.1抑制性冲洗液
金龙山矿区不稳定岩层主要为高岭石化、绿泥石化和绢云母化的泥质页岩。遇水后或变软而逐层剥落，或膨胀而使孔径缩小，或因水的润湿而成小块塌落。当冲洗液的失水量比较大时，容易导致孔壁的缩径、严重坍塌，孔壁失稳严重。解决途径：一是减少失水量；二是降低以粘土为主的地层发生水化反应【2】。为此，在室内试验的基础上，优选两种配方：泥浆冲洗液Ⅰ（配制1立方：SH植物胶：10kg PAM：1kg CMC：1.5kg烧碱：0.8kg皂化油：2kg ）；泥浆冲洗液Ⅰ流变性能为：漏斗粘度28s，比重1.01，API失水量11ml/30min，含砂量<3%，泥皮厚度1mm左右，动切力4～5.25Pa，塑性粘度4～7mPa.S，PH值8～9。该泥浆体系具有强抑制能力，同时还具有泥皮薄而光滑，润滑性能好，有很强的携带岩粉能力和及时沉淀絮凝能力。PAA无固相聚合物冲洗液Ⅱ（PAA主剂：0.70%～1.0%；助剂A ：300×10-6～500×10-6；助剂B：0.8%～1.5%；抑制剂K： 1.5%～2.0%）。PAA无固相聚合物冲洗液Ⅱ流变性能为：表观粘度5mpa.s，塑性粘度4mPa.S，漏斗粘度19.5s。该类冲洗液能够在孔壁上形成一层坚韧致密的保护膜，阻止水分进入孔壁，同时抑制剂K可以填充空穴，防止粘土水化【3】。通过现场采集的岩粉制成一定形状的岩样，将岩样置入PAA冲洗液中浸泡，岩样久泡不散。
2.1.2堵漏性冲洗液
该矿区处于大断裂带上，岩层异常破碎，裂隙非常发育，所有钻孔不同程度会发生漏失、严重漏失现象，导致孔壁极不稳定，事故频繁发生。通过现场试验，根据破碎程度、孔壁裂隙大小，筛选了两种堵漏泥浆配方：堵漏泥浆Ⅲ：优质膨润土2%+Na2CO34%+锯末0.2%～0.3%+30%HPAM0.025%+CMC0.025%。堵漏泥浆Ⅳ：优质膨润土5%+Na2CO3 6%+水解度30% PAM 0.2%+水泥20%。这两种该护壁堵漏泥浆在外部压力作用下，能够充分进入到岩层的裂隙中，起到封闭漏失通道，效果非常明显。
2.2套管护壁
复杂地层钻进中，冲洗液護壁堵漏作用不容忽视，但其维护孔壁的稳定具有时间性。当钻孔周期较长时，孔壁会在外部物理化学作用力下会失去稳定。因此必须在钻孔穿过破碎带或漏失层后，要及时的下入套管；另外遇到漏失严重的钻孔，采用现有材料堵漏无效时，或采用其他技术方法成本过高时，也要用套管来解决。实际上在复杂地层钻进很难一径到底，只要钻孔不是一级口径到底，从级配合理性考虑，也要下入技术套管。
2.3合理控制钻进参数
控制钻压、转速和泵量是提高钻进实效的最佳途径。在合理选择钻头的基础上，不可盲目加压、提高转速。根据萨尔基索夫研究理论，钻杆的弯曲度与转速、钻压均成正比，弯曲的钻杆在旋转过程中必然对孔壁进行敲击和摩擦，造成人为破坏孔壁稳定，特别是破碎地层，高转速或大压力都有可能严重影响到钻进工作，甚至导致孔内事故不断。采用异性唇面的金刚石钻头更加合理控制钻压。高转速是金刚石钻进的特点，但过高的转速往往导致岩石来不及破碎而影响钻进速度。泵量的控制也是至关重要的，过大过小都会影响的钻进实效、孔壁稳定、磨料的消耗等。泵量的选择应能保证孔底完全清除破碎的岩石并将其排至地面。当冲洗液不足时，孔底岩石产生二次破碎，这会降低钻进速度，提高钻头的磨损。
3.工程应用效果
2011年，金龙山矿区设计7个勘查钻孔，从整个钻进过程看：上部覆盖层采用泥浆冲洗液Ⅰ进行护壁，采取低压慢钻，最高转速控制在三档以下，穿过覆盖层后，孔壁稳定，孔内事故少，套管下入顺畅；深部地层采用PAA无固相冲洗液护壁，孔壁稳定，钻进效率高。ZK118钻孔在施工到235.63m处，由于地层异常破碎，裂隙比较发育，导致冲洗液大量漏失，我们先后进行水泥灌注多次，但穿过该层后，冲洗液又发生漏失，为此我们采用了泥浆冲洗液Ⅲ，经过两个班的作业，孔壁漏失得到控制，穿过漏失层及时下入套管，确保施工顺利。
通过采取综合防治措施，金龙山矿区钻探施工取得了较好的经济技术指标。单机最高台月实进尺达到509.20米，单机最高台月效率达到563.31米/台月，均创下该矿区的最高记录。
【参考文献】
【1】 刘广志，刘广志钻探工程文集【M】，地质出版社，1992，08
【2】 乌效鸣，胡郁乐等，钻井液与岩土工程浆液【M】，中国地质大学出版社，2002，06
【3】 方道斌，郭睿威等，丙烯酰胺聚合物【M】，化学工业出版社，2006，04