井下钻进破碎松软地层配制泥浆的技术方案的利记博彩app

本发明涉及煤矿水文地质勘探技术领域。

背景技术：

目前，在松软岩层中进行钻孔施工一直是国内外钻探技术的难题之一，煤矿井下钻孔尤其是在复杂地层例如在(二叠系上石盒子组、下石盒子组和山西组)进行深立孔钻探中最大障碍是岩粉排出、塌孔、钻孔越深，钻穿的地层越多、施工周期越长，孔内会越复杂，施工难度会越大，而发生塌孔的外部因素是地质构造复杂、地应力集中以及地层松软遇水易膨胀，钻探设备能力不足。内部原因是软岩钻孔施工过程中主要是冲洗液冲选用和配比不当，岩粉排出因难，造成无效钻探进尺、埋钻，塌孔报废。

技术实现要素：

为解决在松软岩层中进行钻孔施工，尤其是在二叠系上石盒子组、下石盒子组和山西组造成塌孔、埋钻、形成无效钻探进尺的问题，岩粉排出因难，本发明了井下钻进破碎松软地层配制泥浆的技术方案：

一是在实验室对现场岩芯进行分析，完成在实验室模拟实际地层条件的实验，做膨胀量试验和防塌试验；

二是利用实验室配制的泥浆，利用现场使用方法进行实际钻进来证明实验效果，从理论上和实验条件下满足该地质条件钻进所需要的泥浆。

考虑到地应力集中软岩条件进行钻探施工对钻孔冲洗液的要求，分析了现有冲洗液对软岩的适应性，用聚丙烯酰胺(PAM)良好的絮凝性、粘合性、降阻性和增稠性，将PAM水溶液用作应力集中区软岩地层深立孔钻进冲洗液，进行科学地配比，合理的使用，解决了孔壁稳定、润滑和深孔排粉困难问题，有效提高钻进效率和钻探工程质量，为了保障现场钻孔成孔把握，首先在室内进行试验和数据分析。

一.实验室实验如下：

1.膨胀量试验

取矿区泥岩岩芯，粉碎后过60目筛，加水捏成团，手压入模具内，冲压成直径20mm，高10mm的圆柱泥饼。该试验所用的试液分别为：清水、泥浆、7‰的PAM水溶液及14‰的PAM水溶液。将所制泥饼分别放入四个测量杯内，然后在四个测量杯内分别放入清水、泥浆、7‰的PAM水溶液及14‰的PAM水溶液，每30分钟观察一次百分表读数并记录数据，直至试验结束。试验过程中所得数据见表4-1：

表4-1 泥岩试件在四种试液中的膨胀量

根据表4-1中数据将泥岩的膨胀量绘制成图，如图2所示：

本试验可以得到如下结论：

(1)由图2易知，泥岩试件在四种试液中的膨胀量有明显不同：在清水中膨胀迅速，三小时内即达到最大膨胀量，且最大膨胀量明显高于其他三种试液；泥浆对泥岩的膨胀有一定的抑制作用，但效果并不理想；7‰及14‰的PAM水溶液有效地抑制了泥岩的膨胀，最大膨胀量控制在了0.2mm之内，所以，PAM水溶液抑制泥岩膨胀的能力最强，现场应用中采用PAM水溶液。

(2)由图2曲线易知，14‰的PAM冲洗液比7‰的PAM水溶液抑制泥岩膨胀的能力更强，故采用14‰的PAM水溶液。

2、防塌能力试验：本试验由于条件所限采用最简单、直观浸饱岩芯法。

岩芯浸泡法即将实验室所制岩石试件在不同浓度的水溶液中浸泡，观察其垮塌情况并记录对应的开始垮塌和完全垮塌的时间，垮塌的时间即可从侧面反应出冲洗液的防塌能力：岩石试件垮塌的时间越长，则对应的该浓度的冲洗液抑制岩石试件垮塌的能力越强，其防塌性能越好，在现场应用中即可采用该浓度的水溶液；反之，其防塌性能较差。

试验过程中，在矿区选取足量的泥岩及粉砂岩试验所需钻屑，在95-105℃下烘干，研磨，过20目筛，盛入干燥瓶中备用；称取NaCl30g加入盛有1000ml水的搪瓷杯中，搅拌使之完全溶解，即质量浓度为30g/L的盐水，用这种盐水作为人造岩芯的粘合剂；称取三份131g的岩粉，分别倒入三个搪瓷杯中，再分别加入17ml质量浓度为30g/L的盐水粘合剂，均匀搅拌润湿即可；经压力机冲压成直径20mm，高15mm的圆柱试件，于105℃下烘4.5h；将加工好的不同岩性的圆柱试件分别同时放入盛有清水和不同浓度PAM水溶液的实验量杯中，试液需没过圆柱试件，观察并记录试件开始垮塌和完全垮塌的情况和时间，由该试验见表4-2：

可得到如下结论

(1)PAM水溶液的防塌能力与清水相比效果十分显著：在清水中，岩石试样在不足一分钟内即完全垮塌：在PAM水溶液中，泥岩和砂岩垮塌的时间不尽相同，但都经历了较长的时间，而且当PAM水溶液的浓度11‰后，泥岩及砂岩试件虽都有一定的膨胀，但最终不会完全垮塌。

(2)PAM溶液的防塌能力随浓度增高而增强，当浓度达14‰时，具有最佳的防塌效果，此时，若浓度再增加，水溶液的防塌能力虽然较强，但已没有14‰的水溶液防塌效果好。一般认为PAM水溶液的浓度为11‰-14‰时，具有较好的防塌效果。

