吸水膨胀树脂堵漏在南票煤田（—800～—1500m）煤普查钻探施工中的应用

【摘要】南票煤田深部勘查区，地质构造复杂，地层裂隙发育，破碎带多。在进行钻探施工时，遇到构造裂隙带漏水严重，造成钻孔坍塌等事故，无法进行正常的钻进生产施工，以往施工时用水泥惰性材料及有机化学材料等进行堵漏，效果不好。本次施工根据钻孔漏水情况严重等难点，尝试选用了新工艺吸水膨胀树脂进行堵漏。结果表明，使用吸水膨胀树脂进行堵漏后，地层裂隙被吸水膨胀树脂完全封堵，有效的堵塞了冲洗液的漏失通道，效果非常理想，满足了正常施工钻进的要求，避免了钻孔废弃所造成的经济损失，工期按时保质完成。

【关键词】南票煤田；构造裂隙发育；冲洗液；吸水膨胀树脂；堵漏工艺

引言

《辽宁省葫芦岛市南票煤田（-800～-1500m）煤普查》是2008年辽宁省国土资源厅实施省矿产资源补偿费重要项目。该项目分新开和续做，总体施工日期为2009年3月至2011年3月，工作周期为二年，设计钻探工程量19050m/14孔，实际完成钻探工程量19109.74m/14孔，完成设计工作量的100.31%，圆满完成本次勘查任务。南票煤田深部勘查区，地质构造复杂，地层裂隙发育，破碎带多，且富含地下水。在进行钻探施工时，遇到构造裂隙带漏水严重，以及水敏地层，造成钻孔坍塌及烧钻事故，无法进行正常的钻进生产施工。在施工的14个钻孔中都不同程度的遇到钻井液漏失及井壁坍塌现象，本文仅就本区钻探施工中的N4号钻孔为例说明在施工中遇到的钻进事故及处理办法。N4号完孔孔深1475.12m，在钻进到680-725m时遇到裂隙发育带，失水量较大，泥浆漏失严重，经济损失较大，在使用常规堵漏方法之后，效果不明显。因此，尝试选用吸水膨胀树脂进行堵漏后，能正常施工，并最终完孔。

1、勘查区地质慨况

南票煤田位于辽西断陷北东部，区内断裂构造发育，多为北西向逆断层及北东向正断层。中生界构造层为南票向斜，上古生界石炭、二迭系含煤地层呈单斜构造，地层走向N20～50°E，倾向北西，倾角21～65°，与下伏老地层呈不整合接触。东南侧由元古界至古生界地层构成沉积基底，石炭二叠系地层之上，为大范围的中生界侏罗系地层。

2、吸水膨胀树脂物质组成、性能及作用机理

2.1吸水膨胀树脂物质组成

吸水膨胀树脂是由聚丙烯晴腐殖酸组成，分子结构中含有一定交联度的高分子聚合物，聚合物是按照一个聚丙烯晴单分子与一个腐殖酸分子形成氢键，聚丙烯晴共聚物主键构成侧键，或两者以离子吸附产生交联。

2.2吸水膨胀树脂性能

吸水膨胀树脂为灰-灰黑色，粉状-颗粒状，吸水性极高，本身不溶于水，也不溶于任何有机溶剂，可吸收几十至上百倍的水，吸水膨胀后形成的水凝胶，具有良好的保水性和耐候性，即变加压也很难将其中的水分离出来。初始阶段0.5-2小时吸水溶胀快，后期6-8小时吸水溶胀慢，最后吸水膨胀树脂达到饱和状态。

2.3作用机理

在处理漏失时，吸水膨胀树脂凝胶进入钻孔，在液柱压力下充填地层裂隙，并粘滞在岩石裂隙上起屏蔽作用。当其吸水较少，膨胀率达到20-50倍时，胶粘性很强，起防水“帷幕”作用；当其充分吸水膨胀后，润滑性较好，进入裂隙深处具有堵塞裂隙作用。在提高液相PH值时，吸水性聚合物分子链展开，将粘土颗粒吸附在分子链节上，以聚合物为主体形成树枝状蟹状物，进入裂隙并吸附在其壁上，协同作用，阻力增大，从而阻渗截流，制止孔内的泥浆漏失。

