雷波磷矿复杂地层钻探施工技术

陈刚

四川省煤田地质局一四一队四川德阳618000

摘要：本文介绍了我队在四川省雷波县岩脚磷矿复杂地层施工的钻井施工工艺。针对矿区地层含砂岩、灰岩、白云岩、泥岩、砂泥岩互层、石膏等多种岩性且局部地层极其破碎的特点，选择了钻探设备和钻进工艺，通过实验设计与地层相适应的泥浆方案；同时结合套管护壁和堵漏措施顺利完成了ZK1301孔的施工任务。

关键词：岩心钻探，复杂地层，泥浆

Abstract:ThispaperintroducesourteaminsichuanprovinceLeiBoXianrockfeetphosphaterockcomplexformationconstructiondrillingconstructiontechnology.Accordingtotheminingareaformationincludingsandstone,limestone,dolomite,shale,sandshaleinterbed,gypsumandsoonmanykindsoflithologyandlocalformationisbrokencharacteristics,choosethedrillingequipmentanddrillingprocess,throughtheexperimentdesignandformationcorrespondstothemudscheme;AtthesametimewithcasingbreastwallandpluggingmeasuressuccessfullycompletedtheZK1301constructiontask.

Keywords:Coredrilling,complexformation,mud

1、工程概况

四川省雷波县岩脚磷矿位于雷波县城225°方向，直线距离约45km。勘查区地处四川盆地西南缘小凉山的金沙江西岸。最高点为勘查区西部的牡沙，标高为1940.0米；最低点为勘查区东部的米撒拉打沟，标高为860.0米；最大相对高差为1080米。一般标高1300～1600米，相对高差500～700米，区内植被较发育，属深切割的高、中山区。

川西南海湾潮坪南部的雷波聚磷盆地中部，其构造环境及地理环境优越，为磷质聚集、生物衍生、成磷、聚磷再造成矿，创造了极为有利的条件，是早寒武世磷矿沉积的主要场所。矿区就地处扬子成磷区（Ⅰ级）的上扬子成磷带（Ⅱ级）之川、滇成磷亚带（Ⅲ级）中段的雷波磷矿带（Ⅳ级）。

2、施工区地质情况

施工区域构造较为简单，地层产状较陡（50°～60°左右），其间也发育有小断层，对矿体有一定影响，故本区构造复杂程度属于中等类型。主要地层有震旦系、寒武系、第四系如表1所示。

3、问题与对策

（1）钻遇地层岩性变化大。矿区地层含砂岩、灰岩、白云岩、泥岩、砂泥岩互层、石膏等。施工过程中易出现缩径、垮塌掉块、重复扫孔、卡钻等复杂事故。

（2）局部地层极其破碎，裂隙发育，井壁坍塌掉块，钻井液漏失情况严重。

本次钻井工程的主要难点在于保证破碎段施工过程中的孔壁稳定和岩（矿）心的采取率。最新研究表明，钻井施工井壁不稳定的原因主要受力学不稳定和化学不稳定相耦合的因素影响。如钻遇地层中的白云岩、泥岩、砂泥岩互层等地层遇水会有不同程度的水化造成孔壁失稳；而地层本身极其破碎则会使孔壁力学不稳定。因此，在施工过程中分段采用合适的施工设备、钻井方法，针对不同地层设计使用与之相适应的泥浆配方并配合适当的钻进规程参数以保证施工的顺利进行。对于破碎地层出现钻井液严重漏失的情况，采用有效的堵漏材料进行封堵。

4、钻探设备和钻井方法的选择

根据钻探要求和实际情况，ZK1301号钻孔所采用的钻机为XY-44型钻机；主要采用齿轮金刚石钻头，将常规的Φ77钻头底部直径的增大为Φ78，增大环空间隙；本次钻井施工采用绳索取心钻进法，绳索取心钻探技术具有无须提出孔内钻杆就可获得钻取的岩心、效率高、劳动强度低、减少孔壁的坍塌可能性等一系列优点，但是，绳索取心钻进却有一个主要特点是钻杆内壁易结泥垢。由于钻杆内壁结泥垢，缩小了钻杆内径，将直接阻碍打捞和内管总成在钻杆柱的升降，造成捞取岩心困难甚至失败。所以采用绳索取心钻进施工时，应采用良好的固控系统控制钻井液中的岩屑浓度。ZK1301号钻孔采用震动筛与沉淀池相配合的方式进行有效的钻井液固相控制。

根据已知地层信息，设计采用防塌性能好的钾盐聚合物防塌泥浆，具体配方如下：

淡水+（3%～6%）膨润土+（0.2%～0.4%）Na2CO3+(0.1%～0.3%)CMC或(0.1%～0.3%)K-PAM+（1%～3%）KHm+（1%～3%）FT-1+(1%～3%)SMC+无荧光防塌剂

经室内实验该配方的泥浆性能如表2：

5、ZK1301钻孔分层钻进及钻井工艺

5.1开孔

开孔地层为第四系覆盖层，采用Ф150mm钻头开孔至孔深8.86m，轻压慢转，下Ф127mm孔口管8.07m。

5.2一开

一开采用Ф110mm钻头钻进至88.22m，钻压500～800kg，转速200～300r/min，泵量40。钻遇硅质白云岩、白云岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，层状结构，裂隙分育，地层破碎。

