摘要：本文主要基于新疆有色集团亚克斯矿业公司坑道钻探实例，与以往黄山西矿区的小孔径100m以内的浅孔相比，此次施工多为300m以上钻孔，终孔口径也从47mm和60mm提升为不少于75mm和89mm两种规格，近年来本矿区坑道钻探一直没有解决黄山西250、170中段以千枚岩为主的页状节理构造坍塌缩径地层的技术难题，2022年通过钻探技术改进及现场钻进液性能提升，顺利单孔超过370m以上钻孔施工，本文就现场实例简述钻井液在坑道钻探中的使用研究。

　　关键词：坑道钻探；钻井液；水质处理；抗盐材料

　　随着近年来“以矿找矿”战略思路的不断展开，坑道地质钻探逐渐向大口径、深孔方向发展，钻机机械和钻探工艺也进一步的更新换代，以前的小口径，浅孔的施工工艺不再满足当前的施工需要。

　　新疆有色集团亚克斯矿业公司坑道钻探施工过程中，从之前的Φ47mm、Φ60mm孔径的小口径钻发展为目前的Φ78mm、Φ95mm口径钻孔，钻孔深度也从之前的30m～40m的浅孔钻发展为目前300m、500m以上钻孔，由于坑道钻探的环境限制，坑道内空间狭小，钻探设备体积比较受限，随着钻孔孔径的增大，钻孔深度的不断增加，对于钻探机械的动力要求变高。由于硐室高度受限，坑道钻探不能使用地表钻的塔架作为主要的受力支撑，一般都是依靠坑道钻机自身的液压杆件作为支撑，承重能力非常有限，处理复杂地层的孔内事故就变的异常艰辛，下文针对矿业坑道钻探钻井液实用技术研究。

　　1方案和钻具选择

　　机械配套方案。选择启航600型国产钻机，BW-150水泵一台，井下专用配电箱、启动柜、电表箱等。配备主油泵、液压马达等主要配件一套；配备液压联动装置能够提高上下钻效率，节省了劳动力强度；另外，配备一台木马夹持器，以备孔深时用；唐山金石厂家生产的水力割刀两套75mm口径、89mm口径各一套，由于钻机处理事故能力有限，发生孔内事故水力割刀可快速处理孔内事故钻杆，已在多个矿区成功使用；专用防爆电缆500m，HTW钻杆200m，NTW钻杆400m，60mm钻杆300m置于地表备用。

　　钻具选型。应用了NTW系列的薄壁钻头和薄壁钻杆，强度高，转速快，较之地表钻探来说，在不影响使用的前提下钻杆的质量更轻，钻头与岩石的接触面积更小，在减轻钻杆重量的基础上钻进效率更高，起下钻也更加省力，配合钻机的液压联动装置，使起下钻更加快速方面，极大的减少了人力用管钳拧动钻杆的工作量，由于井下空间受限。

　　钻杆长度均为1.5m，钻具均选用岩心管长度为1.5m的短钻具，打捞器也截去多余部分，以节省打捞岩心时的操作空间。

　　2坑道钻探钻井液实用困难

　　本矿区坑道钻探的工作人员之前施工的小孔经、超浅孔，对于钻井液在坑道钻探中的使用较少，其主要困难在于以下几点。

　　（1）之前的坑道钻探多属于小口径、超浅孔，坑道钻探施工人员相对比较固定，缺少和地表钻探深孔施工人员的技术交流，以往的浅孔钻探很少用到钻井液，数十米的钻孔只需要水就能达到钻探施工要求，因此很多坑道钻探的技术人员意识不到泥浆在复杂地层中起到的重要作用。

　　（2）由于坑道钻探一般使用的循环水都为地下渗水，其矿化度一般较高，多种泥浆材料在其中发挥不到任何作用，从地面引入干净的水源，对于多数矿井来说成本过高，几乎不可能办到，很多施工人员因使用未净化的水源，从而导致的钻井液性能失效，归根为钻井液材料的问题，而没有进一步探究，或是没有找到切实可行的矿化水处理措施而放弃使用钻井液。