3、钻孔施工情况

3.1N4号钻孔所遇岩层情况

N4号钻孔设计孔深1500m，实际完成1475.12m。钻孔所遇岩层至上而下为兴隆沟组（J1x）灰-灰绿色安山集块岩，石千峰组（P3sh）紫红色泥岩、粉砂岩、砂砾岩，上石盒子组（P3S）灰白色粗砂岩、砂砾岩、砾岩，山西组（P1s）下部为灰绿色砾岩，上部夹黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成。

3.2钻进情况

650m以上施工较为正常，施工中为预防钻孔漏失，采用一般低比重、低粘度低切力泥浆、控制液注压力，保持正常钻进。当钻进至680m时，钻井液漏失较严重，调节泥浆性能，采用低比重、高粘度、大切力的泥浆，吸水膨胀后起桥塞堵漏作用。钻进到680-725m时遇到断层破碎带，钻井液严重漏失。日消耗泥浆10立方左右，泥浆有进无出，钻机经济损失极大，选用吸水膨胀树脂泥浆堵漏，效果明显；钻进至水敏地层及煤系地层1363-1392m时，泥浆有不同程度漏失情况，经加入吸水膨胀树脂泥浆堵漏后正常钻进至终孔。

3.3处理方法

钻进至680-725m时遇到断裂破碎带，由于裂隙较大，泥浆漏失严重，为确保堵漏效果，我们首先采用稻草做架桥，将堵漏剂加热溶化后加入泥浆内，制成高粘度冻胶堵漏剂泥球，将其在柴油中侵泡半小时。稻草和堵漏剂泥球比例为2：10，岩心管底部放入0.5m的稻草，上部装入堵漏剂泥球，顶部装入一段稻草，连续送入漏失层位2次，堵塞物超过裂隙部位，停留6-8小时后用小水量清扫，通过漏失层后，水量逐渐增大，孔内钻井液循环正常。钻进至1363-1392时，遇到水敏地层及煤系地层，井壁坍塌掉块、煤层塌陷钻井液漏失较严重，处理方法是将一定比例（1m3水：60kg高岭土：20kg水泥：40kg食盐：20kg吸水膨胀树脂）的水、高岭土及水泥充分搅拌，再加入一定数量的食盐及吸水膨胀树脂，混合均匀配成水溶胶堵漏剂，相对密度达到1.00g/cm3，粘度30s。用钻杆送至漏失层位上2m左右，开机送浆，堵漏液泵完后，再将泥浆液罐入。堵漏液到达孔内后，上部泥浆的液柱压力将堵漏液压入漏失层裂隙中，控制泥浆漏失。半小时后，开泵试循环，泥浆循环正常，止住了钻孔漏失。这时孔内开始返水，说明堵漏成功。

4、吸水膨胀树脂堵漏剂在钻孔堵漏中的特点

（1）对井壁有保护作用。吸水膨胀树脂是一种带负电荷的高分子聚电解质，具有很强的吸附结合能力，在岩石表面吸附生成保护膜，在井壁上形成胶护环，降低泥浆的失水，抑制岩层水化胀塌，从而减少渗透漏失。（2）起骨架作用。吸水膨胀树脂易被粘土颗粒表面吸附，其水溶物的共聚物大分子链或枝链相互吸引，形成空间网状结构，保护钻井液不易流失。（3）具有堵漏作用。对劣质土及岩屑产生凝聚作用，其絮凝物进入裂隙起堵漏作用。（4）使用吸水膨胀树脂堵漏，具有成本低、操作简单、制漏效果显著特点。

5、注意事项

（1）使用中应注意其膨胀强度 吸附膨胀树脂最佳膨胀率为30-50倍，使用中注意其膨胀强度。

（2）使用中应注意其膨胀时间 吸水膨胀树脂的膨胀时间很关键，如果控制不好，堵漏液未进入到漏失地层就膨胀，起不到堵漏效果。

6、结语

实践证明，在本区N4号钻孔使用吸水膨胀树脂进行堵漏，堵漏剂选择合理，使用吸水膨胀树脂进行堵漏后，地层裂隙被吸水膨胀树脂完全封堵，有效的堵塞了冲洗液的漏失通道，效果非常理想，满足了正常施工钻进的要求，避免了钻孔废弃所造成的经济损失，工期按时保质完成。

参考文献

[1]崔英德，黎新明，尹国强等.绿色高吸水树脂[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]许小秋，刘廷栋等.高吸水性树脂的工艺与使用[M].北京化学工业出版社，2004.

[3]李世忠.钻探工艺学，中册，钻孔冲洗与护壁堵漏[M].北京地质出版社，1999.

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