煤系地層吸附性粘鉆的預(yù)防與處理

谷　波，趙寶軍

（黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江齊齊哈爾161006）

煤系地層吸附性粘鉆的預(yù)防與處理

谷波*，趙寶軍

（黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江齊齊哈爾161006）

在可塑性泥巖和遇水膨脹的頁巖地層鉆探施工，極易發(fā)生吸附性粘鉆，積極預(yù)防粘鉆或鉆探事故的發(fā)生，是提高鉆探效率增加效益的有效路徑。探討復(fù)雜地層鉆探經(jīng)驗(yàn)和復(fù)雜鉆探事故的處理方法。

可塑性泥巖；頁巖；吸附性粘鉆；套銑倒扣；側(cè)鉆繞障

黑龍江省北部煤田地區(qū)，地層復(fù)雜多含可塑性強(qiáng)的泥巖和遇水膨脹的頁巖，可塑性強(qiáng)的泥巖在不同的地區(qū)厚度也不近相同，從幾十米到幾百米。黑河某地四季屯煤礦可塑性泥巖不連續(xù)厚度達(dá)200多米，最厚的地方連續(xù)達(dá)70多米。該地層在鉆探行業(yè)叫“橡皮泥”地層，受外界環(huán)境的影響將產(chǎn)生很大的變化，水的侵蝕將產(chǎn)生體積膨脹，受地層壓力的擠壓將在孔壁產(chǎn)生突起變形，造成縮徑，給鉆探施工帶來不必要的麻煩。

頁巖地層遇水膨脹極易產(chǎn)生孔壁變形，厚度較大時(shí)容易發(fā)生吸附性粘鉆。嚴(yán)重的將造成鉆孔報(bào)廢，事故的處理將給施工單位帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如何預(yù)防在該地層鉆探施工發(fā)生事故和出現(xiàn)事故如何快速準(zhǔn)確的處理，降低經(jīng)濟(jì)損失，提出建議供參考。

1　吸附性粘鉆的預(yù)防措施

煤系地層吸附性粘鉆多發(fā)生在含可塑性強(qiáng)的泥巖和遇水膨脹的頁巖而且厚度大的地層，這些地層受地層擠壓和地下水的浸泡而發(fā)生變形，造成孔壁縮徑和局部孔段孔壁凸起，鉆探施工過程中孔壁凸起的部分長時(shí)間緊貼高速旋轉(zhuǎn)鉆桿形成粘鉆，或者鉆柱長時(shí)間停留在鉆孔中多段的孔壁凸起部分將鉆桿抱死形成粘鉆。在此地區(qū)鉆探施工前必須詳細(xì)了解地層情況，從工藝和工具選擇方面要有充分的思想準(zhǔn)備，通過我們多年的施工，對(duì)黑龍江省北部煤系地層吸附性粘鉆的預(yù)防積累了點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)分述如下：

（1）加大孔壁間隙，增加環(huán)狀空間。施工前由于我們對(duì)該地區(qū)的地層情況不是很了解，配備了2套工藝和工具：以?75mm繩鉆為主，鉆頭外徑?78mm，擴(kuò)孔器外徑?78.5mm。另一套為普通雙管單動(dòng)鉆具，鉆桿?54mm外絲，?73mm巖芯管，鉆頭外徑?78mm復(fù)合片，擴(kuò)孔器外徑?78.5mm。鉆進(jìn)到750m時(shí)，發(fā)生粘鉆。處理后，改用普通雙管單動(dòng)鉆具，鉆進(jìn)到850m時(shí)又發(fā)生發(fā)生粘鉆。經(jīng)過研究改變了原來的鉆具配置，加大了普通雙管單動(dòng)鉆具的鉆頭外徑到?113mm。完成了該孔的施工。

塑性泥巖和頁巖厚度較小時(shí)，建議使用?75mm繩鉆，但鉆頭外徑增加到?80mm，鉆孔深度不宜過深，根據(jù)泥巖的厚度確定，最佳深度小于500m。塑性泥巖和頁巖厚度較大時(shí)，使用普通雙管單動(dòng)鉆具，加大鉆頭外徑到?113mm，可以加長巖芯管的長度，可以提高回次進(jìn)尺長度增加鉆探效率。

（2）推薦2種泥漿，可抑制泥、頁巖遇水膨脹和緩解吸附性卡鉆。使用?75mm繩鉆進(jìn)行鉆進(jìn)施工時(shí)建議采用下述泥漿：

①1m3水+30kg鈉膨潤土+40kg氯化鉀+3%CMC水溶液+（15～30kg）原油+磺化瀝青粉10kg。

該體系抑制力強(qiáng)，具有良好的流變性能，有利于金剛石繩索取芯鉆進(jìn)，同時(shí)具有良好的潤滑性能。原油能夠使泥巖的塑性減弱，結(jié)構(gòu)變得松散可緩解吸附性卡鉆。但該體系對(duì)泥餅的質(zhì)量有破壞作用，特別強(qiáng)調(diào)對(duì)泥漿的凈化要加強(qiáng)，使泥漿有充分的沉淀環(huán)境，要配備旋流除泥器和振動(dòng)篩，認(rèn)真維護(hù)泥漿的各項(xiàng)性能。

