巖石深水井施工過程中如何護壁淺談

劉繼光，王洪齊，賈福浩，付和智，房 濤

（薊縣水務(wù)局，天津 301900）

在巖石深水井的施工過程中，經(jīng)常遇到巖石堅硬難進尺（即巖石可鉆性級別高）或巖石可鉆性級別相對較低時鉆井效率也不高的情況。巖石可鉆性好，只代表孔底碎巖速度高。鉆進不僅要破碎孔底巖石，還要保證連續(xù)碎巖，使鉆孔不斷延伸。

孔底可鉆性級別低的巖石易被破碎，同時孔壁也易被破壞，出現(xiàn)孔壁不穩(wěn)定的現(xiàn)象，造成孔段坍塌掉塊或孔底淤塞，使鉆進難于進尺。當(dāng)然，中硬以上可鉆性級別高的巖石，在長期地質(zhì)作用下，也可能產(chǎn)生裂隙或破碎，使孔壁不穩(wěn)定。

巖石深水井的井位確定，一般要求靜水位以下巖石裂隙發(fā)育。只有這樣，才能保證井的出水量。在巖石可鉆性級別高的砂巖、火山角礫巖、花崗巖等地層找深水井位時，一般要求井位確定在巖石斷層破碎帶上。以200 m深巖石井為例，定井位置應(yīng)是井深在120～160 m段通過巖石斷層破碎帶且?guī)r石斷層破碎帶在地下靜水位60 m以下。這就形成了一個矛盾，完整巖石地層成井井壁穩(wěn)定，但很難保證井的出水量。井的出水量特別好的井的位置一般都在斷層破碎帶上或斷層破碎帶附近。

井下巖石地層情況復(fù)雜與否并不是絕對的，針對這些地層采取一定技術(shù)措施是可以隨工藝技術(shù)的進步解決鉆進問題的。

在復(fù)雜巖石地層鉆進時，鉆進效率低、鉆孔質(zhì)量差、施工不安全，主要原因是鉆進造成了地層巖石壓力不平衡，出現(xiàn)坍塌、掉塊、剝落、縮徑等孔壁不穩(wěn)定現(xiàn)象，這就需要護壁鉆進。護壁是在復(fù)雜地層鉆進對鉆探工藝提出的客觀要求。

影響孔壁穩(wěn)定的因素有地質(zhì)因素和技術(shù)因素。地質(zhì)因素包括巖石松散、破碎、裂隙、多孔隙及地下水活動等。技術(shù)因素包括孔深、孔徑、裸眼時間、沖洗液及鉆進工藝的運用等。

為了維持孔壁的相對穩(wěn)定，合理的鉆進工藝顯得尤其重要。這就對鉆井操作者提出了一些必須嚴(yán)格遵守的操作要領(lǐng)：控制起下鉆速度，不要在起下鉆上搶時間；根據(jù)巖石地層破碎情況，調(diào)整好鉆井液的性能；保持孔底清潔，但要避免長時間大泵量沖孔；鉆具結(jié)構(gòu)及級配要合理；不使用彎曲過大的鉆具；使用合理鉆壓鉆速鉆進；開泵要穩(wěn)，應(yīng)逐漸加大沖洗泵量，防止壓力波動對孔壁的沖擊；出現(xiàn)孔壁不穩(wěn)定征兆，應(yīng)立即采取措施，以防卡鉆事故；快速穿過復(fù)雜地層，并對其進行護壁處理。

在巖石井的鉆進過程中，還要求操作工人多動腦筋，勤于觀察，善于觀察，以判斷鉆進時井壁的情況。應(yīng)根據(jù)取出的巖心和已施工井段揭露的地層剖面，初步確定不穩(wěn)定地層位置及巖性；鉆進中別、蹩車，取粉管內(nèi)或巖心頂部有掉塊，可對照巖性確定崩落層的位置及巖性；沖洗液中含沙量增大，下鉆不能直接到底，接近孔底時鉆具緩慢下沉，管口冒水夾帶較多巖粉，可確定孔內(nèi)巖粉過多，對照巖粉性質(zhì)，確定是否上部因?qū)游惶?；鉆進中回轉(zhuǎn)阻力大、泵壓高、設(shè)備運轉(zhuǎn)滯重、加大沖洗泵量可減輕，亦為孔內(nèi)巖粉過多征兆，可能是上部坍塌所致；引起下鉆有阻礙，位置固定，可能是縮徑、地層錯動或探頭石造成的，可根據(jù)軟硬感覺予以區(qū)分；孔徑超徑在鉆進中不易判斷，只有在鉆桿折斷頻繁且找頭不易時可以覺察。要想掌握確切孔徑超徑位置，只能用井徑儀測量。