　　（3）钻井液材料种类单一，坑内钻探使用的钻井液材料相对比较单一，多数钻孔只使用聚丙稀酰胺、纤维素等基础材料，对于一般的地层来说基本可满足施工，但是对于比较破碎的复杂地层来说，钻井液除了满足黏度和护壁的要求，还需要满足降失水、润滑和抑制水敏等特殊需要。

　　（4）由于矿井内环境受限，使用钻井液产生的废浆需通过专门的排污管道抽出地表进行处理，从而需要矿方的设备人员支持，从而增加了坑道钻探使用钻井液改善孔内状况的难度。

　　虽然坑道钻探使用钻井液比起地表钻探显得困难重重，但是作为钻探的血液，只要能有效的克服以上问题，钻井液对于钻孔的完成效率却是显而易见的，对于标高在地表1000m以下的坑道钻探来说，略微的水敏破碎对于没有钻井液的钻探工艺来说，需要付出数倍的人力财力也是不能弥补的。

　　3钻井液在坑道钻探中的应用解决方法

       3.1高矿化度水质的处理

　　3.1.1高矿化度水质对钻井液体系影响的理论探究

　　根据实测，该金属矿山的矿化水中含有较高的金属离子，主要有Na+、Fe2+、K+、Mg2+，根据资料显示，Na+、K+、Ca2+、Mg2+主要是与聚丙烯分子链上的羧酸根离子的静电引力作用，从而降低了聚丙烯酰胺分子表面的电荷密度致使其分子链发生弯曲，减弱了极性基团的溶剂化能力使聚丙烯酰胺的黏度降低。Fe2+离子则会与钻井液中溶解氧产生自由基反应，使水解聚丙烯酰胺的骨架水解断裂，致使溶液黏度降低。溶液中如果存在以上离子，使水解聚丙烯酰胺分子链断裂，水解聚丙烯酰胺的黏度始终处于比较低的状态，不能很好地携带岩粉，同时润滑性能也大幅降低。

　　3.1.2现场简易的实验论证和方案比选

　　现场的实测结果是，在新疆亚克斯矿业黄山西250和170中段，高矿化度水质使聚丙烯酰胺处于失效状态，同样的情况体现在植物胶、纤维素、广谱护壁剂等材料的水解实验中。对比实验情况如下。

　　a1，1l纯水+15g聚丙烯酰胺。测试性能pH值为7，标准漏斗黏度为19s，加入15g岩粉后观察有絮凝生成。

　　a2，1l井下水样+15g聚丙烯酰胺。测试性能pH值为5，标准漏斗黏度为15s，加入15g岩粉后观察全部沉淀无絮凝状生成。

　　b1，1l纯水+20g植物胶。测试性能pH值为7，标准漏斗黏度为20s，加入15g岩粉后观察有岩粉在泥浆中悬浮。

　　b2，1l井下水样+20g植物胶。测试性能pH值为5，标准漏斗黏度为15s，加入15g岩粉后观察岩粉后观察岩粉及泥浆材料全部沉淀。

　　c1，1l纯水+20g高粘纤维素。测试性能pH值为7，标准漏斗黏度为21s，加入15g岩粉后观察有岩粉在泥浆中悬浮。

　　c2，1l井下水样+20g高粘纤维素。测试性能pH值为5，标准漏斗黏度为18s，加入15g岩粉后观察有部分岩粉在泥浆中悬浮。

　　d1，1l纯水+20g广谱护壁剂。测试性能pH值为7，标准漏斗黏度为19s，加入15g岩粉后观察有岩粉在泥浆中悬浮。

　　d2，1l井下水样+20g广谱护壁剂。测试性能pH值为5，标准漏斗黏度为15s，加入15g岩粉后观察岩粉后观察岩粉及泥浆材料全部沉淀。

　　实验表明，井下水样的度矿化高对于泥浆材料的影响较大，主要体现在泥浆材料几乎不溶解，只有纤维素具有较好的抗盐效果，黏度和溶解度以及触摸时的光滑度都有较好的实验结果。

