摘要：江西丰城矿区钻探施工中遇到一个重大难题是：钻进至水敏性强的二叠系龙潭组老山中亚段泥岩地层时，泥岩易吸水膨胀发生孔壁破坏坍塌，导致施工受阻甚至钻孔报废。文章对矿区地层地质构造、岩层岩石物理特性进行了分析，并从钻进工艺、钻井液的选型与使用、钻进技术参数和注意事项等方面介绍了有效的钻孔护壁技术措施。
关键词：岩心钻探；水敏性地层；吸水膨胀；坍塌；护壁
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0124-02
自20世纪60年代始，江西煤田195队就一直辗转在江西丰城坪湖，建新、尚庄等矿区和曲江，石上井田进行地质找煤站探，随着老矿开采资源严重不足，岩心钻探孔深不断增加，站进水敏性强的二叠系龙潭组老山中亚段泥岩地层易出现孔壁坍塌的难题愈显突出，这是因为其埋藏深度一般达八九百米，上部覆盖的大冶灰岩和长兴灰岩不但岩性坚硬，而且易见晶洞或溶洞需以套管隔封，如果采用拔管扩孔，下好隔挡灰岩漏水段套管，再下小一级套管保护水敏性强的泥岩易坍塌孔段，施工量和施工难度特别大。而采用普通聚丙烯酰胺钻井液护壁，效果很不理想。2005～2008年仅因钻进中老山层段发生垮孔的钻孔就有8个，其中石验-1、石23-1、石21-3孔处理垮孔事故时间超过3个月，泉28-4孔则因越处理越复杂而最终报废钻孔工作量约800米。
一、地层地质情况
勘探区地处江西萍（乡）乐（平）坳陷带中部，经历了多期多阶段的构造运动，中元代褶皱造山作用强烈，加里东期褶皱和韧性变形，印之-燕山期构造活动强烈而广泛推覆构造十分发育。
1．区内揭露地层自上而下为：
①第四系（Q）：表土层，松散，破碎。
②第三系临江组（E2-3L）：红砂岩，上部风化严重
③白垩系南雄组（K3n）：灰-灰白色砂砾岩
④侏罗系门口组（J1m）：灰-灰黑色砂岩、粉砂岩
⑤上三叠系安源组（T1d）：为灰-灰黑色中细粒粉砂岩、砂岩及煤层。
⑥三叠系大冶组T1d:为灰-灰黑色泥灰岩含方解石，岩溶裂隙发育，晶洞频见，偶见几米甚至十几米大溶洞。
⑦二叠系长兴组P2c:为灰-灰白色灰岩，裂隙较发育，可见晶洞或几十公分小溶洞。
⑧二叠系龙潭组（P2L）
王潘里段（P2L4）：为深灰黑色砂岩、粉砂岩、泥岩、煤组成。
狮子山段（P2L3）：为灰-灰白色砂岩组成。
老山段：（P2L2）：为深灰-灰黑色砂岩、粉砂岩、泥岩、煤组成。
官山段：（P2L1）:为灰-灰白色砂岩夹煤组成。
⑨二叠系茅口组P2M：为灰-灰白色灰岩组成。
2．老山中段地层特性：二叠系龙潭组老山中段泥岩，由于其地质构造属加里东褶皱叠加和韧性变形，地层强度和裂裂隙发育变化较大，当孔内钻井液液柱压力过低时，孔壁围岩应力超过岩石的剪切强度，孔壁岩石发生破裂剥落，而泥岩中含有大量的蒙脱石、伊犁石等粘土矿物遇钻井液中游离水后出现吸水膨胀，长时间浸泡后发生缩径甚至孔壁坍塌，如果起下钻具过程中操作不稳，钻管撞击孔壁引起液力激动，则加剧了对孔壁的破坏。
二、钻进工艺
根据本勘探区地层地质情况和钻孔上破碎、中漏失，下坍塌的特点，采取以下钻进工艺：
（一）钻进方法
采用普通工法配合S96（或S75）金刚石绳索取芯钻进，即在上部较松散破碎的第四系表上层和第三系红砂岩风化严重地层采用普通工法钻进，待下好套管后再换金刚石绳索取芯钻进。如大冶灰岩、长兴灰岩段漏水，需要扩孔时，亦采用普通工法金刚石钻进。
（二）钻孔结构
开始使用Φ150mm口径穿过表土层和红层风化带，下Φ146mm井口管，以下以S96mm口径钻进穿过长兴灰岩，如遇漏水则以Φ112mm口径扩孔下入Φ108mm技术套管（预留一级）口以S96mm绳钻或换S75mm绳钻）钻进至终孔。
