金剛石鉆探在復(fù)雜巖層中護(hù)孔、堵漏的綜合治理

摘 要 金剛石小口徑鉆探在復(fù)雜巖層鉆探時，坍塌、掉塊、縮經(jīng)、漏失、涌水等現(xiàn)象嚴(yán)重影響了鉆探施工、質(zhì)量、工期和成本，本文作者以多年在豫西地區(qū)的鉆探工作實踐，總結(jié)了采用綜合治理方法處理復(fù)雜地層取得的方法與措施，以供同行參考與借鑒。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜巖層；破碎；坍塌；掉塊；漏失；護(hù)孔；堵漏；綜合治理

中圖分類號 TU 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)061-0178-01

復(fù)雜巖層是一個客觀存在，在鉆探過程中隨時都可能遇到。作者長期在豫西地區(qū)從事地質(zhì)勘探鉆探工作，該區(qū)地處秦嶺東西構(gòu)造帶，蘊藏著豐富的有色金屬資源。這些礦產(chǎn)在成因上幾乎與各種構(gòu)造密切相關(guān)。因此，該區(qū)內(nèi)的各礦區(qū)，大都是地質(zhì)構(gòu)造縱橫交錯，古老的變質(zhì)巖有的完整堅硬打滑；有的破碎如同沙豆；有的破碎孔段厚達(dá)百米；坍塌、掉塊、漏失、涌水現(xiàn)象屢見不鮮；因斷層高齡土化引起的縮徑也常常遇到；某些張性構(gòu)造的巖層中會遇到大大小小的孔洞。這些復(fù)雜地層給我們的鉆探施工帶來了許多困難。幾十年來飽嘗了復(fù)雜巖層鉆探困難的滋味。特別在小口徑鉆探中，由于對坍塌、掉塊、漏失缺乏有效的治理手段，使鉆機(jī)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響，臺月效率一直徘徊在一百余米的水平，且不少鉆孔質(zhì)量底下。

自20世紀(jì)八十年代初開始試用金剛石小口徑鉆進(jìn)起，到實現(xiàn)金剛石小口徑化的時期內(nèi)，復(fù)雜地層鉆進(jìn)已成為一項主要的技術(shù)攻關(guān)項目。通過漫長的道路，艱苦的探索，特別是在經(jīng)歷了多次失敗以后，使我們認(rèn)識到，在情況多變的復(fù)雜巖層中，單一的治理手段是行不通的，必須走綜合治理的道路。

1 綜合治理的發(fā)展過程

1.1 初始期（六、七十年代）

使用當(dāng)?shù)丶t土加堿和鹽攪拌泥漿，取得初步發(fā)展，但泥漿質(zhì)量同金剛石鉆頭的要求很不適應(yīng)；后改用磁縣土造漿，情況有所改善。以后一連數(shù)年所施工的多數(shù)鉆機(jī)主要是淺部孔壁掉塊。

1.2 發(fā)展期（八十年代到目前）

1）進(jìn)行了土源換代，從試驗到全面推廣應(yīng)用了山東高陽土粉，優(yōu)選了非分散低固相優(yōu)質(zhì)泥漿，大大改善了泥漿質(zhì)量，為高產(chǎn)、高效、低成本創(chuàng)造了良好條件。同年采用了惰性材料護(hù)孔堵漏，使綜合治理的措施進(jìn)一步得到完善。

2）與高陽土粉廠合作，創(chuàng)新生產(chǎn)了混堿高陽土粉，從而進(jìn)一步提高了泥漿質(zhì)量，簡化了配漿工藝，減少了浪費，深受機(jī)臺人員歡迎。

3）與某化工廠合作，研制成了玻璃鋼泥漿循環(huán)槽，使泥漿循環(huán)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，現(xiàn)場文明管理跨進(jìn)一大步。

4）大量使用小口徑套管隔離法，解決了鉆孔上部垮塌現(xiàn)象；

5）在局部漏失孔段開始了脲醛樹脂護(hù)孔堵漏試驗，經(jīng)反復(fù)探索，改進(jìn)了灌注工藝，解決了鉆孔中的局部漏失、垮塌等技術(shù)關(guān)鍵；同時引進(jìn)了“306”不飽和聚酯單液灌注，增加了治理局部孔段的漏、垮手段，并創(chuàng)新了“306”護(hù)堵球丸，用來治理局部漏失也獲得了顯著成效。

6）另外建立了小型泥漿實驗室加強(qiáng)了科學(xué)管理。

7）試驗推廣應(yīng)用了PAM等化學(xué)泥漿，突破了長期以來的護(hù)壁難關(guān)。

8）把超早強(qiáng)快干水泥引用到治理長孔段的垮塌、中漏、全漏打下了成功基礎(chǔ)。

9）采用榆樹皮粉、腐植酸鈉、CMC等配制的無固沖洗液，治理縱向性裂隙漏失取得初步效果。

10）使用了礬土水泥、普通水泥增添了護(hù)孔堵漏技術(shù)手段。另外還采用了凍膠泥漿配合惰性材料堵漏成績顯著。

11）經(jīng)過改進(jìn)了的脲醛樹脂快速堵漏工藝，再次發(fā)揮作用，在900 m深的鉆孔中用重晶石壓涌也首次告捷。

12）購進(jìn)了各種新型護(hù)孔材料，使處理劑大體上形成了系統(tǒng)化、規(guī)范化。另一方面著重抓了泥漿管理工作，提高了現(xiàn)場泥漿質(zhì)量。

