川南煤田古叙矿区复杂地层泥浆研究与应用.pdf
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1、Apr.2024Vol.53.No.2(Sum 305)2024 年 4 月第 53 卷第 2 期(总第 305 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY川南煤田古叙矿区位于四川盆地南部,处于叙永-筠连叠加褶皱带,为背、向斜叠加构造,经过多期构造运动,构造极为复杂,受后期南北向挤压应力,区内地层普遍褶皱抬升,含煤地层大面积遭受剥蚀破坏,煤层主要赋存于保存较好的向斜内部和背斜的翼部1-2。矿区地处川黔边界,地形及气候属云贵高原类型,属中低山侵蚀、剥蚀、溶蚀地貌。古叙矿区出露的最老地层为寒武系,最新地层为白垩系,主要地层为二叠系和三叠系,岩性*收稿日期:2023-07-11作者简介:龙海涛(
2、1990-),男,四川资阳人,工程师,主要从事钻探技术与施工管理工作。基金项目:中铜矿产资源有限公司重点科技计划项目(2208YZKC008)。Apr.2024Vol.53.No.2(Sum 305)2024 年 4 月第 53 卷第 2 期(总第 305 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY川南煤田古叙矿区复杂地层泥浆研究与应用*龙海涛1,2,曾文斌3(1.云南冶金资源股份有限公司,云南 昆明 650000;2.中铜矿产资源有限公司,云南 昆明 650051;3.青岛地质工程勘察院,山东 青岛 266100)摘要:川南煤田古叙矿区构造上位于四川前陆盆地南缘叙永-筠连叠加褶皱带,由古
3、蔺复式背斜和若干次级褶曲组成,受构造地质作用的影响,断裂发育,岩层局部直立、部分倒转,地层岩石破碎。矿区浅部发育裂隙溶洞,岩石破碎,钻孔漏失,深部煤系地层松散,钻孔垮塌,导致卡钻、烧钻和埋钻等孔内事故频发,钻探效率低,甚至出现钻孔报废,严重影响矿区的勘探进度。针对上述钻探技术难题,经过一系列的研究和泥浆实验,探索出了适用于该矿区复杂地层钻探的泥浆,现场应用效果较好,有利保障了该矿区钻探工作的实施。关键词:复杂地层;泥浆;应用研究;古叙矿区中图分类号:TD263文献标识码:A文章编号:1006-0308(2024)02-0030-04Study and Application of Comple
4、x Stratigraphic Mudin Guxu Mining Area of Chuannan Coal FieldLONG Hai-tao1,2,ZENG Wen-bin3(1.Yunnan Metallurgical Resources Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650000,China;2.China Copper Mineral Resources Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650051,China;3.Qingdao Geo-Engineering Surveying Institute,Qingdao,Shandong 266100
5、,China)ABSTRACT:The Guxu mining area construction of the Chuannan coal field is located in the Nanyuan Xuyong peripheral forelandbasin of the Sichuan-Junlian superposed fold belt,it is made up of Gulin duplex anticline and several secondary pleats,it is affected bystructural geology,fracture develop
6、ment,partial rock stratum is vertical,partial rock stratum is inverted,the stratigraphic rock is broken.The mining area is shallowly developed,the rock is broken,the drill hole is leaked,the deep part coal measure strata is loose,and theboreholes collapse,which can lead to sticking,sintered drills,b
7、uried drills and frequent other accidents in the drill hole,the explorationdrilling efficiency is low,even borehole scrapping,it seriously affects the exploration progress of mining area.For the above-mentionedexploration drilling technical difficulties,it explores the proper slurry for drilling of
8、complex strata after a series of studies and slurrytests,the on-site application result is good,which provides a convincing guarantee for exploration drilling work of the mining area.KEY WORDS:complex strata;slurry;application study;Guxu mining area30为海相碳酸盐岩和海陆过渡相碎屑岩。由新到老钻遇的地层分别是三叠系下统嘉陵江组(T1j)、飞仙关组(
9、T1f),二叠系下统长兴组(P2c)、龙潭组(P2l),二叠系下统茅口组(P2m)3。主要岩性有灰岩、泥灰岩、砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、粘土岩、煤层和硫铁矿、菱铁矿层。矿区主要含煤地层为二叠系下统龙潭组(P2l),含煤地层为总厚度约 110 m,含煤层 1018 层。通过总结矿区复杂地层特点及对钻探施工的不利影响,开展泥浆试验和泥浆方案优选,探索适用于矿区的泥浆方案。1复杂地层特点钻探施工钻遇的主要复杂地层为三叠系下统嘉陵江组(T1j)、飞仙关组(T1f)和二叠系下统龙潭组(P2l)4。1.1三叠系下统嘉陵江组(T1j)和飞仙关组(T1f)嘉陵江组(T1j)、飞仙关组(T1f)地层
10、岩石破碎,岩溶及裂隙十分发育,受此影响,钻进过程中岩心易堵塞,发生卡钻、烧钻等孔内事故,导致钻探效率低。1.2二叠系下统龙潭组(P2l)龙潭组(P2l)地层含大量的泥岩、炭质泥岩,煤系地层岩层多为粉煤层,其结构松散、破碎,具有极强的水敏性,造浆性,遇水易膨胀,从而导致缩径、掉块甚至大面积失稳坍塌5。使用绳索取心钻进,外环状间隙小,冲洗液上返时对孔壁造成冲刷,影响孔壁的稳定。此外,起下钻具过程中孔内冲洗液压力变化的压力激动对孔壁稳定性造成极大的影响,孔壁极不稳定,易发生埋钻事故,来回扫孔导致进度慢。2复杂地层对泥浆性能的要求2.1合适的密度地层被钻开前,地下的岩石受到上覆压力、水平方向地应力和孔
11、隙压力作用,孔壁所处的应力状态为原地应力状态,且处于平衡状态。孔眼被钻开以后地应力被释放,破坏了地层和原有应力的平衡,引起孔壁周围应力的重新分布。维护孔壁的稳定关键在于维持孔内压力的平衡状态,实现压力平衡钻进。压力平衡钻进的一般数学表达式为6:Pfrac跃Pw逸Pf式中:Pfrac为地层压裂压力,MPa;Pw为环空外压力,MPa;Pf为地层压力,MPa。从上式可以看出,维持孔壁稳定,就要使钻孔环空外压力即孔内液压力始终等于或者稍大于地层压力而又小于地层压裂(压漏)压力。结合现场实际情况,采用适量增大膨润土的加量或者加入加重剂来提高密度,从而使泥浆在孔内的液柱压力与地层压力达到相对平衡稳定,防止
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