根据钻遇地层特点，现场采用高膨润滑土含量聚合物钻井液，具体配方如下：

淡水+（6%～8%）膨润土+（0.2%～0.4%）Na2CO3+(0.1%～0.2%)CMC

泥浆性能为：比重1.04～1.06g/cm3,黏度45～60s，滤失量8.0～10.0mL，泥饼厚度<1mm，PH值8～10，含砂量<1%。

5.3二开

二开采用Ф91mm钻头钻进至101.00m，由于地层极为破碎，出现提钻后钻孔垮塌无法加单根情况，为防止孔内事故产生，下套管至100.97米换径。钻遇深灰色薄层状泥质灰岩,薄层状构造,泥晶结构,局部含方解石细线,铁质侵染，呈黄褐色至红褐色,夹4-5mm硅质岩,具水平层理。钻压500～800kg，转速200～300r/min，泵量70。

二开施工，现场采用在一开泥浆的基础上加入防塌润滑剂FT-1和KHm，并提高CMC加量来调节泥浆性能，具体配方如下：

井浆+0.1%CMC+（1%～2%）FT-1+（1%～3%）KHm

泥浆性能为：比重1.05～1.08g/cm3,黏度40～60s，滤失量5.0～7.0mL，泥饼厚度<1mm，PH值8～11，含砂量<1%。

5.4三开

由于二开钻进时所遇到的特殊情况，三开阶段及时调整泥浆配方与地层相适应。钻遇粉砂岩、钙质泥岩、泥质粉砂岩、泥质灰岩、砂泥岩互层、磷灰岩、白云岩等。多为层状构造、粉砂或泥质结构，水平层理，地层破碎，裂隙发育。

三开施工，现场采用钾盐聚合物防塌泥浆，Ф77mm钻头顺利钻进至563.77m米终孔，钻压500～800kg，转速200～300r/min，泵量80。具体配方如下：

井浆+(0.1%～0.3%)K-PAM+(1%～3%)SMC+（1%～3%）KHm+（1%～2%）FT-1+（1%～3%）无荧光防塌剂

泥浆性能为：比重1.06～1.10g/cm3,黏度40～60s，滤失量<5.0mL，泥饼厚度<1mm，PH值8～11，含砂量<1%。

5.4泥浆性能维护及堵漏措施

钾盐聚合物防塌泥浆具有良好的抗温、抗盐、抗钙和抗膨润土、钻屑的污染能力。同时钾盐聚合物防塌泥浆体系防塌能力强，有效地解决了长段泥岩和硬脆性地层的垮塌问题。在施工过程中要定时观测泥浆性能，通过补充KHm、SMC、CMC、K-PAM、FT-1等钻井材料的用量来使现场施工的泥浆性能达到设计要求。泥浆密度要与地层压力相平衡，若下钻遇阻则逐渐提高密度至平衡为止。黏度应维持在40～60S，复杂地层滤失量<5mL，pH值在8.0～11.0之间，摩擦系<0.25，含砂量<0.5％,固相含量<20％，静切力为1～3/9～12Pa/Pa，塑性黏度为8～18mPa•s，动切力为4～10Pa。

施工过程中钻遇特别破碎段地层，出现泥浆大量漏失现象。造成钻孔漏失，有两方面的因素，一方面为地质因素；另一方面是工艺因素。其中地质因素是主要因素。也就是说地层自身存在的孔隙、裂缝、洞穴，为漏失提供了漏失通道和先决条件。当钻进过程中穿过这些岩层时，如果引起钻进地层——钻孔体系压力的不平衡，就会导致井漏。

由于施工时泥浆大量漏失，现场及时采用堵漏材料进行堵漏达到了较好的效果，具体堵漏配方如下：

井浆+1%果壳+2%锯末+1%棉仔壳

同时，在施工过程中遇到漏失情况时，还要及时调整施工方法。

（1）下钻时，控制下钻速度，防止压力激动过大。

（2）下钻完成后，用就小泵量缓慢开泵，开泵时应避开漏失井段，等泥浆循环通之后再提高到正常泵量。

（3）控制钻进速度，保证井眼通畅。

经过现场堵漏和调整施工工艺有效抑止了泥浆漏失，钻井施工顺利进行。

6结语

四川雷波磷矿岩心钻井ZK1301孔顺利施工完成功表明，采用的钻井设备合适，绳索取心钻进方法能够快速有效的达到施工要求；针对复杂地层设计的钾盐聚合物防塌泥浆抑制性强、润滑性好、抗污染能力强在钻井施工中起了很大的作用；在地层特别破碎引发井漏时，采用的堵漏技术很好的解决了泥浆漏失问题。这些成功经验和技术措施为雷波磷矿地层ZK502、ZK1302孔的施工起到了良好的借鉴作用。

参考文献

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作者简介

陈刚（1984-2），男（汉族），四川江油人，就职于一四一队钻探公司。