試論巖心鉆探水泥注漿護(hù)壁防塌的問題及對策

桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院 劉康平

試論巖心鉆探水泥注漿護(hù)壁防塌的問題及對策

桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院 劉康平

為了適應(yīng)深部找礦勘探的不斷發(fā)展，鉆探技術(shù)也得到了長足了發(fā)展。隨著鉆孔的不斷加深，孔內(nèi)也常常十分復(fù)雜，而且施工周期很長，施工難度也比較大。巖心鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)十分重要，本文通過對巖心鉆探遇到的問題進(jìn)行細(xì)致的分析，并深入探討鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)，進(jìn)而提出一些有效防塌的對策，以供大家參考。

巖心 鉆探 泥漿 護(hù)壁

隨著社會的不斷進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的礦產(chǎn)資源已經(jīng)面臨快要枯竭的尷尬境地，一些經(jīng)濟(jì)十分發(fā)達(dá)的地區(qū)其淺部礦產(chǎn)資源日漸稀少，已經(jīng)瀕臨危機(jī)。為了確保社會經(jīng)濟(jì)在滿足可持續(xù)發(fā)展的前提下，還能夠快速發(fā)展，就必須使礦產(chǎn)資源的勘查開發(fā)力度加大，向深部地區(qū)勘探。這就要求鉆探技術(shù)必須與時(shí)俱進(jìn)，能夠滿足在復(fù)雜地層進(jìn)行鉆探的施工要求，同時(shí)還要做好巖心鉆探泥漿護(hù)壁防塌工作，以確保鉆探施工的順利進(jìn)行。

一、巖心鉆探存在的問題及對沖洗液的若干要求

1. 巖心鉆探存在的一些問題。復(fù)雜地層的深孔鉆探還存在以下問題：（1）回轉(zhuǎn)阻力較大，材料與動力消耗也很大，而且孔內(nèi)事故較多。隨著孔深的不斷增加，摩擦阻力不斷增大以及孔內(nèi)鉆桿的不斷增長。對于繩索取心鉆探來說，不僅使鉆機(jī)的負(fù)荷增大，加快鉆桿磨損，同時(shí)還很難使轉(zhuǎn)速提高，極易引起鉆桿斷裂等孔內(nèi)事故。所以應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的潤滑措施，使鉆桿回轉(zhuǎn)阻力有效減少；（2）鉆頭的使用壽命縮短。由于深孔鉆進(jìn)，使得鉆壓很難準(zhǔn)確控制，再加上鉆桿的接頭密封欠佳就容易產(chǎn)生泄漏，無法保證沖洗液能夠全部都送到孔底，進(jìn)而形成假循環(huán)，導(dǎo)致鉆頭微燒而縮短鉆頭的使用壽命；（3）施工成本高，鉆進(jìn)效率低。在復(fù)雜地層實(shí)施深孔鉆進(jìn)，由于施工周期較長，如果護(hù)壁措施不當(dāng)，就會導(dǎo)致孔內(nèi)事故增多，影響鉆進(jìn)效率，進(jìn)而使施工成本增高；（4）孔壁失穩(wěn)，且護(hù)壁困難。在復(fù)雜地層進(jìn)行鉆進(jìn)，其地層越復(fù)雜、孔越深，則鉆進(jìn)的時(shí)間就越長，從而造成孔壁失穩(wěn)。由此可見，在復(fù)雜地層實(shí)施深孔鉆探，必須要考慮到護(hù)壁問題，只有將護(hù)壁問題徹底解決，才能確保施工順利進(jìn)行。

2. 巖心鉆探對沖洗液的若干要求。在復(fù)雜地層的鉆探過程中，沖洗液所起到的作用至關(guān)重要，解決以上問題還需沖洗液的幫助?，F(xiàn)如今，巖心鉆探工藝方法比較先進(jìn)的就是金剛石的繩索取心鉆進(jìn)。金剛石的繩索取心鉆進(jìn)、復(fù)雜地層以及深孔鉆探的工藝特點(diǎn)要求沖洗液必須具備以下幾個(gè)方面的性能：（1）沖洗液的潤滑性能必須良好。沖洗液的潤滑性能如果十分優(yōu)越，其粘附系數(shù)小，就可以使摩擦阻力有效降低，并降低回轉(zhuǎn)阻力，能夠避免卡鉆、粘附等，從而減少材料與動力消耗，使鉆具的使用壽命延長；（2）沖洗液必須能夠防止鉆具結(jié)垢。鉆具結(jié)垢，影響內(nèi)管打撈。如果沖洗液具有極細(xì)分散性與超低固相，同時(shí)具備較好的流變性，就可以使鉆具結(jié)垢的現(xiàn)象徹底消失；（3）沖洗液必須具備良好的冷卻鉆頭、清洗孔底以及攜帶巖粉的性能。確保沖洗液的切力、粘度以及動塑比等適中；（4）沖洗液的護(hù)壁性能必須良好。沖洗液具有較強(qiáng)的造壁性與較低的濾失量，同時(shí)具有吸附以及粘結(jié)孔壁的作用，就會形成韌性較強(qiáng)的薄泥皮，最終使孔壁的穩(wěn)定性得到有效保障。

