摘要：我們在豫東平原鉆探時，試驗總結出了一種泥漿，Na-HPAN-KHm-GSP泥漿。經(jīng)在豫東鉆探實踐證明，該泥漿完全適應巨厚新地層中鉆進（無膠結沙及粘土中），可以保證遇流沙層不跨孔，遇粘土層不縮徑，事故率極低。該泥漿在豫東新蔡鐵礦鉆探中發(fā)揮了重要作用，產生了巨大的經(jīng)濟效益。值得類似地層鉆探時參考。
　　關鍵詞：泥漿,改良,鉆孔,護壁
　　一、地層及前期施工情況
　　河南新蔡磁鐵礦普查區(qū)，位于河南豫東平原，第四系地層厚度大，一般為650～750米。其中流沙層累計厚度在100～180米，屬無膠結的細沙，鉆進穿過該流沙層時極易垮塌埋鉆，又因該區(qū)地層中的粘土層，易造漿和縮徑夾鉆。最上層100米左右是亞砂層堆積物，地下水活動很豐富，其余均為膠結松散和無膠結的小卵石夾細沙堆積層。該區(qū)孔深一般設計在1100～1500米左右，見礦深度在950～1450米。以前施工時，全部采用PAM泥漿護壁，結合下套管護壁工藝，有些鉆孔甚至要兩路套管，才可以安全穿過750米左右的覆蓋層，無一裸孔成孔案例。巨額的管材費用增加了成本，影響了施工效率。
　　2007年10月我公司開始進入新蔡鐵礦區(qū)鉆探施工，702號孔設計孔深為1150米，使用一般的PAM泥漿施工，由于無法保持孔壁完好。孔內形成的“大肚子”，經(jīng)常發(fā)生鉆桿在孔內折斷的事故，而找不到事故鉆桿的頭。孔壁垮塌厲害，最后事故越來越嚴重，幾十米的鉆桿斷入孔內竟“不翼而飛”，上下鉆具也碰不著它。該孔施工深度在905.30米處，全孔報廢。先后施工用時270天。我公司在施工該礦區(qū)的801號孔時，在孔深達到891.45米時發(fā)生同樣的事故，歷時240天，終因事故導致全孔報廢。在我們進入該礦區(qū)施工之前，已有其他兄弟隊在此施工過8個鉆孔，全部在800～900米孔深時，因泥漿使用不當，無法繼續(xù)往下施工而報廢。在這種情況下，我公司開始試驗適合本區(qū)厚覆蓋層鉆進的護壁泥漿。經(jīng)過精細試驗，確定了適用巨厚松散沙層（該區(qū)）裸孔鉆進的護壁泥漿。并定名為Na-HPAN-KHm-GSP泥漿。
　　二、試驗選定護壁泥漿配方
　　根據(jù)以前施工護孔的失敗教訓和新型泥漿理論，針對該地區(qū)地層，確定需要解決的矛盾是覆蓋層膠結差而且層厚、流沙層多易垮塌、互層的泥巖水敏性強易縮徑、砂侵粘土侵嚴重，我們擬定選用流變性能好，比重偏大，泥皮薄而韌，強抑制性的泥漿，對此進行實驗、篩選，以求得優(yōu)良配方。
　　在試選的細分散泥漿、石灰鈣處理泥漿、聚丙烯酰胺處理泥漿（簡稱PAM-Ca）、聚丙烯腈鈉鹽鈉處理腐植酸鉀泥（簡稱Na-HPAN-KHm-GSP泥漿），四類泥漿中，每類設計三種不同配方的泥漿，從中選出最佳配方。在選出的四個最佳配方中進行對比，最后確定使用Na-HPAN-KHm-GSP漿。四個配方的泥漿性能見附表。
　　為了進一步考察這四組泥漿的性能，并從中發(fā)現(xiàn)Na-HPAN-KHm-GSP泥漿的KHm加量，泥漿性能調整范圍較大的現(xiàn)象中確定KHm的最佳加量，我們也做了一些測定，還是以附表中的加量最為理想。
　　由實驗數(shù)據(jù)及泥漿性能分析可見：
　　①用造漿土，且造漿土堿粉（NaCo3）的加量相同，比重一樣的泥漿中，石灰鈣處理泥漿失水量較大，細分散泥漿次之，在浸泡樣的試驗中，細分散泥漿中的樣塊最早全部垮塌（僅三小時），石灰鈣處理泥漿的浸泡樣三天后亦出現(xiàn)垮塌。