巖石深水井的護壁，是為了成井后有一定的穩(wěn)定的單井出水量。單井出水量一般要求不能低于30 t/h，且要求總抽總有，不能斷流及水量減小。在成井過程中，一般要求清水鉆進，用孔內(nèi)液柱壓力來維持鉆孔形成后的孔壁穩(wěn)定。在鉆遇主要含水層前及水位以上的破碎地層，可用紅黏土造泥漿護壁鉆進。當(dāng)鉆遇大的斷層破碎帶時，可投黏土球、灌注水泥漿來固結(jié)不穩(wěn)定孔壁并造出泥壁、水泥壁以保證鉆進。同時，應(yīng)注意減少鉆柱對孔壁的機械破壞作用。直至完成該設(shè)計井徑段的鉆進，并保證順利下入套管，隔離不穩(wěn)定孔壁。但是，必須穿過不穩(wěn)定層位方可下套管，如設(shè)計井徑段變徑下口正好處于井壁不穩(wěn)定地層內(nèi)，應(yīng)加深該井徑段至完整地層，再下套管護壁。在鉆遇主要含水層時，應(yīng)盡最大可能用清水鉆進。如只是井口不返水，無坍塌、掉塊現(xiàn)象，就用清水鉆進。如局部井段少量掉塊，應(yīng)在該井段上下重復(fù)掃孔，力求把掉塊掃干凈，以杜絕卡鉆事故的發(fā)生。如掃孔不能清除干凈掉塊，可考慮用鈉土粉造漿護壁鉆進。如因地下水活動等原因造成漿液漏失嚴(yán)重時，可考慮用水泥漿灌注造壁后鉆進。

由于受鉆機分散施工的限制，鉆機之間相對距離較遠(yuǎn)，鉆進施工中泥漿及水泥漿的配制多在鉆井施工現(xiàn)場進行。只要加強計量工作，按規(guī)定比例加入原材料，并提高攪拌能力，每臺鉆機都能自己配制出合乎質(zhì)量要求的漿液。

在野外配制水泥漿工藝要求與配制泥漿工藝要求相比要復(fù)雜得多。在配制水泥漿時，要根據(jù)灌注孔段長度、直徑并考慮到超徑、漏失、地面損耗等因素的影響，計算出需灌漿孔段所需的漿液濃度及灌漿量。同時，需注意以下幾個方面：水泥不能受潮、過期或硬化結(jié)塊；按灌漿前確定的配方配漿，不得任意改變；如加入外加劑，必須與水泥漿充分?jǐn)嚢?，使之分散均勻；水灰比的確定受氣溫、水泥品種、外加劑種類的影響；溫度有促凝作用，當(dāng)水溫高、水化熱大時可適當(dāng)加大水灰比，反之適當(dāng)減小水灰比；水泥有刺激性，操作時應(yīng)佩戴防護用品，如口罩、風(fēng)鏡、橡膠手套等。

水泥灌漿前要確定方案、檢查原材料及工具是否準(zhǔn)備到位；灌漿用水泵運行是否良好；灌漿用鉆具及管線是否暢通、不泄露；利用鉆具灌漿時，不得帶有擴孔器；要盡可能掌握灌漿孔段的孔徑、孔壁、地下水等情況；灌注水泥漿前要沖孔、掃孔，視情況用清水或稀泥漿掃孔；還要保證漿液的可泵期，防止泵送困難或在鉆桿內(nèi)凝固。

用水泵灌注水泥漿時，應(yīng)將鉆具下到距孔底0.3～0.5 m處。泵送掃孔所用沖洗液待暢通后，將蓮蓬頭置水泥漿內(nèi)，開泵并打開回水閥，排除水泵及管線中沖洗液，排光后改向孔內(nèi)送漿。全部漿液一次送完，不得中途停泵和提動鉆具。如中途修理水泵，修好后應(yīng)排凈泵體及吸水管中清水再繼續(xù)灌注。從配漿開始至清洗水泵及鉆具結(jié)束，全部灌注時間不得超過初凝時間的75%。泵漿過程中，蓮蓬頭、水泵、孔口、升降機應(yīng)分工把守。注漿完畢應(yīng)立即替入清水。替漿（壓水）量應(yīng)力求適當(dāng)，將漿液壓送到預(yù)定位置而又不被稀釋。

在水泥初凝之后（普通水泥8～10 h），可用鉆桿探測液面位置，檢測灌漿效果。如因地下水活動而影響了灌漿效果，可采用干料投入法。干料投入法是一種速效混合方式，即將水泥干料和速凝劑按比例分別裝入特制塑料袋投入孔內(nèi)，投夠計算所需量后，然后下入翼片鉆頭，開車攪拌均勻后提鉆候凝。此法，主要用于直孔、口徑較大而井深不很大的井。水泥球投入法類似投黏土球，經(jīng)下鉆擠壓搗實，使之進入裂隙。經(jīng)候凝起護壁防掉塊、塌孔，以保證鉆進工作順利進行。