（三）施工设备和主要钻具
钻机:XY-5型
柴油机：4135型
泥浆泵：NBB-250/6
钻塔：22.5m四脚铁塔
钻具：S96绳钻、50mm普钻杆 68mm钻铤
（四）钻具级配
普通工法钻进钻具级配为：钻头→岩芯管→变经接手→68mm→钻铤→50mm钻杆→主动钻杆。
三、钻井液与护壁技术措施
（一）钻井液的选型与配制
根据第四系表土层和第三系红层风化层地层松散、破碎的特点，选择使用高粘度、大比重的浓泥浆作为钻井液，可以有效的悬浮岩渣和保护孔壁，其配比为∶水∶膨润土∶PHP∶
NaCO3=1∶（0.2～0.3）∶0.05∶0.02。
岩石完整孔壁稳定地层，采用清水+聚丙烯酰胺作为钻井液，金刚石钻进时，加入1%～2%润滑剂减阻。
钻进水敏性强的中老山泥岩地层和煤系地层，采用经室内大量配比，施工中多次试用，效果明显的双聚复合型低固相不分散泥浆作为钻井液，其配比为：水∶人工纳土∶PHP∶HPAN∶NaCO3∶
YZ-84=1∶0.1∶015∶（0.02～0.3）∶0.05∶0.05。
该钻井液以优质人工纳土作为造浆材料，添加了丙烯酸盐及其衍生物等高分子聚合物作处理剂，而聚丙烯酰胺属于分子链长、结晶性好、桥联作用强，对受水浸润和冲蚀出现散落的水敏性强的泥岩地层有良好的保护效果，其高分子链中的官能固会在井壁表面形成致密、坚韧、柔性好的吸附薄膜。而聚丙烯腈不但具有良好的降失水性能，还有很好的稀释作用，从而保证钻井液的粘度不会升高，护壁效果得到加强，别外添加了YZ-84润滑剂大大减轻了孔壁对钻具的磨损，反过来也保护了孔壁。
（二）钻井液的管理与维护
1．钻探工程技术人员应对钻井液的选型、配制、测试、检查等项工作给予指导和督促。
2．小班配备兼职泥浆员，对钻井液的配制、测试、调整日常管理等项工作负责。
3．为确保钻井液的净化，除及时清除循环系统中的岩屑沉渣外，还应配备除砂、除泥等净化装置。
4．加强防雨防洪工作避免钻井液遭到破坏。
四、钻进参数
（一）钻压
根据钻进方法不同，采用相对应的钻压：硬质合金钻进钻压控制在6～10kN，金刚石钻进控制在10～15kN.
（二）转速
根据钻头情况确定：硬质合金钻进150～300 1／min，金刚石钻进300～600r／min
（三）泵量
由于使用的水泵为NBB／250-60，则根据孔径大小和岩石软硬程度按水泵档位划分如下：
岩石硬度 孔径（mm）
S75 S96 110 134
软 3 4 4 4
中硬 2 3 3 4
硬 2 3 3 4
五、双聚低固相钻井液使用效果分析
自2009年到今施工的7个钻孔使用PHP-HPAN双聚复合型低固钻井液钻探生产效果使用与以前普通单聚钻井液的钻探生产指标分析来看，采用双聚复合型钻井液有效地抑制了水敏性强的泥岩地层吸水膨胀发生坍塌事故，钻探效率由2008年前的208.56m提高到现在的392.12米，提高88%，纯钻时间利用率由过去的30.6%提高到现在的41.30%，提高了10.7%，事故率由过去的28%下降至现在的9.2%，下降了18.8%，单个钻头寿命由过去的8.5米提高到现在的42.12米，提高了近4倍。
六、结论
通过三年来在丰城矿区使用的双聚复合型钻井液钻进水敏性强的中老山泥岩地层的情况来看，其效果是明显的，护壁能力强，�眼钻进645m，时间达到一个半月，值得今后在该区施工过程中加以推广应用，并在应用的过程中加强对降低失水量的研究，以达到最佳效果。
（责任编辑：叶小坚）