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1核工业天津工程勘察院贵州岩溶裂隙地层钻探施工工艺创新一、背景概述2011年7月，我队钻探力量首次踏入贵州市场并首次接触岩溶裂隙地层。“岩溶裂隙地层喀斯特地貌”素有“钻探天敌”之称，能否在该类地层中成功完成钻探任务，为我队赢得更广阔的市场环境和良好声誉成为了我队钻探施工工艺的又一严峻考验。老虎洞项目自2011年开始前期施工的3个钻孔由于技术措施尚不成熟，平均台月效率只有513米/台月，钻探效率较差。为了打响进入贵州市场的第一枪，贵州瓮安老虎洞磷矿勘探项目经理朱金乐同志、孟凡印同志组织全体项目成员积极开展岩溶裂隙地层钻探工艺及新泥浆工艺技术试验，努力解决钻探施工中遇到的问题，先后分析和配制了无固相混油泥浆、低固相泥浆及布袋堵漏等新工艺技术，在老虎洞项目取得了较好的措施效果。二、岩溶裂隙地层特点及对钻探施工的影响该矿区地层岩溶裂隙发育属古喀斯特地貌，形成过程中受到了水流的剧烈冲刷，且沉积过程中存在一定层间滑动现象及滑动揉皱层理，滑动层上存在不稳定砾岩。岩溶裂隙孔隙裂隙发育，存在低渗透压力的裂隙孔隙水。矿区复杂地层主要表现为灰岩和白云岩，它们是碳酸盐岩的主要岩石类型，多存在成岩作用与构造作用所形成的溶孔、溶洞、较大的裂隙和碳酸盐沉积颗粒所形成的原生孔隙。同时由于该矿区白云岩地层沉积过程中所受应力作用，钻进过程中钻具对地层扰动造成天然闭合裂隙张开且孔内液柱压力造成人为漏失通道和次生漏失通道。该矿区地层沉积形成过程中受到的地应力影响复杂。首先，水平地应力与上覆地应力不平衡。其次，地层孔隙压力小造成钻井液向地层渗透促使地层孔隙压力变化造成井壁不稳。第三，岩粉中含大量Ca、Mg等离子，严重破坏钻井液性能参数造成井壁失稳。第四，施工过程中遇严重漏失后孔内液柱压力急剧下降形成抽吸作用造成孔壁失稳。施工过程中除遇溶洞外，孔隙裂隙水压力小于孔内水柱压力而造成反复漏失现象。不稳定砾岩伴随着漏失情况出现严重的掉块现象，经常在钻进过程中漏失现象一发生立即出现掉块，上钻不及时则钻具会被掉块卡在钻孔中。同时往往漏失情况一旦出现后不及时处理，强行顶水钻进会造成漏失情况更加恶化，再次处理过程更为复杂，埋下巨大孔内隐患。三、新钻探工艺技术的尝试1无固相泥浆。先期施工的三个钻孔由于对地层特性的不了解，项目组成员采用低固相泥浆进2行钻探施工施工，出现了开不起转速、膨润土絮凝、严重漏失、效率低下等问题，严重的影响着施工进度。针对这一情况，朱金乐、孟凡印两位同志反复进行室内试验并结合钻井液理论，认为低固相泥浆中白土易被地层中的钙、镁离子破坏，此外低固相泥浆比重大于地层渗透压力，同时固相的存在增大了钻具回转阻力给泥浆润滑造成了难度。随即两位同志提出了使用无固相泥浆可有效避免上述问题，又经多次现场及室内试验，最终总结出该地层泥浆特点为：比重低、粘度适中、滤失量小，携带能力强，流变性好。创新利用PHMC高效保水剂大网格状分子且亲水性强的特点、同时自制凝固时间可控的凝胶堵漏剂成功解决了该地层压力渗漏，掉块坍塌等钻探难题。此外，为解决该地层钻孔润滑问题，反复采用多种润滑剂进行试验，最终确定采用基浆中将油包水反向乳化剂加入至废弃机油中所得的润滑材料15％。（泥浆实测性能参数：漏斗粘度：24S，胶体率98％，滤失量8ml/30min,比重1.01-1.02）。2布袋堵漏。ZK020钻孔在施工中于380余米处钻遇2.46m水成性白云岩构造溶洞，该溶洞上顶板轻微坍塌且富有一定填充物，无法采用套管隔离法，常规惰性材料堵漏法克服这一地层，多次使用常规方案均告失败。此后又使用23T水泥封孔配以遁形材料架桥无效。针对深部溶洞且套管无法隔离常规堵漏措施无效的情况，两位同志理论实践结合，采用高强度钢化PVC花管，外部包装高强度高弹性布袋下入孔内溶洞处（上下部与溶洞上下顶板接触良好），计算并注入速凝低比重水泥浆液由PVC花管上孔洞压出，将布袋撑开成为灯篓状。利用PVC管的高强度及布袋良好的强度韧性作为水泥浆液支撑体，使水泥凝固为柱状，进而成为人工造壁。利用人造孔壁，成功隔离溶洞。3进一步工作。老虎洞项目目前正在试验在泥浆中加入发泡剂，制备低比重泥浆（泥浆比重小于1），加大钻头外径等相关工艺措施，相信在，在全体项目成员的协同努力下，我队定能攻克岩溶裂隙地层钻探施工工艺难点。四、采用新工艺后取得的成绩老虎洞项目自20011年开始前期施工的3个钻孔由于技术措施尚不成熟，平均台月效率只有513米/台月。后期施工中有10个钻孔使用无固相泥浆配方成功加快台月效率，其中247-11机台所施工的ZK023及ZK006钻孔获得了台月效率破千的优秀成绩，创造了该矿区施工所有钻探兄弟单位施工近30年来最好成绩。247-13机台所施工的ZK332钻孔为极复杂连续构造孔，但采用上述泥浆成功完成钻探任务，采取矿心6层，采取率达97％，同区域其他兄弟机台均报废。使我队以优异的钻探成绩获得了甲方及115地质大队的一致肯定。3五、改进工作小结钻探施工中泥浆工艺是决定钻探效率的重要因素。随着钻探市场钻孔深度的不断加深、技术含量增加，只有通过不断的技术创新与应用为单位降低成本增加效益，才能使企业在激烈的市场竞争中占得先机。六、参与人员及职责科研小组组长：朱金乐，负责全面领导工艺措施创新科研小组组员：吴慧忠、孟凡印、董震堃，负责室内及现场试验董震堃，负责整个改进工作的总结和文字整理。