芻議兩種復(fù)雜情況下的鉆進(jìn)護(hù)孔方法

李德成，劉東成

(黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱150080)

1 坍塌層的鉆進(jìn)護(hù)孔方法

坍塌層(或稱(chēng)不穩(wěn)定巖層)有兩種不同的特點(diǎn)，即易受機(jī)械破壞或水力沖刷破壞的松散、破碎、無(wú)膠結(jié)巖層和水敏巖層。坍塌層的分類(lèi)至今沒(méi)有很理想的分法，在巖心鉆探中過(guò)去只是按鉆進(jìn)中感覺(jué)到的情況分為輕微坍塌、中等坍塌和嚴(yán)重坍塌。國(guó)外有人提出用坍塌系數(shù)來(lái)表示鉆孔狀態(tài)，即以坍塌后鉆孔實(shí)際體積與鉆孔理論體積之比來(lái)表示孔壁坍塌的程度。坍塌巖層的有效處理方法主要有以下4種:

1.1 泥漿護(hù)孔處理方法

泥漿護(hù)孔是處理坍塌層最常用和主要的方法。對(duì)于沒(méi)有膠結(jié)或膠結(jié)弱的松散破碎層來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)使用黏度較大、失水量較小、泥皮致密，靜切力和泥漿比重合適的泥漿。適當(dāng)提高泥漿黏度，對(duì)松散破碎層有一定的膠結(jié)堵塞作用，有利于穩(wěn)定孔壁。一般用黏度25 s的泥漿就能順利通過(guò)20 m厚的含水流砂層(巖心鉆孔中)。黏度、切力過(guò)大會(huì)使下鉆時(shí)的抽吸作用和激動(dòng)壓力增大，特別是小口徑金剛石鉆進(jìn)中反而會(huì)引起破壞孔壁的作用。控制泥漿失水量，可減少滲入孔壁的自由水，特別是能形成薄而致密的泥皮，有利于穩(wěn)定破碎層的孔壁。對(duì)破碎不穩(wěn)定地層，適當(dāng)提高泥漿比重以增加泥漿柱對(duì)孔壁的壓力是有利于孔壁穩(wěn)定的，但也不必為此而使用加重泥漿。除合理使用泥漿外，還要采取其他的工程措施如做到在提鉆過(guò)程中向孔內(nèi)不斷補(bǔ)充泥漿以維持泥漿柱的高度;控制沖洗液量以減小上返速度，減少?zèng)_刷破碎作用;下鉆速度不能過(guò)高以減少激動(dòng)壓力的破壞作用等。

1.2 水泥及化學(xué)漿液等材料膠結(jié)堵塞護(hù)孔

這也是一種有效的方法，只要水泥或化學(xué)漿液能進(jìn)入破碎松散巖石的孔隙或裂隙中，就能起膠結(jié)作用。這樣，即使改用清水鉆進(jìn)也不會(huì)造成孔塌。一些巖心鉆現(xiàn)場(chǎng)就是采取水泥或化學(xué)漿液(301聚酯、氰凝水泥或石灰漿液等)護(hù)孔并配合清水鉆進(jìn)的，而沒(méi)有使用泥漿。

灌注漿液是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，采用壓力灌注的方法，使?jié){液在孔壁巖石中擴(kuò)散半徑達(dá)0.5 m左右時(shí)，即使固結(jié)物強(qiáng)度很低(抗壓強(qiáng)度在20 kg/cm2以?xún)?nèi))，也能將流砂固住而不坍塌;相反，漿液進(jìn)不到巖石裂縫中而自由上返，且固結(jié)后用同徑鉆頭鉆掉了，即使固結(jié)物強(qiáng)度再高(達(dá)500 kg/cm2以上)，也不能達(dá)到護(hù)壁的目的。

漿液的黏度、流動(dòng)度或稠度的選擇應(yīng)根據(jù)巖層孔隙或裂隙大小而定。黏度和稠度過(guò)大的水泥漿液是不能進(jìn)入孔隙小的流砂層中的。相反，存在較大裂縫時(shí)靠自重就能使大黏度的漿液流失。