　　②PHP-Ca及Na-HPAN-KHm-GSP兩種泥漿性能較為理想，但PHP-Ca泥漿仍不及Na-HPAN-KHm-GSP泥漿因為前者泥漿的動切力τd與泥漿的塑性粘度ηp之比τd/ηp﹤0.9（厘泊）泥漿的剪切稀釋作用不明顯，流動型狀較差，且ηp表較大，提下鉆影響井壁穩(wěn)定，對除砂保持泥漿穩(wěn)定亦不利。Na-HPAN-KHm-GSP泥漿的動切力τd與泥漿的塑性粘度ηp之比為1.5﹤τd/ηp﹤3（厘泊）之間，由于ηp的值不大，泥漿的剪切稀釋作用明顯。從而起到保護孔壁穩(wěn)定的作用。
　　③在Na-HPAN-KHm-GSP泥漿中，以KHm加量1000～4000PPM為宜，ηp表較小，τd/ηp較大，失水量較小。
　　四個配方的泥漿性能對比表

                             
　　三、Na-HPAN-KHm-GSP泥漿使用成果
　　通過以上的施工教訓，我們總結了施工經(jīng)驗，深入細致地分析了鉆孔施工所用泥漿的性能及指標，經(jīng)過對各種泥漿助劑的試驗后，我們選用了改良后的PAM泥漿：Na-HPAN-KHm-GSP泥漿。
　　經(jīng)新蔡001號孔施工證明，完全適用于該地區(qū)裸孔鉆進護孔，全孔未發(fā)生過因孔壁不穩(wěn)定而導致的事故，該孔于2008年4月20日開工，至7月10日終孔，歷時82天，終孔深度1250.83米，巖礦層采取率達到91.5％，定為優(yōu)質孔。
　　001號孔出現(xiàn)過數(shù)次鉆桿、鉆鋌脫扣，巖芯管斷落事故，但都是一次下絲錐打撈成功。由于孔壁良好，泥漿性能穩(wěn)定，全孔僅在750米孔深時徹底換過一次泥漿，平時僅作處理劑添加對泥漿調整，Na-HPAN的單項成本2.56元/米。又如802號孔裸孔鉆進至835米處發(fā)生了嚴重的卡鉆事故（巖芯脫落），處理事故歷時32天，上下鉆達160余次，孔壁仍然完好，沒有發(fā)生掉塊和沉淀絮凝現(xiàn)象，事故處理完畢后，又因故停鉆二十天，此后繼續(xù)施工，孔壁仍然良好，一次下鉆到底。
　　Na-HPAN-KHm-GSP泥漿的成功使用，使我公司目前正在施工的65800米鐵礦詳查工程的鉆孔護壁難題得到解決。厚流沙覆蓋的復雜地層鉆進，全部實現(xiàn)了裸孔鉆進。
　　四、使用中的維護事項
　　1、由附表中可見，泥漿配制比重為1.07（該地區(qū)地下水活動比較豐富，且流沙層發(fā)育，靠泥漿壓力與之保持平衡），加純堿量為7％的原漿（與加入粘土粉之重量比），然后依次加入各種處理劑攪勻。加料次序是，清水加入粘土粉（按水重量為13％）攪拌均勻后，再加個700PPMNa-HPAN（水解度25％），500PPMNaCo3，1000～4000PPMKHm,100PPMNa-HPAN（水解度25％）。
　　2、認真按規(guī)范要求布置循環(huán)槽、沉淀池，勤撈砂清砂。
　　3、每個臺班在進尺7～9米左右，添加KHm1～1.5kg,CaCo30.1～0.3kg,Na-HPAN0.5～1kg(濃度7％)，每天對泥漿性能指標進行認真測定，以決定各種處理劑的加量。
　　4、正確選擇鉆具的組合，保持合理的鉆鋌長度及重量，正常鉆進中所使用的鉆壓，不得超過鉆鋌重量的80％，必須使用鉆鋌加壓。