摘要
+304孔是在花草滩矿区实施的一口深部煤层钻孔，主煤层埋深普遍超过了800 m，煤质条件以碎粒煤为主，胶结性差，破碎、松散、垮塌风险高，常规钠土聚合物冲洗液体系使用过程中，复杂事故不断。研究了易降解强抑制防塌聚合物冲洗液体系，主要配方：水+4%钠土+0.05%纯碱+0.3%羟乙基纤维素（HEC）+0.5%可降解聚合物（JP）+1%降滤失剂+1%防塌剂+1%可降解封堵剂+0.5%润滑剂+加重剂（碳酸钙）；表观粘度15~20 mPa·s，滤失量<5 mL，动切力8~10 Pa。经过实验，对煤层的膨胀率仅不到0.1%，采用氧化型破胶剂OPJ 1.0%的加量，降解率达93.5%。现场共完成钻孔进尺1077.50 m，未出现坍塌、缩径等复杂情况。
花草滩矿区+304孔位于甘肃张掖市山丹县花草滩，距山丹县城42 km，距张掖市区108 km。行政区划分上隶属张掖市山丹县管辖，区内地形平坦，由高速公路及铁路从该区穿过，因此区内外交通条件较为便
勘查区地层大部分被第四系所覆盖，根据钻探资料可知，赋存的地层有老到新为：寒武系大黄山群，石炭系下统臭牛沟组、石炭系中统羊虎沟组、石炭系上统太原组，二叠系下统大黄沟群、二叠系上统窑沟群，新近系和第四
（1）寒武系大黄山群：为变质岩，主要为厚层状变质砂岩夹少量泥质板岩。
（2）石炭系：下统臭牛沟组：上部为厚层灰岩、结晶灰岩、角砾状灰岩夹石英粗砂岩，产化石。下部为变质石英砂岩砾、石英粗砂岩夹炭质千枚岩。中统羊虎沟组：上部为砂质页岩夹粘土页岩和3层灰岩，产腕足类及珊瑚化石。下部为石英粗砂岩及千枚状页岩，底部见灰白色石英砾岩。上统太原组：上部为杂色、灰绿色细砾岩、粗砂岩及砂岩夹透镜状煤层。下部为灰色砂岩、砂质页岩、炭质页岩夹煤数层及石英粗砂岩和粘土层，产植物化石。
（3）二叠系：下统大黄沟群：上部为紫色、灰色细粗砂岩夹石英细砂岩。下部为紫红色、灰色砾岩含砾砂岩质页岩及砾岩。上统窑沟群：主要为紫红色砾岩夹紫红色粗砂岩，厚层状。
（4）新近系：紫红色砾岩，砂砾岩及含砾粗砂岩，底部为角砾岩。
（5）第四系：为现代河流、湖沼、冲（洪）积砂砾石层及腐殖亚粘土，局部有风成黄沙丘及局部坡残积层，下部有未胶结砂砾岩层，较松散。
+304孔设计井深1075 m，终孔层位见到灰岩15 m。施工现场见
图1 +304孔施工现场
| 名称 | 型号 | 数量/台 |
|---|---|---|
| 钻机 | XY-8 | 1 |
| 柴油机 | 6135 | 1 |
| 泥浆泵 | NBB-200/40 | 1 |
| 钻塔 | 人字塔（24 m） | 1 |
| 搅拌机 |
1.5 | 1 |
| 除砂泵 | IPN型 | 1 |
为了增加钻具的稳定性和防斜能力，采用“塔式钻具”组合，钻具自下而上为：钻头（Ø98 mm/Ø113 mm）→岩心卡断器（Ø89 mm或Ø73 mm）→钻铤（Ø68 mm）→钻杆（Ø50 mm/Ø60 mm）→主动钻杆（89 mm×79 mm）→水龙头。主动钻杆、钻杆、钻铤、岩心管之间连接用异径接头。主要钻进技术参数见
| 地 层 | 钻压/kN | 转速/(r·mi | 泵量/(L·mi |
|---|---|---|---|
| 第四系 | 3~6 | 200~350 | 150~200 |
| 新近系、石炭系臭牛沟组、二叠系 | 6~12 | 250~350 | 200~250 |
| 石炭系羊虎沟组 | 8~12 | 350~600 | 200~250 |
| 煤层 | 2~3 | 150~200 | 100~150 |
（1）煤层埋深深，普遍超过了800 m垂深，施工难度
