探析鉆探工程中的鉆孔漏失及其措施

【摘 要】在鉆探某些復雜地層時會產(chǎn)生不同程度的孔內(nèi)坍塌、漏失、涌水等現(xiàn)象，從而帶來孔內(nèi)質(zhì)量差、鉆進效率低和鉆探成本高等問題。本文介紹了地質(zhì)鉆探常見漏失類型的判斷分析、分類及漏失層位測定方法，最后通過作者多年來工作實踐，結(jié)合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的基礎上，對鉆孔堵漏辦法進行簡單的歸納總結(jié)，為本地區(qū)地質(zhì)鉆探施工設計人員在施工工藝、施工方法等方面提供選擇性建議。

【關鍵詞】地質(zhì)鉆探；鉆孔堵漏；堵漏方法；堵漏劑

1、概述

在巖心鉆探施工中，經(jīng)常會遇到井內(nèi)漏失或突然不返水等災難性孔漏，給鉆探施工造成極大的危害。因此，發(fā)現(xiàn)鉆孔漏失，應先進周圍的擠壓應力時，地層就會被壓出裂縫。取得漏層資料后確定堵漏技術措施。該區(qū)域內(nèi)巖土種類多，鉆探過程中鉆孔漏失現(xiàn)象時有發(fā)生，解決方法不當既影響工程進度，又遭受經(jīng)濟損失，因此，及時發(fā)現(xiàn)鉆孔漏失的原因，找到合適的解決辦法具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2、常見鉆孔漏失的原因及分類

2.1 滲透性漏失

這種多發(fā)生在砂類土、碎石土、砂巖及砂礫巖等粗顆粒的未膠結(jié)或膠結(jié)較差的滲透性良好的地層中，這種漏失主要是孔內(nèi)壓力不平衡造成的，即鉆井液的當量循環(huán)密度超過了地層壓力系數(shù)，使鉆井液漏入地層。滲透性漏失一般漏失量較小，漏失速度較慢。這種漏失一旦發(fā)生，可一直持續(xù)到鉆井液中固體顆粒被地層孔隙阻擋住，鉆井液在地層空隙中逐漸形成泥餅才會停止，否則將一直進行下去。

2.2 天然裂縫、溶洞性漏失

鉆進過程中遇到天然裂縫和溶洞時，盡管鉆井液柱壓力很低，也會發(fā)生漏失。同樣，遇有斷層、不整合地層和地層破碎帶也會發(fā)生不同程度的鉆孔漏失。裂隙性漏失的特點是漏失鉆井液的數(shù)量多，漏失速度陜，通常只能用封堵或下套管來解決。

2.3 地層被壓縮造成的鉆孔漏失

鉆孔內(nèi)壓力過大，地層會被壓出裂縫，造成鉆孔漏失。當鉆孔內(nèi)壓力與地層壓力的壓差超過地層的抗張強度和鉆孔周圍的擠壓應力時，地層就會被壓出裂縫。鉆進過程中多是由于鉆井液流變參數(shù)不合適，鉆進工藝措施或操作不當造成地層壓裂而出現(xiàn)漏失。

3、鉆孔漏失的分析判斷

(1)從巖層結(jié)構判斷因為在鉆探中，初次漏失往往發(fā)生在孔底。發(fā)現(xiàn)漏失后，首先應對鉆探取上的巖心進行分析，觀察接近孔底的巖心是否有裂隙、節(jié)理發(fā)育或溶蝕等情況，完整程度如何。同時，也可以聯(lián)系水文地質(zhì)情況，搞清楚靠近孔底這一層位的巖性，是否是合水層、漏失層和破碎帶等；(2)從鉆進過程中判斷如果在鉆進過程中突然漏失，并伴有鉆速突然加快或鉆具墜落，則應考慮是否遇到了破碎帶、大裂隙或大溶洞；(3)從孔內(nèi)水位判斷當在不合水地層中發(fā)生孔底漏失時，則孔內(nèi)沒有穩(wěn)定水位，即所謂全孔漏失。當在含水的漏失層中發(fā)生孔底漏失，穩(wěn)定水位與地下水水位一致。而在孔壁產(chǎn)生漏失時，若漏失層為非含水層，則穩(wěn)定水位將在漏失層之下；若漏失層為含水層，則穩(wěn)定水位可能在漏失層之上，也可能在漏失層中，根據(jù)動水位與穩(wěn)定水位可以大致判斷漏失量。

4、漏失層位的測定

4.1 現(xiàn)場簡便測定法

(1)止水測定法利用橡皮膠囊充水把孔內(nèi)漏失層隔開，來測得漏失層的頂部；(2)隔離壓力試驗法用逐孔斷開泵檢查壓力變化的辦法來判斷漏失層底部。

4.2 井溫測定法

利用低溫梯度的突然變化。以電測井溫的辦法來確定位置。在正常條件下，孔內(nèi)水的溫度總是隨孔深增加而逐漸變大的。當有漏失層存在時，往孔內(nèi)泵入鉆井液后，由于鉆井液漏入地層，而使漏失層處的井溫曲線突變。

4.3 鉆孔測漏儀(鉆孔流量計)