　　由于考虑到此水的矿化度较高，加之金属离子对于聚丙烯酰胺的影响较大，不再使用聚丙烯酰胺为主的无固相泥浆，后期直接使用处理过的矿化水配置低固相钻井液，并做对比实验配置出了适用于本矿区的钻井液体系。

　　3.1.3现场水质处理和钻井液体系选择

　　经过以往的现场施工经验，一般选用NaOH和Na2CO3对现场的水质进行简单处理，通过对比实验，用NaOH和Na2CO3按不同的比例分为数组，只使用一种或同时使用，通过加入不同比例碱的处理过的地下水，加入等量的聚丙烯酰胺或者纤维素、植物胶等提粘材料测试其黏度变化，筛选出合理的处理水的碱的种类和浓度，再进一步测试其他材料在处理过的水中的发挥的作用。

　　关于本矿区破碎地层泥浆体系的选择，一是以聚丙烯酰胺为基础材料的无固相泥浆，润滑性能好，能够快速的絮凝并排出岩粉，缺点是失水量较高，由于本矿区地层性质，岩粉的造浆能力较差，易遇水软化导致的缩颈掉块比较严重，还有部分钻孔由于放炮影响，裂隙发育，部分地层已经被高矿化度盐水所浸蚀，因此无固相泥浆由于比重低，失水量较高再大多数钻孔使用效果会不太理想。二是使用以纤维素和护壁剂为主要材料的低固相泥浆，加入适量钠土调节泥浆的造浆性能，使形成的泥饼更加致密，失水量会大大的降低，从一定的程度上也可以起到提高泥浆比重，能够更好的支撑井壁，但是其缺点是岩粉排出效果不好，需要及时的换浆，因此会消耗更多的材料，还有换浆所需要的排除出废浆、沟通协调等方面的工作等。通过以上两种泥浆体系方案的比选，为了能够提高钻孔的成孔率，更好的支撑井壁，减少孔内事故，因此选用以纤维素和护壁剂为主要材料的低固相钻井液体系，配合钠土调节泥浆的比重和失水量，缩径严重时亦可选用重晶石粉调节比重。

　　在新疆有色亚克斯矿业公司黄山西170中段的水敏松散岩层钻探施工中，由于之前高粘纤维素的在高矿化水中良好的实验效果，本矿区选用了（纯碱+火碱）少量+纤维素+少量膨润土造浆+广谱护壁剂低固相钻井液体系进行钻进，其泥浆性能测试结果如下。

　　a，井下水处理前+纤维素+少量膨润土+广谱护壁剂。

　　搅拌均匀后测试性能。pH值为5，标准漏斗黏度为17s，滤失量为全漏失，离析度为全部离析。

　　搅拌均匀后测试性能。pH值为10，标准漏斗黏度为24s，滤失量12（30min/ml），离析度为1/7。

　　此实验结果适用大多数矿区水矿化度较高的金属矿区，对于大多数矿区高矿化度水质的处理，用两种碱的配合使用能够解决大部分问题，亦要参考实际情况和经济状况，如在新疆鄯善的库都克煤矿，高矿化度水质处理效果不明显，在最后的超长断裂带施工中，则使用干净水源配置泥浆，最后顺利终孔。

　　3.2抗盐钻井液材料使用的现场案例分析

　　通过上述步骤，可以解决实际应用中的大多数水质不良的情况，如果经过多次对比仍然无法很好的对水质加以改变，纤维素的抗盐效果相对比较突出，部分厂家生产的抗盐降滤失剂，也可以起到一定效果。由于各种材料的作用机理不同，盲目使用可能效果会适得其反。

　　现场简易的对比实验可以很好的降低生产成本，使用控制变量方法，先逐个分析该种泥浆材料在高矿化度水中的表现效果然后再配合使用。抗盐黏土、抗盐膨润土、海水宝、油田钻井液中使用的分散颗，抗盐降滤失剂等新型泥浆材料，也可直接在矿井高矿化度水中使用。

