可循环微泡沫泥浆在地浸砂岩铀矿中的应用.pdf

第4 J4卷第 5期 2 0 0 8年 9月 地 质 与 勘 探 GE0L 0G Y AN D P R0 S P E C TI NG Vo 1 4 4 No 5 S e p t e mb e r ， 2 0 0 8 可循 环微泡 沫泥 浆在地 浸砂岩铀 矿 中的应用 要二仓 ， 郑秀华 ， 杨爱军 ， 张富兰 ， 陈立敏 ( 1 核工 业二 0八大队 ， 包 头0 1 4 0 1 0 ； 2 中国地 质大学( 北 京) ， 北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘 要 针 对地 浸砂 岩型铀矿 内蒙古鄂 尔 多斯 盆地银 东地 区和 巴音 戈壁 盆地 巴音 戈壁 地 区钻进 中经常出现钻孔漏失、 孔壁坍塌， 堵漏时间长等问题而开展的可循环微泡沫泥浆研究试验 ， 较好地解决 了地层渗漏水问题 ， 减少了生产用水量， 明显提高了机械钻速和岩心采取 率， 降低 了生产成本。可循环 微泡沫泥浆钻探工艺不需要投入空压机和增压装置， 仅利 用现有泥浆泵即可使用， 大大降低 了钻探成 本 ， 有利 于推 广使 用 。 关键词 地浸砂岩铀矿钻孔漏失可循环微泡沫泥浆防漏堵漏 中图分类号 P 6 3 4 文献标识码 A 文章编号 0 4 9 5 5 3 3 1 ( 2 0 0 8 ) 0 5 0 0 8 70 4 0 前言 1 室 内实验 地浸砂岩铀矿由于其形成条件的影 响导致这种 地层 的构造异常复杂 ， 在钻探施工 过程 中经 常出现 钻孔漏失、 孔壁坍塌现象 。 鄂尔多斯盆地银东地区地质构造有断裂 ， 背 、 向 斜 ， 褶曲 ， 极易发生构造导通漏水。在厚度大 、 渗透 性好 的砂岩层钻进时 ， 在泥浆柱压力作用下 ， 常发生 渗漏现象 ， 加之背 、 向斜构造 ， 地层倾角大 ， 漏水更严 重。另外该地 区是我 国严重干旱缺水和地表盐 、 碱 化地区 ， 生产用水为高矿化度 的咸水 ， 配置泥浆的结 构稳定性差 、 胶体率低 ， 在静止状 态下 ， 孔 内泥浆 的 固相成份协同岩粉极易发生聚沉 ， 若钻具在孔 内， 会 造成严重的埋钻事故。巴音戈壁地区位于巴丹吉林 沙漠东缘 ， 该地 区长年干旱缺水 ， 钻遇地层大部分位 于潜水位 以上 ， 钻进揭露后极易吸水发生渗漏水现 象 。由于地层漏水 ， 堵漏时间长， 造成成本 高、 钻进 效率低 、 施工质量较差。 为解决复杂地层漏失 问题 ， 采用可循环微 泡沫 冲洗液 ， 2 0 0 7年先后在该地区顺利地完成 了 Z K B 1 2 8 ( 新 ) 钻孔 、 Z K D 90钻孔 、 B Z K 3 24 8钻孔 和 B Z K 3 2 3 2钻孔 ， 显示了 良好的防漏堵漏效果。 1 1 防漏堵漏原理 1 )微泡沫冲洗液具有较低的密度 ， 能适 当降低 钻孔液柱压力 ， 使孔漏得到缓解 。 2 )微泡沫冲洗液具有非常 良好 的润滑性 ， 循环 压耗小 ， 泵压低 ， 使 冲洗液循环密度降低 。 3 )微泡沫冲洗液在 低剪 切速率 时具有高粘度 和高切力性能 ， 大大增加 了孔 内流体在裂缝 和孔 隙 内的流动阻力 ， 有利于阻止孔漏的继续发生。 4 ) 微泡在裂缝和孔隙内聚结但不结合， 具有 “ 架桥” 封堵作用 ， 有效地阻止 了冲洗液在 漏失通道 继续流动。 1 2 可循环微泡沫冲洗液的配制 可循环微泡沫钻井 液配方是通过使用发泡剂、 稳泡剂及其他处理剂在室 内进行大 量实验 确定 的， 具体到某各地区的某钻孔 ， 由于地 面配浆的水质不 同， 所 以配方要稍微调整。 可循环微泡 冲洗液体 系常规配 方 ： 4 5 预 水化膨润土浆 + 0 1 氢氧化钠 +0 2 0 3 稳 泡剂 +0 2 0 3 中粘 度 絮 状纤 维 素 C MC + 0 1 0 3 发泡剂。 该 冲洗 液常温下的性能见表 1 2 。 