二、巖心鉆探水泥注漿護(hù)壁方法與注漿原理

由于有些鉆孔所處地層是斷裂蝕變帶，而且厚度大、巖層出現(xiàn)斷裂，節(jié)理以及裂隙發(fā)育，同時(shí)巖體常常成碎塊狀，膠結(jié)很差甚至互不膠結(jié)，鉆進(jìn)時(shí)易出現(xiàn)坍塌掉塊和縮頸以及夾鉆、埋鉆，從而給鉆進(jìn)帶來較大麻煩，甚至無法鉆進(jìn)。所以，要想使沖洗液漏失與鉆孔坍塌掉塊的問題徹底解決，就必須選用高強(qiáng)度材料來做護(hù)壁堵漏。通常都采用注水泥漿進(jìn)行護(hù)壁堵漏，所取得的防塌效果十分顯著。

用水泥漿進(jìn)行護(hù)壁堵漏的原理為：水泥漿注入到破碎巖層后開始沿著空隙裂隙流動，然后沉淀并固結(jié)，進(jìn)而填充裂隙與膠結(jié)碎裂巖塊，最終形成一個(gè)整體，起到護(hù)壁堵漏的作用。

三、巖心鉆探水泥注漿護(hù)壁防塌的措施

注漿之前先將一定量的水壓入孔內(nèi)，這樣做的目的是對孔內(nèi)巖粉進(jìn)行沖洗，然后根據(jù)壓水漏失量來確定出注漿泵量與泵壓以及漿液的起始濃度等。

注漿之前提出鉆具，同時(shí)把鉆桿提離孔底300毫米，注漿開始應(yīng)對注漿泵上的壓力表的升壓情況進(jìn)行仔細(xì)觀察，若升壓緩慢，則表示漿液流動暢通，受注層的可注性好。注漿過程中的升壓平緩視為正常。如果壓力表的指針突升，則有可能是受注層裂隙小或堵管。如遇這種情況先要對注漿管路進(jìn)行檢查，確認(rèn)沒有堵管或處理完堵管故障后繼續(xù)注漿，當(dāng)壓力略高于或達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)便可結(jié)束注漿。在注漿結(jié)束之前可將一定量清水注入孔內(nèi)，用以清洗注漿鉆桿，注水量必須為整個(gè)注漿鉆桿的容積量，直至將鉆桿里的漿液全部注入到巖層內(nèi)為止。在注漿結(jié)束后，應(yīng)等泥漿泵的壓力表指針指向零時(shí)再拆除注漿裝置，把注漿鉆桿提于地面之上，待凝固。

水泥漿的養(yǎng)護(hù)時(shí)間通常為24小時(shí)可掃孔。一定要掌握好養(yǎng)護(hù)時(shí)間，如果養(yǎng)護(hù)時(shí)間過短，水泥漿的初凝強(qiáng)度就不能達(dá)到指定值，從而使護(hù)壁堵漏效果大大降低；如果養(yǎng)護(hù)時(shí)間過長，會造成水泥漿的初凝強(qiáng)度過高，使得掃孔極易跑偏而影響鉆進(jìn)。當(dāng)掃孔后方可進(jìn)行壓水試驗(yàn)，若正常返水說明注漿成功，如果繼續(xù)漏失則說明注漿的成功率低可復(fù)注，通常復(fù)注一次就能起到護(hù)壁堵漏的作用。

四、結(jié)束語

除水泥注漿護(hù)壁防塌方法外，還有諸多護(hù)壁防塌堵漏材料在廣泛應(yīng)用。針對復(fù)雜地層的深孔鉆進(jìn)，其泥漿性能的優(yōu)良與否十分重要，低粘度、低密度、低失水、低切力以及高分散性泥漿可以使孔壁的穩(wěn)定性提高，同時(shí)還能提高鉆進(jìn)效率，并能夠有效防止鉆桿內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)垢。由于泥漿護(hù)壁堵漏具有結(jié)石強(qiáng)度高、原料廣以及灌注工藝簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此常用于加固井壁、以防坍塌，成為巖心鉆探泥漿護(hù)壁防塌的重要技術(shù)手段之一。

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