　　同样经过现场简易的实验方法对比，适用于本矿区的抗盐泥浆材料有：

　　高温高压抗盐降滤失剂。一定的提黏和降滤失效果，单独使用时提黏效果不佳。

　　高粘纤维素。抗盐、提黏、降滤失效果都比较好，形成的泥饼韧性好，单独使用时也可以很好的起到降滤失的作用。

　　分散颗。在高矿化度水中，润滑性能和降滤失性比较好，适用于大多数含盐量较高的水中，使用前用清水浸泡充分溶解后倒入泥浆中，使用效果更好。

　　在本矿区坑道钻孔施工中，高粘纤维素和分散颗的配合使用比较常见，部分涌水钻孔和水敏比较严重的钻孔适量的添加钠土造浆，黄山西KZK170-118-4钻孔由于孔内坍塌缩颈严重导致的孔内事故，终孔阶段使用重晶石粉调节泥浆比重达到1.05g/cm3，成功解决缩颈问题，终孔深度357m，为近年来170中段最深孔记录。

　　3.3现场测试仪器的使用

　　对于一般的现场泥浆的配置问题，通过现场用的测试仪器便可以达到事半功倍的效果，主要控制好黏度、失水量和比重等参数，对于一般的水敏性地层、破碎带和炭质千枚岩较多的软弱地层有良好的作用。

　　现场泥浆测试仪器一般包括pH试纸、现场密度仪、中压滤失仪、标准漏斗黏度计和含沙量测定仪，在近年的现场施工中，坑内钻探泥浆性能中，较好的滤失量参数可以解决90%以上的水敏和钻孔坍塌问题，目前钻井液新型钻井材料的不断更新换代，在水质良好的情况下，低固相泥浆30min的失水量可以控制在10ml以下。

　　在现场井下复杂环境施工时，既要考虑黏度、失水量、等问题，极大的地压释放造成的孔内坍塌掉块和钻孔坍塌，现场的泥浆测试仪器显得尤为重要，可以随时掌握钻井液参数，在青海九龙山煤层气参数井施工中亦发现气侵造成孔内泥浆性能全部失效的案例，合理的使用现场泥浆测试仪器，是未来地质勘查钻探施工的必然趋势。

　　在本次坑道钻探施工过程中，充分的利用了钻井液体系的转换，解决了黄山西矿区250、170中段水敏坍塌破碎地层的钻探施工，不同于地表钻探的是，坑道钻探的钻孔普遍倾角偏大，部分施工硐室为以前的老旧硐室，常年的放炮影响，地层裂隙发育，部分松散围岩已经遇水软化，化学泥浆起到的作用非常有限，通过钻探技术工艺上的改变配合泥浆护壁进行钻进，套管隔离破碎带等常规的处理方法仍然是解决水敏坍塌地层最有效的方法之一。除此之外，本矿区在处理井内套管时，由于破碎严重发生套管难以拔出，使用水力割刀安全、快速、高效的处理井内钻杆或套管，为以后的坑道钻探事故处理提供了重要的参考。本矿区在钻探工艺上采取的另外一种方法是，使使用的NTW薄壁钻头外径加大至76.3mm，以最大限度的增加环空间隙，减少缩颈带来的不良影响，也很好的解决了由于缩颈导致的夹钻等问题。

　　通过以上方法可以解决坑道钻探中，常规及个别由于钻井液影响钻井质量的问题，特别复杂地层则需要在处理好水质和解决一般问题的基础上，选用护壁效果更佳的泥浆材料以及根据钻孔作业的实际情况，配合适当的钻井工艺进行施工，通过经济方案比选，制定出适合特定矿区的施工工艺方法，本矿区所采用的是一种比较经济实用的研究方法，以现场环境和实际施工情况作为前提，通过现场对比试验，以筛选出适合本矿区水质的泥浆材料体系，通过现场泥浆测试仪器的使用，能够直观有效的得出试验结果，以指导生产施工，也可以根据地层情况调节泥浆参数，在本次的现场试验研究中，不但为施工中解决了实际问题，也为今后的钻进液和钻探工艺方面的研究提供了宝贵经验。