KHm-PHP泥浆在煤矿大口径钻孔施工中的应用.doc

KHm-PHP泥浆在煤矿大口径钻孔施工中的应用 近年来,为了满足煤矿提高抗灾能力、减少煤矿灾害、保证煤矿安全生产的需要,郑州祥隆地质工程公司先后在郑煤集团大平煤矿、超化煤矿、裴沟煤矿、金龙煤业集团等成功进行了大口径钻孔的施工。在施工中,针对各矿区地层情况以及不同的施工工艺,优选出了适合于煤矿大口径钻探施工的 KHm-PHP泥浆体系。它是以KHm-PHP、广谱护壁剂GSP为主的处理剂泥浆。应用表明,KHm-PHP 不仅具有较好的护壁效果,还具有很好的选择絮凝能力,可以使混入泥浆中的劣质土、岩粉聚结絮凝沉淀排出,且泥浆性能稳定,使用周期长,可减少水泵易损件和钻具的磨损。 1 作用机理 11 聚凝作用及稀释作用 KHm-PHP泥浆中含有PHP高分子聚合物。 PHP是聚丙烯酰胺的水解产物,其分子量较大,起着削弱或破坏泥浆中颗粒的稳定作用。它主要通过高分子化合物的长链在泥浆固相颗粒之间的桥接作用,使颗粒变粗聚沉,而泥浆中的黏土颗粒吸附在它的链节上,能起到高分子结构的保护作用,达到顺利桥接和絮凝的目的。因此,它不絮凝泥浆中性能较好的膨润土,而仅仅絮凝掉造浆性能差的劣质黏土和岩粉,起到对泥浆的絮凝和稀释作用。 12 降失水作用及造壁作用 KHm-PHP泥浆在失水的同时,黏土颗粒在孔壁可形成一层泥皮。泥浆中黏土细颗粒较多,所形成的泥皮薄而致密,失水量小,可保护孔壁安全;反之, 粗颗粒较多,所形成的泥皮厚而松散,失水量较大。 KHm-PHP泥浆中的PHP可使黏土颗粒吸附在其链节上,具有高分子的保护作用,使黏土颗粒保持分散和稳定,起到降失水作用。同时KHm含有较多可与黏土颗粒吸附的官能团,又含有水化作用较强的羧钾基,增强了黏土颗粒的水化,从而降低泥浆失水量,形成的泥皮薄而坚韧,失水量较小。通过实际应用,这种泥浆在孔内上返速度比较稳定,形成比较稳定的孔壁,不易发生掉块和脱落现象,从而保持孔内安全。 13 防塌作用机理钻探过程中经常遇到一些开放型裂隙或孔隙的泥浆漏失,易造成孔壁坍塌、掉块,给正常钻进带来严重困难。因此,在使用KHm-PHP泥浆时,应结合地层条件选择使用泥浆添加剂,如GSP、惰性材料, 就能有效阻止钻孔漏失,防止井壁坍塌。在KHm-PHP泥浆中提高PHP的含量和水解度,使其分子量得到充分伸展,吸附大量的黏土和岩屑颗粒,形成黏度很高的凝胶,利用这一特点进行预定孔段堵漏。而泥浆中加入GSP,具有高分子包被及离子抑制井壁膨胀缩径的功能,可有效阻止一般漏失层漏水,达到固结井壁作用,防止井壁坍塌。 14 抗钙侵处理在钻进时,地层中的钙、镁离子可通过不同形式进入泥浆形成絮凝结构,使泥浆的性能,如黏度、切力、失水量等变差。钙、镁离子之所以能置换钠离子,是因为钙、镁离子为二价阳离子,离子价越高,吸附力越强。因此,它和黏土表面的吸附力大于一价的钠离子,从而使泥浆失水量增加, pH值降低,导致钻孔缩径或坍塌等事故。提高泥浆抗钙、镁入侵的能力,可通过加入Na2CO3、NaOH处理剂,调节pH 值在89之间,促进Ca2、Mg2形成沉淀而将其排除,使泥浆性能得到恢复。