淺析鉆孔護(hù)壁的基本原理

彭明明　柴新軍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)地質(zhì)鉆探也正如火如荼的開(kāi)展著。然而，鉆孔越多，遇到的鉆探問(wèn)題也隨著而來(lái)。為了不影響鉆探進(jìn)度，減少施工過(guò)程中遇到的突發(fā)事件，降低工程成本，對(duì)鉆孔護(hù)壁進(jìn)行有效的堵漏是非常必要的。

關(guān)鍵詞：原因；類型；平衡條件；護(hù)壁

一、引言

鉆探過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到喀斯特地形以及一些裂隙發(fā)育地層，或者在鉆進(jìn)過(guò)程中破壞了巖石的力學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致地層壓力發(fā)生變化，這些都會(huì)使得鉆孔發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。這一現(xiàn)象的發(fā)生，會(huì)導(dǎo)致其他鉆探事故的發(fā)生（比如燒鉆、卡鉆等），鉆井液流失，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致塌孔、甚至鉆孔報(bào)廢。因此，為了減少鉆探事故的發(fā)生率，降低鉆探成本，有必要對(duì)鉆孔進(jìn)行護(hù)壁。這就要求我們必須掌握相關(guān)的基本原理。

二、孔壁失穩(wěn)的原因

造成孔壁失穩(wěn)的因素，主要是孔壁周圍巖石受力不平衡?？妆谥車鷰r石主要承受靜液柱壓力、上覆巖石壓力、地層壓力的作用，在巖土體中進(jìn)行鉆孔后，鉆孔周圍原巖應(yīng)力的平衡狀態(tài)受到破壞，發(fā)生變化。在鉆井液的作用下，孔壁巖石的應(yīng)力再次得到平衡。但當(dāng)鉆井液的參數(shù)性能發(fā)生改變時(shí)，鉆孔巖石應(yīng)力又將失去平穩(wěn)，這就導(dǎo)致了鉆孔孔壁的失穩(wěn)。

三、孔壁失穩(wěn)的類型

1、脆性巖層。當(dāng)鉆孔孔內(nèi)液柱壓力大于地層壓力時(shí)，由于脆性巖層不具有彈性緩沖，液柱壓力對(duì)孔壁產(chǎn)生壓力，壓裂巖層，造成孔壁破壞。而當(dāng)孔內(nèi)液柱壓力小于地層壓力時(shí)，巖層將向孔洞釋放壓力，孔壁巖石因外界缺少抵抗壓力，向孔內(nèi)發(fā)生突出變形，形成孔壁坍塌。

2、塑性巖層。在易產(chǎn)生塑性流動(dòng)的巖層鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)液柱壓力不足，或者未采用有效抑制地層膨脹的添加劑時(shí)，由于地層沿孔內(nèi)徑向壓力大于孔內(nèi)鉆井液液柱壓力，導(dǎo)致孔壁巖層向孔內(nèi)徑向變形，引發(fā)孔徑縮小，造成鉆孔縮徑以及卡鉆等相關(guān)事故。

四、穩(wěn)定孔壁的基本原理

根據(jù)孔壁失穩(wěn)的機(jī)理，要穩(wěn)定孔壁，可以從不穩(wěn)定孔壁的特點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)以下三個(gè)方面采取相關(guān)的技術(shù)措施進(jìn)行處理：（1）根據(jù)孔壁巖層的力學(xué)性質(zhì)，建立孔內(nèi)液柱與巖層之間的壓力平衡，以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過(guò)程中的平穩(wěn)鉆進(jìn)。（2）根據(jù)不同巖層失穩(wěn)的特征，采用不同的護(hù)壁材料，調(diào)整其組成和參數(shù)，達(dá)到保護(hù)孔壁的目的。（3）選用優(yōu)質(zhì)鉆井液，采用合理的鉆進(jìn)技術(shù)，盡可能的減少鉆進(jìn)過(guò)程中破壞壓力平衡，確?？妆诘姆€(wěn)定。

1、孔壁巖層受力情況

欲穩(wěn)定鉆孔孔壁，壓力平衡是最有效的方法。想要建立鉆孔——地層間的平衡壓力，首先就要了解鉆孔和地層之間的壓力類型。除了靜液柱壓力（Pw）、上覆巖層壓力（P0）和孔隙壓力（PP）三種主要壓力外，還有以下幾種壓力：a、鉆井液環(huán)空壓力，b、激動(dòng)壓力，c、泥頁(yè)巖的表面水化力，d、滲透水化力等。由于各種壓力的不同作用，在建立平衡時(shí)，要注意鉆孔靜止時(shí)、開(kāi)鉆時(shí)和起下鉆時(shí)的各種壓力。

2、孔壁穩(wěn)定的平衡條件

為建立以上這些平衡條件，我們可以改變一些主觀上可以調(diào)整的參數(shù)性能，如靜夜柱壓力、環(huán)空壓力、激動(dòng)壓力等，調(diào)整方法：①調(diào)整鉆井液密度和含鹽量。②選擇抑制性的泥漿體系，調(diào)節(jié)其組成和配方。③調(diào)節(jié)鉆井液的粘度、切力、濾失量等。

孔壁壓力平衡之后，還需要進(jìn)行一些護(hù)壁措施。正確選用防塌方法和防塌泥漿的類型，有利于控制孔壁的穩(wěn)定。近幾年，隨著有機(jī)高分子聚合物的應(yīng)用，防塌的理論和新型防塌泥漿的應(yīng)用，有了很大的發(fā)展。

五、結(jié)論

對(duì)于預(yù)防孔壁穩(wěn)定，首先就是要進(jìn)行壓力平衡條件分析，這樣才能減少孔壁破壞發(fā)生的可能性。但是，由于地層的復(fù)雜性和鉆進(jìn)過(guò)程中的技術(shù)措施和操作，當(dāng)壓力平衡條件滿足時(shí)，鉆孔孔壁也可能發(fā)生破壞，所以，在鉆進(jìn)比較容易發(fā)生孔壁破壞的地方，要提高注意。（作者單位：東華理工大學(xué)）

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