收稿 日期 2 0 0 80 31 1 I 修订 日期 2 0 0 80 71 6 。 基金项 目 中国核工业地质局钻探生产 中科研项 目( 2 0 0 7) 资助。 第一作者简介 要二仓( 1 9 6 4年一 ) ， 男 ， 1 9 8 8年毕业于成都地质学 院 ， 获学 士学位 ， 现主要从事地浸砂岩铀 矿钻探技术工作 。 8 7 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 8年 注 ： p为可循环微泡钻井液密度 ， A V为表观粘 度 ， P V为塑性粘度 ， YP为动切力 ， G e l 1 0 “ 1 0 为 1 0 s 和 1 0 mi n的初切力和终切力 ，F V为漏 斗粘度 ，F L为 AP I 滤 失量 。 表 2 常温下可循环微泡沫钻井液其他的性能指标 抗钙能力 m g l 抗盐能力 m g l 抗油能力 抗黏土能力 岩屑 回收萼 噩 3 0 0 0 5 0 o O 1 5 5 8 0 2 现场 应用 2 0 0 7年 5 7月笔者在银东地 区和巴音戈壁地 区进行 了应用试验 。 可循环泡沫通过用搅拌机搅拌产生 。准备使用 微泡沫泥浆前 ， 先放掉 地面全部 流动性差 的泥浆。 在搅拌机中加入 1 m 的水 ， 然后加入 2 3袋膨润土 ( 2 5 k g 袋) 进行搅拌 ， 使膨润土充分水化 ， 此过程 中 加入烧碱 ， 调整泥浆 p H为 91 1左右 ， 再加入 2 k g 的稳泡剂和 2 k g的 C MC， 搅拌 2 0分钟后 ， 加入 1 k g 的复配发泡剂 。充分搅拌后 ， 放入泥浆池中， 然后泵 人孔 内， 进行循环 ， 循环均匀后的泥浆性能大致为 ： 密度 0 9 3 g cm。 左右 ， 漏斗粘度为 4 05 0秒 。在非 漏失和渗漏地层采用此性能的微泡沫冲洗液可 以顺 利钻进。但是在发生严重漏失的孑 L 段 ， 需要调节冲 洗液的流变特性 ， 增大冲洗液的粘度 ， 在原微泡沫冲 洗液配制方法的基础上加大稳泡剂和 C MC的加量 ， 并且配合堵漏材料锯末一起使用 。此时采用的配制 方法为 l m 的水 中加入 3 4袋膨 润土 ( 2 5 k g 袋 ) 进行搅拌 ， 加入烧 碱 ， 调整泥浆 p H为 91 1左 右 ， 再加入 23 k g的稳泡剂 和 23 k g的高粘纤 维素 C MC， 搅拌 2 0分钟后 ， 再加入 2 0 3 0 k g的锯末和 1 2 k g的复配 发泡剂。充分 搅拌 ， 并配 制足够使用 的泥浆 ， 经过地面循环 以后泥浆的性能大致为 ： 密度 1 1 1 g cm 左右 ， 漏斗粘度 6 0 8 0秒。 银东地 区石槽村 Z K D 1 28原钻孔在孔深 2 5 4 2 5 8 m段发生大漏失 ， 不返水 ， 提钻后发现孔 内水 位极低 ， 用普通泥浆加堵漏剂堵漏 ， 没有效果 ， 即决 定该孔报废 ， 移孔位 ， 在原孔位西部约 1 0米 的位置 重新开钻 。随钻漏失严重影响了钻进速度 ， 增 加了 钻探综合 成本。另一方面 由于原用泥浆 的稳定性 差 、 胶体率低 ， 泥浆切力低 ， 泥岩地层 自然造浆 ， 泥浆 8 8 流变性变差 ， 携 岩能力下 降 ， 造成 孑 L 底岩粉 重复破 碎 ， 钻头 、 钻杆接手 、 岩心管磨损严 重。由于泥浆失 水量大， 且很难在孔壁形成性能良好 的泥饼 ， 致使钻 探过程 中泥浆 自由水沿微裂 隙进入泥岩 中， 使其发 生水化膨胀 ， 缺乏滤饼保护的砂泥岩钻孔易于坍塌。 Z K D1 28新孔 在孔 深 2 5 42 5 8 m 段 和孔深 2 9 5 3 0 0 m段发生大漏失 ， 两段均不返水 ， 提钻后发 现孑 L 内没有水位 ， 用微泡沫泥浆加锯末搅拌循 环堵 漏效果 良好 ， 终孔深度 3 0 4 m。Z K D 90孔在 2 8 3 0 3 3 0 0 m、 4 7 1 05 1 8 0 m两段 发生漏 失 ， 采用微 泡沫泥浆加锯末堵漏 ， 效果较好 ， 终孔深度 2 4 0 m。 