2.1 矿区地层
（1）中泥盆统e组一段（D2
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）
分布于矿区中部寨上村南，出露较少，岩性主要为灰色、浅灰色板岩，薄一中厚层石英砂岩与粉砂质板岩互层，紫红、淡黄色泥质、粉砂质板岩。
（2）上泥盆统大草滩群b组上段（P1）
由紫红、灰绿色粉砂质板岩、粉砂岩组成，并夹绿灰色石英砂岩、绿灰色粗砂岩，局部夹灰色薄层微粒灰岩，本区可分为下部和中上部。
（3）下二叠统b组（P1）
分布于矿区中部，底部为厚约20m的灰色巨厚一块状砾岩，下部为砾岩、含砾石英砂岩、含炭板岩、砂岩；中部为灰黑色含炭板岩、泥质板岩、粉砂质板岩夹棕灰、深灰色含石英细砾和岩屑的不等粒含铁质石英砂岩、深灰色角砾状生物碎屑微晶灰岩；上部为灰黑色含炭板岩、泥质板岩夹棕色中厚层含石英砾石、岩屑的不等粒石英砂岩。
（4)下二叠统c组二段
分布于矿区北部，主要为灰黑色含炭板岩夹薄一中厚层石英砂岩。
（5）老第三系b组
主要分布于矿区西部，上部为紫红色厚一巨厚层砾岩，比较松散，部分钙质胶结，偶夹紫红色薄。中厚层中粗粒砂岩，粒径一般为(0.5～3)mm×(0.3×0.8)mm，多为半棱角状，
1-b
1-b
少数浑圆状，成分复杂，分选一般。
2.2 矿区主要岩层
矿区钻进遇主要岩层为：第四系氧化层或坡积物，老第三系巨厚层砾岩、泥岩、板岩、砂岩等互层产出。从采取的岩心看大致分以下几类。
（1）第三纪上部为紫红色厚～巨厚层砾岩，比较松散，部分钙质胶结，偶夹紫红色薄一中厚层中粗粒砂岩，粒径一般为(O.5～3)mm×(0.3～0.8)mm，多为半棱角状，少数浑圆状，成分复杂，分选一般。适于硬质合金钻进，个别石英含量高砂岩碎块钻进困难，宜用金刚石钻进。坡积物护壁困难，宜干孔钻进。可钻性级别Ⅲ～V级。
（2）砂岩、石英砂岩、砾岩，局部可见黄铁矿化。岩性硬、脆，进尺快，岩心较完整。部分砂岩呈碎屑状，破碎，取心、护壁困难，可钻性级别V级。
（3）炭质板岩、泥质板岩、炭质硅板岩互层。遇水膨胀、沿层理分裂成薄片。矿体及蚀变带的炭质板岩、泥质板岩部分似橡皮泥，有可塑性，胶结性好，岩心完整柱状；大部分蚀变泥质中胶结坚硬石英颗砾：水敏性强，遇冲洗液泥质溶入循环系统，只剩下坚硬石砾等不溶物，不易采取。可钻性级别Ⅲ一Ⅳ级。
矿区钻进护壁存在的主要问题及原因分析
我部从2002年开始在垄上矿区进行岩心钻探施工，截止2008年底，共计施工98个钻孔，因矿区地层复杂，护壁
困难，除浅钻外，均靠套管多级成孔，而且每径钻进深度均在150m以内，还需要反复扩孔，严重影响施工效率，且反复扩孔导致孔内事故增多。过去垄上矿区复杂地层钻进中，冲洗液护壁主要是采用高分子化合物为主，这些冲洗液刚配制好时因其吸附、胶联的作用在孔内循环时形成一层胶联的保护膜，随着钻进过程中，孔内岩屑、岩粉的增多，孔内高分子聚合物保护膜和孔内的岩屑、岩粉及孔壁上水敏性较强的碳质、泥质板岩絮凝、聚沉后，很快破坏了孔壁上的保护层，因此，单纯依靠冲洗液护壁，往往只能暂时保护孔壁，难以达到理想效果。我们曾采用了灌注高标号水泥或地勘水泥护壁，但矿区脆碎岩地层及裂隙水活动强烈，灌注水泥浆容易被稀释，而软地层强度低，胶结差，灌注水泥护壁成功率不到20%。通过不断摸索总结，2004年以后确定了多级成孔，冲洗液与套管综合护壁的方法保护孔壁。冲洗液主要是PHP、HJ一1号、PAA等，护壁时效一般在1个星期左右。因此，钻孔多用Φ150—Φ130—Φll0—Φ95—Φ75—Φ60 mm六径成孔，虽然起到了一定的效果，但是套管下得越多也就意味着起拔套管的数量也就越多，难度也就越大，往往有部分套管难以完全成功起拔，无形中也增加了生产成本。