(3)通过对泥岩、砂质泥岩及粉砂岩垮塌时间的对比，易知对于易垮塌岩层(如泥岩)，PAM冲洗液的浓度较低时，防塌效果并不明显，只有具有较高的浓度(≥14‰)时，才具有良好的防塌作用；

实验室做了膨胀量试验及防塌试验，证明现有冲洗液对软岩的适应性，提出了高应力软岩条件下对水溶液的特殊要求，最终选取聚丙烯酰胺(PAM)水溶液在现场应用。

二.现场使用方法

1.在孔深100m以内，可以使用清水钻进为主，随着孔的延伸，适当用专用7‰PAM水溶液泵压循环排粉。

2.在孔深100～200m孔深段，每钻进30m排粉洗孔1次，每次用量4～6m³；PAM水溶液浓度11‰～15‰排粉达到50％

3.在孔深200m-300m，PAM水溶液浓度增加1.5倍后的PAM絮凝剂排粉洗孔，每次用量5～8m³；PAM排粉50％；

4.在孔深300m以深孔段，则用PAM水溶液定期每班排粉洗孔1～2次，每次用量不低于5m³。

5.遇到孔内坍塌、岩粉过多，或循环液供给压力突然增大反映出孔内有其它异常时，及时改用PAM水溶液浓度14‰的水溶液进行洗孔。

PAM水溶液的防塌随浓度增高而增强，当浓度达14‰时，具有最佳的防塌效果避免了钻孔的垮塌；此时，若浓度再增加，水洗液的防塌能力虽然较强，但没有PAM水溶液浓度14‰的水溶液携带岩粉效果好，一般认为PAM水溶液的浓度为11‰-14‰时，具有较好的防塌和携带岩粉效果，能够较顺利通过应力集中而且易坍塌地层。

本发明的有益效果

本发明解决了钻进应力集中区、易坍塌软岩地层所需要的泥浆，钻孔孔壁稳定了，深孔排粉困难解决了，可有效提高钻进效率和钻探工程质量，减少了煤矿财力物力人力的浪费。

附图说明

图1井下钻进破碎松软地层配制泥浆的技术方案流程。

图2根据表格图数据将泥岩的膨胀量绘制图。

具体实施方式

由图1可以详解井下钻进破碎松软地层配制泥浆的技术方案流程；一是在实验室对现场岩芯进行分析，完成在实验室模拟实际地层条件的实验，做膨胀量试验和防塌试验；二是利用实验室配制的泥浆，利用现场使用方法进行实际钻进来证明实验效果，从理论上和实验条件下满足该地质条件钻进所需要的泥浆。

1.膨胀量试验

取矿区泥岩岩芯，粉碎后过60目筛，加水捏成团，手压入模具内，冲压成直径20mm，高10mm的圆柱泥饼。该试验所用的试液分别为：清水、泥浆、7‰的PAM冲洗液及14‰的PAM冲洗液。

将所制泥饼分别放入四个测量杯内，然后在四个测量杯内分别放入清水、泥浆、7‰的PAM水溶液及14‰的PAM水溶液，每30分钟观察一次百分表读数并记录数据，直至试验结束。试验过程中所得数据见表4-1泥岩试件在四种试液中的膨胀量

本试验可以得到如下结论：7‰及14‰的PAM冲洗液有效地抑制了泥岩的膨胀，最大膨胀量控制在了0.2mm之内，所以，PAM水溶液抑制泥岩膨胀的能力最强，现场应用中采用PAM水溶液。

2.防塌能力试验

本试验由于条件所限采用最简单、直观浸饱岩芯法。

岩芯浸泡法即将实验室所制岩石试件在不同浓度的水溶液中浸泡，观察其垮塌情况并记录对应的开始垮塌和完全垮塌的时间，

见表4-2：

垮塌的时间即可从侧面反应出水溶液的防塌能力：岩石试件垮塌的时间越长，则对应的该浓度的水溶液抑制岩石试件垮塌的能力越强，其防塌性能越好，在现场应用中即可采用该浓度的水溶液；反之，其防塌性能较差。

现场使用方法

利用实验室配制的泥浆拿到现场进行实际钻进来证明实验效果，从理论上和实验条件下满足该地质条件钻进所需要的泥浆：

1.在孔深100m以内，可以使用清水钻进为主，随着孔的延伸，适当用专用7‰PAM水溶液，泵压循环水排粉。

2.在孔深100～200m孔深段，每钻进30m排粉洗孔1次，每次用量4～6m³；PAM水溶液浓度11‰～15‰排粉达到50％

3.在孔深200m-300m，PAM水溶液浓度增加1.5倍后的PAM水溶液排粉洗孔，每次用量5～8m³；PAM排粉50％；

4.在300m以深孔段，则用PAM水溶液定期每班排粉洗孔1～2次，每次用量不低于5m³。

5.遇孔内坍塌、岩粉过多，或循环液供给压力突然增大反映出孔内有其它异常时，及时改用PAM水溶液浓度为14‰的水溶液进行洗孔。

PAM水溶液的防塌随浓度增高而增强，当浓度达14‰时，具有最佳的防塌效果避免了钻孔的垮塌；此时，若浓度再增加，水洗液的防塌能力虽然较强，但没有PAM水溶液浓度14‰的水溶液携带岩粉效果好，一般认为PAM水溶液的浓度为11‰-14‰时，具有较好的防塌和携带岩粉效果，能够较顺利通过应力集中而且易坍塌地层。