Z K D 1 2 8原孔 ， 用常规泥浆 ， 孔深 2 5 8 m， 用水 1 6 0 m ， 堵 漏 时 间 1 2 0小 时 ， 施 工 总 时 间 1 1天。 Z K D 1 28新 孔 ， 用微 泡 沫泥 浆 ， 孔 深 3 0 4 m， 用 水 7 0m。 ，边钻进边用微泡沫泥浆循 环 ， 没 有专 门停 钻 堵漏 ， 施工总 时问 6天。Z K D 90钻孔 ， 用微 泡沫 泥浆 ， 孔深 2 4 0 m， 用水 5 0 m 。该地 区严重缺水 ， 水 费较 贵 ( 单 价 为 4 0 f F_ m ) ， Z K B 1 28新 孔 较 Z K B 1 28原孔大 大降低 了钻探成本 ， 提高 了生产 效 率 ， 如表 3 。 表 3 Z K D 1 28原钻子 L 和 Z K D1 28新钻孑 L 、 Z K D 9 0钻孔用 水量对比 孔号 甩水 甩水 泡沫 巴音戈壁地 区 B Z K 3 2 4 8钻孔 和 B Z K 3 23 2 钻孔渗漏严重 ， 用普通 泥浆钻进 ， 孔 口返水量较小 ， 提钻后孔内没有水位 ， 岩粉沉淀 多， 钻头下不到底 ， 回转阻力大 ， 用可循环微泡沫泥浆钻进 ， 钻孔返水量 正常 ， 提钻后孔 内不漏 水 ， 孑 L 内干净 ， 钻具可次下到 孔底， 木需要冲孔， 回转阻力小。微泡沫泥浆防渗漏 效果好 。 用水量及微泡沫泥浆成本对 比： B Z K 00钻孔孔深 3 4 8 m， B Z K 3 2 4 8钻孔孔深 3 4 2 m， 两 孔 距 离 约 1 k m，B Z K 3 23 2钻 孔 孔 深 3 2 0 m， 距离 B Z K 3 2 4 8钻孔 4 0 0 m， 三孔地质结构构 维普资讯 第5期 要二仓等： 可循环微泡沫泥浆在地浸砂岩铀矿中的应用 造 、 地层岩性均 相 同， 有 极大 的可 比性 。B Z K 00 钻孔 全 孔 用 水 7 0 m ， B Z K 3 24 8钻 孔 全 孔 用 水 5 0 m ， B Z K 3 23 2钻孔 全孔 用水 4 5 m 3 ， 孔 深 2 8 5 m 以上用水均为 3 5 m 。B Z K O一 0钻孔 2 8 5米 以下用 普通泥浆钻进 ， 每 米用 水 3 5 6 3：0 5 5 m ， ， B Z K 3 2 4 8钻孔 2 8 5米以下用微泡沫泥浆钻进 ， 每米用水 1 5 5 7= 0 2 6 m 。B Z K 3 2 3 2钻孔 2 8 5米 以下用微 泡沫泥浆钻进 ， 每米用水 1 0 5 7 0 2 8 m ， 如表 4 。 可以看 出， 采用微泡沫泥浆以后大大节约 了用 水量 ， 每米用水量节约 0 2 7 0 2 9 m 。 表 4 B Z K 0 0 钻子 L 和 B Z K 3 2 4 8 、 B Z K 3 2 3 2钻孔用水量对比 孔 号 孔 m 总 ? 3 应用效果 可循环微泡沫冲洗液在地浸砂岩铀矿的应用 尚 属首次 ， 在鄂尔多斯盆地银东地区和 巴音戈壁盆地 4个钻孔 的成功 应用说 明 了该 项技 术具有 以下 优 点。 1 )较好的防漏堵漏效果 由于可循 环泡沫泥浆密度低 ， 降低 了钻孔中的 液柱压力 ， 又由于微泡沫泥浆独特的结构 ， 避免 了在 低压易漏地层钻进时容易发生的孑 L 漏现象。并且在 严重漏失地层 ， 通过和其他的堵漏材料复合使用 ， 能 够解决较大的漏失问题 。此次试验 中， 鄂 尔多斯盆 地银东地区的 Z K B 1 28孔( 原 ) 没有采用微泡沫泥 浆 ， 发生严重漏失时， 使用普通泥浆没有解决钻孔的 漏失问题 ， 以至于原孔报废 。Z K B 1 28 ( 新 ) 钻孔 ， 在钻进过程 中遇到 了类似 的问题 ， 但是采用 了微泡 沫泥浆体系成功地解决了钻孔的严重漏失问题。