測漏儀可測定鉆孔漏失的位置、厚度和漏失量相對大小。其井下部分就是一個渦輪流量計。常用的有LWJ一73井內(nèi)渦輪流量計、JCI廠l型鉆孔測漏儀等。

5、常見堵漏方法

5.1 漿液堵漏

5.1.1 鉆井液堵漏

(1)石灰乳泥漿堵漏。在普通泥漿中加入2％～10％的熟石灰，還可以加入1．5％的鋸末配制成行灰乳泥漿，采用泵入或倒入孔內(nèi)的方法，靜止2～4h，即可達到堵漏的目的，此方法適用于中小型漏失。

(2)凍膠泥漿堵漏。在粘度大干50S的泥漿中加入5％～10％的水泥或熟石灰，再加入1.5％～2.5％的水玻璃，也可加入一定的氧化鈣或適量的鋸末，即可達至0堵漏的目的，此方法適用于中小型漏失。

(3)聚丙烯酰胺絮凝漿液堵漏。在原漿中加入0.1％左右的HPAM，并加入5％～10％的惰性材料(如鋸末、稻子殼等)配制威聚丙烯酰胺絮凝漿液，將攪好的漿液從孔口灌至漏失部位。灌注后，靜候16h左右即可掃孔。

5.1.2 水泥堵漏

(1)水泥堵漏常用材料。水泥漿具有流動性好、易于泵送、凝結(jié)時間適當、早期強度和終凝強度高、細度適當(保證能順利進入巖層的微細裂隙)等特點。常用的水泥為普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽地勘水泥，另外，為了改善水泥漿的流動性，改變水泥的凝結(jié)時間，提高水泥的強度，節(jié)約水泥，縮短灌漿候凝時間，也可在普通水泥中加入添加劑，主要有：減水劑、速凝劑、早強劑、緩凝劑等。

(2)水泥漿液灌注工藝。①水泵灌注法。用水泵將水泥漿直接泵入需灌漿的孔段，這種方法操作方便，不需要特殊的灌漿工具設備，適用于灌漿量大的鉆孔，并且可以進行高壓灌漿，將漿液壓入較小的地層孔隙和裂隙中去。②管往灌注法。當鉆孔漏水，而地下水位又很低的情況下，可用管柱法灌漿堵漏。③灌注器灌注法。大部分灌注器為活塞式。注漿時用鉆桿把盛有漿液的灌注器下至漏失層位，開泵送水，利用水壓將灌注器排漿閥打開，水泥漿則自動流入井內(nèi)需要灌注的部位。盛漿管可沿活塞上下滑動，注漿時開動水泵，則高壓水經(jīng)鉆桿進入活塞上部，推動盛漿管向上移動時，剪斷閥門上的銷釘，于是閥門被打開，水泥漿從盛漿管內(nèi)被活塞擠出。

④速效混合器灌注法。對于需速凝的漿液應采用速效混合器下入孔內(nèi)所需地段，使水泥漿與速凝劑按一定比例在孔內(nèi)混合后注入地層破碎帶或裂隙中。

5.1.3 常用化學漿液護壁堵漏

(1)脲醛樹脂漿液堵漏。脲醛樹脂是尿素和甲醛水溶液合成的高分子聚合物。是一種水溶性樹脂，在酸條件下能迅速凝固成具有一定強度的固結(jié)體，由于性能較好，原料易得，成本較低，加工方便，因而廣泛用于復雜地層的鉆孔護壁堵漏。(2)“氰凝”漿液堵漏與護壁?！扒枘笔墙陙碛糜阢@孔護壁堵漏的新型材料。這種材料遇水以后能立即發(fā)生化學反應，產(chǎn)生CO氣體，使?jié){液發(fā)泡，發(fā)熱膨脹，并最終生成一種不溶于水的有一定強度的泡沫凝膠體。

(3)隨鈷系列堵漏劑。隨鉆系列堵漏劑以刨花楠等植物膠為主要成分，復配聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素、腐殖酸鹽、羧甲基淀粉、海泡石、凹凸棒石、海帶粉、皮革粉等幾種成分制造而成。具有護壁效果好，堵漏成功率高，能隨鉆堵漏的優(yōu)點，其最大特點是幾乎不需停待時間，不影響鉆井液的性能，對某些性能還有所改善，如果配合惰性材料堵大漏失會起到更好的效果。除以上三種堵漏劑之外，工程鉆探過程中常用的堵漏劑還有水玻璃漿液堵漏、高失水性堵漏劑、凝膠堵漏劑等。

5.2 套管堵漏

鉆進過程中遇到天然裂縫、溶洞、斷層、不整合地層、地層破碎帶、級配較差的碎石土、雜填土層時，多發(fā)生裂隙性漏失。其漏失速度陜、數(shù)量多，通常只能用封堵或下入技術套管來解決。不過下入技術套管堵漏方法一般適用于淺部地層堵漏，其深度不宜超過50m。

6、結(jié)束語

在鉆探過程中及時發(fā)現(xiàn)漏失類型，選擇最佳堵漏方法和堵漏劑對縮短工程工期，節(jié)約鉆探成本顯得尤為重要。通過本文簡單的闡述，讓我們對鉆孔漏失及其解決辦法有了一個初步的了解，為地質(zhì)工作者在野外鉆探工作過程中提供參考建議。淺談云南地區(qū)地質(zhì)鉆探孔漏失原因及堵漏方法。