（2）煤质条件较差，以碎粒煤为主（见
图2 现场采取的煤样
（3）两套煤层中间有一套夹矸，胶结性能差，易出现孔壁失稳。
（4）埋深深，初期掉块不容易出来，出现问题不容易及时发现，卡埋钻具风险较高。
（5）存在冲洗液性能突变风险，引起孔内复杂事故。
（6）环保要求高。
针对煤层厚度大，易降解强抑制聚合物冲洗液体系主要采用复合聚合物，增加液相粘度和成膜性，降低水相活度，阻止或延缓水相与煤岩相互作用达到稳定煤层孔壁作用；同时自身易降解破胶。后期采用降解破胶技术，解除聚合物对煤层污
（1）煤层冲洗液首先要考虑的就是防塌能力，较低的滤失量，薄而韧的泥饼质量和针对于未发育完全的煤层抑制其水化，膨胀、分
（2）尽可能少的冲刷、破坏煤层：煤层分为原生构造煤、构造-破碎煤、碎粒煤、粉煤、糜棱煤等，越差的煤质越要注意冲洗液对于煤层的冲刷作用。冲洗液主要体现在动塑比、初/终切力、3/6转等参数。一般情况下建议动塑比>0.5，动切力>8 Pa，塑性粘度≯20 Pa。
（3）针对于不同种类的粘土矿物地层、煤系地层、砂泥岩互层，需要冲洗液具有良好的封堵能力，粗封堵、细封堵、微米级封堵、纳米级封堵等结合构成了全尺寸封堵，实现对裂缝性发育、不稳定粘土矿物地层、伊蒙混层等地层的孔壁有效稳
（4）极好的抑制
主要配方：水+4%钠土+0.05%纯碱+0.3%羟乙基纤维素（HEC）+0.5%可降解聚合物（JP）+1%降滤失剂+1%防塌剂+1%可降解封堵剂+0.5%润滑剂+加重剂（碳酸钙）。其性能指标见
密度/ (g·c | 表观粘度/ (mPa·s) | API滤失量/mL | 动塑比 | 润滑系数Kf/% | 动切力/Pa | pH值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.05~1.10 | 15~20 | <5 | >0.6 | <0.08 | 8~10 | 8~8.5 |
将块状煤样粉碎过80目筛制作人工岩心，用页岩膨胀量测定仪测试在不同冲洗液中的膨胀性，膨胀率=在不同实验介质中增加的高度/样品高度×100%，实验结果见
图3 不同冲洗液体系膨胀率实验
从
强抑制防塌冲洗液能够有效地维持深部破碎、微裂隙地层的孔壁稳定，但是后期开采的时候需要降低冲洗液对煤层岩心的污染。本实验优选氧化型破胶剂OPJ配制的破胶液，对强抑制防塌冲洗液配方进行降解评价，实验结果如
图4 氧化型破胶剂OPJ加量对强抑制防塌冲洗液表观粘度的影响
图5 氧化型破胶剂OPJ加入时间对强抑制防塌冲洗液表观粘度的影响
易降解强抑制防塌聚合物冲洗液体系在花草滩矿区+304孔进行了成功应用，使用该冲洗液体系共完成钻孔进尺1077.50 m，未出现坍塌、缩径等复杂情况，孔内未发生任何事故，钻进效率较同矿区其它钻孔提高了25%，深部煤层取心率达到了95.8%。钻进过程中粘度维持在40~45 s之间，密度维持在1.05~1.10 g/c
图6 易降解强抑制防塌冲洗液现场使用情况
图7 易降解强抑制防塌冲洗液泥皮质量
（1）研制了易降解强抑制防塌聚合物冲洗液体系，配方为：水+4%钠土+0.05%纯碱+0.3%羟乙基纤维素（HEC）+0.5%可降解聚合物（JP）+1%降滤失剂+1%防塌剂+1%可降解封堵剂+0.5%润滑剂+加重剂（碳酸钙）；性能为：粘度40~45 s，密度1.05~1.1 g/c
（2）研制的易降解强抑制防塌聚合物冲洗液体系，保证了深部煤层取心率95.8%，孔壁未发生垮塌、掉块现象，有效地保证了施工顺利进行。
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