1.3 快速通過(guò)坍塌層

對(duì)松散破碎及黏土質(zhì)巖層，沖洗液浸泡時(shí)間愈長(zhǎng)，鉆孔坍塌的可能性愈大，特別是已坍塌破壞的鉆孔更是如此。如用清水鉆進(jìn)黏土層時(shí)，鉆進(jìn)30～50 h后開(kāi)始坍塌;如改用比重為1.2，失水量為15～18 mL/30 min和黏度20 s的普通泥漿沖洗鉆孔，則幾個(gè)月內(nèi)仍能保持孔壁穩(wěn)定。根據(jù)這一道理對(duì)松散破碎層來(lái)說(shuō)，采用快速通過(guò)的方法以相對(duì)地減少鉆孔坍塌所造成的影響。油井中鉆進(jìn)千米厚的流砂卵石層往往只花幾天時(shí)間就可順利通過(guò)。巖心鉆探百米以?xún)?nèi)的表土松散層也可采用快速通過(guò)的方法，然后再下入孔口管(表層套管)。

1.4 隔離法處理孔壁坍塌

在巖心鉆進(jìn)時(shí)采用跟管鉆進(jìn)法、小徑透大徑跟、邊鉆邊下管等方法來(lái)隔離松散破碎層。

2 水敏層的鉆進(jìn)護(hù)孔方法

水敏巖層包括一些遇水后產(chǎn)生溶解、溶蝕、膨脹剝落等巖層，如巖鹽遇水會(huì)產(chǎn)生溶解作用，石灰?guī)r、白云巖等遇水(水中含有CO2時(shí))會(huì)產(chǎn)生溶蝕作用，黏土質(zhì)等巖層遇水會(huì)產(chǎn)生水化、膨脹作用，片理發(fā)育的變質(zhì)片巖、千枚巖等遇水會(huì)產(chǎn)生沿片理面的滑落或剝落等等。本文主要介紹水化、膨脹巖層的黏土巖、頁(yè)巖和易產(chǎn)生滑落的片巖、千枚巖的護(hù)孔方法。

由于水化膨脹會(huì)產(chǎn)生鉆孔縮徑和巖石內(nèi)部聯(lián)結(jié)力的削弱，在沖刷及回轉(zhuǎn)振動(dòng)等機(jī)械作用下也會(huì)產(chǎn)生坍塌。在鉆進(jìn)中也會(huì)產(chǎn)生造漿作用，泥漿中黏土固相含量上升以至泥包鉆頭，影響鉆進(jìn)效率和回次進(jìn)尺，使起下鉆的激動(dòng)壓力增加，造成孔壁的破壞。對(duì)水敏層的處理，主要是從泥漿著手。根據(jù)石油鉆進(jìn)多年經(jīng)驗(yàn)證實(shí)只有采取對(duì)水敏層抑制的方法，即抑制(或防止)水化造漿的方法，才能有效地解決這類(lèi)地層的井塌問(wèn)題。

屬于抑制型的泥漿有:鈣處理泥漿、鹽水泥漿、聚丙烯酰胺泥漿等。這些泥漿的濾液中，共同特點(diǎn)是存在較多能對(duì)頁(yè)巖等水化、膨脹和造漿起抑制作用的成分，如存在較多鈣離子，過(guò)量的鈉離子，和對(duì)黏土顆粒起絮凝作用的聚丙烯酰胺分子等。因此，即使這些抑制型或絮凝型泥漿的失水量較大，甚至采用有機(jī)和無(wú)機(jī)絮凝劑的水溶液也能起到防止頁(yè)巖坍塌的目的。

在巖心鉆探中，對(duì)付不太厚或不太嚴(yán)重的水敏層，采用一般低失水、低黏度、低切力的淡水泥漿亦是可行的。其中低失水是主要的，因?yàn)槭?，可以減少黏土質(zhì)巖層的水化膨脹，減少自由水進(jìn)入巖層片理面而造成的滑落，如我們采用失水量12 mL左右，黏度17～18 s和切力很小的泥漿，就順利地鉆進(jìn)厚層千枚巖，而無(wú)坍現(xiàn)象。

［1］ 魯凡，陳志超.鉆探工藝學(xué)［M］.北京:人民教育出版社，1981.

［2］ 曾祥熹，陳志超.鉆孔護(hù)壁堵漏原理［M］.北京:地質(zhì)出版社，1986.