通过对垄上矿区地层的综合研究和科研攻关，获知矿区护壁困难的主要原因为：矿区地层中的碳质、泥质板岩中含有大量的蒙脱石、伊犁石等粘土矿物，尤其在含矿破碎带中，蒙脱石、伊犁石含量更高，这些地层遇冲洗液后吸水膨胀，
长时间浸泡在孔内的碳质板岩、泥质板岩及破碎带吸水后出现大面积剥离、崩塌，从而孔内出现严重缩径、坍塌。过去我们在矿区护壁主要使用PHP、PAA、HJ-1号等高分子聚合物无固相冲洗液，这种聚合物冲洗液由于选择了低聚合度、结晶性好的高分子聚合物，用于有水浸润和冲蚀下立即散落的水敏坍塌层有良好的效果。这些冲洗液高分子链中的官能团形成致密、坚韧、柔性好的网，在井壁表面或随冲洗液深入井壁形成比较坚韧的吸附薄膜或吸附圈。但这些高分子聚合物作为冲洗液在钻进过程中，在井壁表面或随冲洗液深入井壁形成比较坚韧的吸附薄膜或吸附圈的同时，对孔内的岩粉、岩屑尤其是在含矿破碎带中的蒙脱石、伊犁石等粘土矿物进行絮凝和吸附，从而很快地改变了冲洗液的性能，导致粘度迅速下降，排粉能力下降，在孔壁也无法形成保护膜，尽管现场对冲洗液的性能在不断调整，但由于矿区地层中粘土矿物含量大，絮凝沉淀快，冲洗液性能改变快，因而从经济上和施工效率上都无法满足其要求，从而最终靠套管护壁。过去曾经试用泥浆作为冲洗液护壁，但通过多次试验，因无法解决绳索取心钻进工艺中钻杆结垢问题和降失水的问题，最终导致失败。
4.低固相泥浆配方与护壁机理
鉴于以上原因，我们在垄上钻进技术研究过程中，着重对泥质含量高、水敏性强的地层，适合于绳索取心工艺的泥浆进行了大量的研究和实验，优选出HL生物胶与防塌护壁
王??相结合的低固相泥浆，HL是由野生植物提取物与XC系列复配而成的长链高分子有机物。
其配方为：980公斤清水＋30公斤优质钠土＋2公斤纯碱＋3-5公斤CMC＋15公斤S-1 +6公斤特效润滑剂。
配制成的泥浆性能为：胶体率98%以上，漏斗粘度22～26s，失水量6～8mL，泥皮厚1mm。
低固相泥浆的护壁机理为：它既有像PAA、PHP高分子聚合物无固相钻井液、“HJ-1”复合型无固相高分子聚合物钻井液一样，表面包裹一层粘弹性胶膜，起到隔离钻孔地层、减少冲洗液中的水分浸入孔壁地层中的作用，同时又可在孔壁上形成一层薄而坚韧的泥皮，这层泥皮具有一定的粘弹性和强度，又具有较好的润滑性，减轻了钻具对孔壁破坏的作用，同时利用HL生物胶的胶结性和S-2对水敏地层的抑制作用，较好地胶结地层，增强泥皮的韧性，降低了失水量，有效地抑制了矿区泥质、碳质板岩等水敏地层的水化膨胀，抑制了地层中的粘土矿物自然造浆。采用HL生物胶低固相泥浆由于其失水量低，泥皮薄，转速＜600 r/min时钻杆不结垢，有效地解决了绳索取心钻进钻杆结垢的问题。
5. 施用效果
通过对历年来施工的设计孔深大于500m的钻孔施工情况和施工效率较高、施工较顺利的2008年施工生产与2009年使用HL生物胶泥浆护壁后的施工情况对比(表1、2)，可以明显看出，HL生物胶泥浆对寨上矿区水敏性地层的护壁效