2 治理實例及主要應(yīng)用原則

上房礦區(qū)ZK1404，設(shè)計孔深900 m，施工中先后遇到垮渣、涌水、漏水、縮徑和探頭石、掉塊等共十一層次。幾乎集中了豫西復(fù)雜巖層的所有特點，在這樣一個復(fù)雜鉆孔中，先后使用了四種性能不同的泥漿，灌注了七次水泥；“306”聚酯堵漏三次；鉆井粉、榆樹皮粉等堵漏材料兩次；下入兩層套管共241 m。全孔共耗費水泥4.2 t，聚酯13 kg，榆樹皮粉160 kg，鉆井粉420 kg、磁縣土16 t、高陽土粉2.8 t。采用這些綜合治理的措施治住了所有的復(fù)雜層位，只用了76天就完成了這樣一個典型的復(fù)雜鉆孔。質(zhì)量達(dá)到一類。成為我隊當(dāng)年施工進(jìn)度最快的深孔之一。

像ZK1404這樣十八般武藝一起上的鉆孔個數(shù)不算太多。在一般情況下每個鉆孔只需要采用一兩種至多三四種治理手段即可。不過ZK1404使用各項措施的原則，都較集中地反映了我隊目前治理復(fù)雜巖層的工作辦法，這些原則歸納起來主要是：

1）開孔使用普遍細(xì)分散水泥。穿過上不破碎帶下入孔口管后使用金剛石鉆進(jìn)時，改換高陽土粉優(yōu)質(zhì)泥漿；

2）長孔段與局部破碎帶采用PAM非分散低固相泥漿。

3）穿過表層破碎帶后，即下套管。

4）坍塌與漏失地層，穿過后灌注地勘水泥或超早強(qiáng)快干水泥。

5）嚴(yán)重垮塌地層，先以高比重高粘度泥漿。

6）掉塊和探頭石用“306”聚酯固定，并配用鉆桿潤滑脂。

7）縱向性裂隙與微露，使用榆樹皮粉，鉆井粉，滑楠木粉、皮草粉、增效石棉等惰性材料，與其他化學(xué)處理劑配制成無固相沖洗液，使?jié){液性能達(dá)到低比重高粘度的要求進(jìn)行堵漏。

8）局部漏失和坍塌地層，先用脲醛樹脂、“306”聚酯等塑料處理。無效時再用凍漿液配其它堵漏材料處理。

9）強(qiáng)漏，用地勘水泥或速凝水泥堵漏，或者用水泥漿液配制惰性材料處理。實在無效時以套管隔離。

10）涌水地層用水泥或高比重泥漿治理。無效時下套管隔離。

11）對于一時堵不住或暫時不必堵得大漏失，根據(jù)情況，可先頂漏鉆進(jìn)，待穿過后再進(jìn)行處理，為預(yù)防鉆桿磨損、保持上部孔部穩(wěn)定，鉆桿外壁涂潤滑脂，或在泥漿中加表面活性劑。

在現(xiàn)場工作時，也可根據(jù)實際情況，采用相應(yīng)的護(hù)孔堵漏措施。另外為保證堵漏的成功，必須作好復(fù)雜地層的資料收集。

3 結(jié)束語

今天我們的巖層條件依舊，對各種復(fù)雜地層大都有相應(yīng)的治理手段，特別復(fù)雜的，一招不行可以來第二招、第三招。至此綜

（下轉(zhuǎn)第191頁）

（上接第178頁）

合治理復(fù)雜地層的措施已基本完善；具有了八種漿液、三種塑料、四種水泥、三種套管、惰性材料、速凝漿液等多種護(hù)孔方法，使金剛石鉆進(jìn)經(jīng)受了復(fù)雜巖層的嚴(yán)峻考驗。不僅站穩(wěn)了腳，擴(kuò)大了規(guī)模，而且金剛石小口徑鉆進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果也隨著綜合治理措施的不斷完善，而逐年有所提高。當(dāng)然，我們的綜合治理措施也不是“萬能膠”，應(yīng)用時必須根據(jù)具體情況進(jìn)行治理。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，綜合治理的措施也需要不斷更新和完善，需要不斷地探索各種新方法、新工藝，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)來實現(xiàn)。

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[7]周金葵.鉆井液工藝技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2009.

作者簡介

張燕生（1955—），男，北京人，工程師，河南省地礦局水文二隊，探礦工程專業(yè)。

黃勛（1988—），男，河南鄭州人，助理工程師，河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司，地質(zhì)專業(yè)。

張竣修（1958—），男，河南鄭州人，工程師，河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司，地質(zhì)專業(yè)。