鄂 尔多斯盆地银东地区的 Z K D 9 0钻孔 、 巴音戈壁盆 地 B Z K 3 2 4 8钻孔和 B Z K 3 23 2钻孔 ， 通过采用微 泡沫泥浆也 同样解决 了钻孔 过程 中出现 的漏 失 问 题 ， 并且在钻进过程中泥浆材料消耗少 ， 显示 了良好 的防漏堵漏效果。 2 )泥浆携砂能力强 钻孔在试验期间， 泥浆性能稳定 ， 可循环微泡沫 泥浆动切力较高， 具有较强的携带能力 ， 返出岩屑正 常， 泥浆泵上水正常 ， 泵压正常 ， 孔内清洁， 起下钻通 畅无阻， 确保钻进工作一直顺利 ， 测井一次完成。 3 )岩心采取率高 在试验孔 Z K B 1 28 ( 新 ) 的砂岩地 层 中， 岩心 采取率高达 9 0 以上， 岩心几乎没什么损耗。而常 规泥浆在相 同的地层中岩心采取率一般很低。 4 )孔壁稳定 微泡沫泥浆有效 降低泥浆 的失水量 ， 在孑 L 内形 成薄而致密的泥皮 ， 很好地保护孔壁 ， 形成 的孔壁很 直 ， 测井一次完成 ， 效果 良好 。 5 )提高机械钻速 ， 节约成本 微泡沫泥浆润滑性能好 ， 流变性好 ， 泥浆的剪切 稀释作用明显 ， 在钻头水 口高剪切速率处 ， 微泡沫泥 浆粘度变小 ， 类似清水钻进 ， 而在环空处 ， 微泡沫泥 浆粘度增大 ， 很好地携带岩粉。这样 既保 持了孔底 干净 ， 避免了孔内其它事故 ， 钻头 、 钻杆接手等磨 损 减小 ， 又提高 了机械钻速 ， 降低 了勘探成本 。 4 结论 1 )可循 环微泡 沫泥浆 具有 密度低 、 可循环使 用 、 稳定性好等特点 ， 较好地解决了地浸砂岩铀矿地 层钻孔漏失问题 。 2 )可循 环微泡 沫泥浆 粘度 大 ， 携带岩 粉能 力 强 ， 孔 内干净 ， 明显降低孔内事故 ， 测井效果好。 3 )用可循环微 泡沫泥浆可 以提高机械钻速 和 岩心采取率 ， 有效地减少 了生产用水量 ， 降低 了生产 J 或本 。 可循环微泡沫泥浆钻探工艺不需要投入空压机 和增压装置 ， 仅利用现有泥浆泵即可使用 ， 可以将该 项技术作为一种新技术推广使用 ， 以提高钻探效率 ， 降低钻探成本 ， 提高经济效益。 参考文献 1 E J T1 1 4 02 0 0 2 地浸砂岩型铀矿钻探规 范 S 北京 ： 国防科 学技术工业委 员会 ， 2 0 0 3 2 F r e d e rick B G r o w co e k ，G e r a r d A S im o n ，J o s e G u z ma n e t a 1 Ap p l ica t io n s o f No v e l Ap h r o n Dri l l in g F l u id s AADE 一0 4 一DF HO 一 1 8，p r e p a r e d f o r p r e s e n t a t io n a t t h e AADE 2 0 0 4 Dri l l in g Fl u id s Co n f e r e n c e， Te x a s，Ap ri l 67，2 0 0 4 3 G r o w co e k ，F G ，S i mo n， G A ，R e a ，A B e t a 1 Al t e r n a t i v e Ap h r o n B a s e d Dri l l in g F l u id I ADC S P E 8 7 1 3 4p r e s e n t e d a t t h e 2 0 0 4 I ADC S P E Dri l l in g Co n f e r e n ce， Da l l a s ， March 2 4， 2 0 o 4 4 李纯 微泡沫钻井液的研制及其性能的研究 D 北京： 中国 地 质大学 ( 北京)， 2 0 0 6 ， 5 5 梁大 I 1 ， 蒲晓林 ， 赵利 ， 等 三相 微泡沫钻 井液体 系研究及现场 应 用 J 钻 采工艺 ， 2 0 0 4， 2 7 ( 3 ) ： 8 38 5 6 刘登峰 ， 郭建春 ， 张荣志 ， 等 可 循环微 泡沫钻 井液 在吐哈 油田 马 7 0 3井的 应用 J 石油钻采 工艺 ， 2 0 0 5， 2 7 ( 6 ) ： 3 4 3 6 8 9 维普资讯 地质与勘探 2 0 0 8焦 APPLI CATI oN oF RECYCLABLE FoAM M UD I N LEACHI NG I N S I TU SANDS ToNE STYLE URANI UM DEPoSI TS YAO Erca ng 。 ，Z H E N G X iu h u a ， Y A N G A i j u n ， Z H A N G F u l a n ， C H E N L imi n ( 1 N o 2 0 8 G e o l o g y T e a m o fN u cl e a r I n d u s t r y ， B a o t o u 0 1 4 0 1 0 ； 2 C h i n a U n i v e r s i t y of G e o s cie n ce s ， B e i fi n g 1 0 0 0 8 3 ) Abs t r a ct ： I n v ie w o f d r il l l e a k，h o l e w a l l co l l a p s e a n d l o n gt ime l e a k in g s t o p p a g e d u r in g d ril l in g f o r l e a ch in g i n s it u s a n d s t o n e s t y l e u r a n iu m d e - p o s it s in t h e Yind o n g d is t r ict o f E e r d u o s i b a s in a n d B a y in Go b i dis t r ic t o f Ba y in Ge b i b a s in，I n n e r Mo n g o l ia，r e cy c l a b l e foa m mu d wa s t e s t e dTh e t e s t s o l v e d s t r a t a wa t e r s e e p a g e，d e cr e a s e d wa t e r c o n s u mp t io n，o b v io u s l y r a is e d d ri l l in g r a t e a n d r e c o v e r y e ffi cie n cy，a n d r e d u ce d d r il l in g c o s t Re cy c l a b l e f o a m mu d t e ch n o l o g y co u l d b e imp l e me n t e d b y u s in g co n v e n t io n a l mu d p u mp s e t wit h o u t n e e d of in v e s t s for a ir co mp r e s s o r a n d b o o s t e r ，a n d ca n b e a p p l ie d s p r e a d l y Ke y wo r d s ： l e a ch in g ins it u s a n d s t o n e s t y l e u r a n iu m d e p o s it s ，d r il l l e a k，r e e y e l a b l e foa m mu d，co n t r o l l in g o f d ri l l l e a k 笤 葛 Ma p G I SI MS 7荣获 2 0 0 8十大创 新软件产 品奖 2 0 0 8年 7月 2 5日上午 ， 2 0 0 8中国软件产业 发 展暨企业创新高峰会在长春名门海航酒店三层万紫 千红厅如期举行。会议发