使用普通雙管單動(dòng)鉆具鉆進(jìn)時(shí)，由于增加了鉆頭外徑使孔內(nèi)的巖屑量增加，主要考慮體系的攜粉能力和護(hù)壁性能。

②水1m3+PHP+CMC+磺化瀝青粉10kg+廣譜護(hù)壁劑（CSP）。

該體系絮凝、包被作用明顯增強(qiáng)，適合于造漿地層，能夠有效地防止巖屑的進(jìn)一步分散，有利巖粉的沉降，具有良好的護(hù)壁性能，濾失量明顯降低，泥皮的粘附性強(qiáng)、韌性好，有利護(hù)壁。

（3）用套管隔離，去掉鉆孔孔壁凸起的泥巖變形的部分。泥巖和頁巖埋藏較淺時(shí)可采用套管隔離，但要考慮套管的成本，套管的回收率和套管的實(shí)際成本，下套管前孔徑應(yīng)盡量比套管直徑大一些保證套管的回收，如：預(yù)下?95mm，鉆孔直徑應(yīng)考慮115～120mm。

通過巖芯準(zhǔn)確判斷泥巖和頁巖的埋藏深度，制作專用的刮刀鉆具在該孔段進(jìn)行刮泥處理，而且在鉆探施工中不定期的反復(fù)處理，主要目的刮出孔壁突出的部分，沒有機(jī)會(huì)和鉆桿接觸形成粘鉆的機(jī)會(huì)。頻繁的提鉆取芯也是對(duì)突出孔段的修復(fù)。提鉆越頻繁，粘鉆的機(jī)會(huì)越少。

施工過程中，鉆桿外側(cè)涂抹機(jī)油、原油、瀝青類的油脂物質(zhì)，通過下鉆回轉(zhuǎn)，油脂類的物質(zhì)也會(huì)涂抹在孔壁的凸起部分，使泥巖的結(jié)構(gòu)變得松散，抑制粘鉆的發(fā)生。

（4）鉆柱在鉆孔內(nèi)決不能停留時(shí)間過長。在施工中我們有2個(gè)鉆孔因客觀原因，鉆柱在鉆孔內(nèi)停留3h以上，導(dǎo)致粘鉆的發(fā)生。一個(gè)是施工到1100m時(shí)因鉆機(jī)卷揚(yáng)機(jī)發(fā)生故障，維修時(shí)間5h，而且沖洗液正常循環(huán)，當(dāng)時(shí)使用?60mm外絲普通單管鉆具，維修完后提不動(dòng)、轉(zhuǎn)不動(dòng)。另一個(gè)是鉆進(jìn)到980m時(shí)，為了布置下一步地質(zhì)工作，進(jìn)行提前測井，為保證測井工作的順利，采用?71mm繩鉆鉆桿護(hù)壁，物探儀器從管內(nèi)下放工作，測井進(jìn)行3h，完成后鉆桿粘附在孔內(nèi)。2個(gè)鉆孔發(fā)生粘鉆后，事故處理近2個(gè)月的時(shí)間，浪費(fèi)巨大的財(cái)力和物力。

通過我們的施工過程看，鉆柱在鉆孔內(nèi)決不能停留時(shí)間過長，否則隨時(shí)都有可能發(fā)生吸附性粘鉆。

2　吸附性粘鉆的處理

發(fā)生吸附粘鉆后，按照常規(guī)的鉆探事故處理辦法做好前期準(zhǔn)備，調(diào)整好一切設(shè)備，保持良好的工作狀態(tài)，防止事故加事故，準(zhǔn)確計(jì)算事故頭位置，丈量鉆具，確定機(jī)上余尺，備足事故處理所需材料。

（1）對(duì)于沖洗液能夠正常循環(huán)的鉆孔發(fā)生吸附性粘鉆時(shí)，可采用柴油、廢機(jī)油或者原油向孔內(nèi)注入與鉆孔同體積的數(shù)量，浸泡3～5h后活動(dòng)鉆桿，可采用不同的方法，上、下、轉(zhuǎn)動(dòng)。切不可強(qiáng)行操作，避免發(fā)生其他事故。如果反復(fù)操作無果可繼續(xù)加注油類延長浸泡時(shí)間，重復(fù)上述方法，最后確認(rèn)無果后可采用其他方法。

（2）對(duì)于沖洗液不能夠正常循環(huán)的鉆孔發(fā)生吸附性粘鉆或以前采取措施無果時(shí)，可直接采用相應(yīng)的反絲鉆桿反出孔內(nèi)鉆柱，隨著事故孔段的加深反出孔內(nèi)鉆柱的阻力會(huì)增大，可向孔內(nèi)注加原油或其他油類對(duì)泥巖和頁巖進(jìn)行浸泡使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可緩解反出孔內(nèi)鉆柱的阻力。

（3）對(duì)以上方法都無效或反出孔內(nèi)鉆柱的阻力巨大時(shí)，可采用套銑倒扣的方法。

加工專用套銑工具：外徑比鉆孔直徑小一級(jí)，內(nèi)徑比鉆桿外徑最粗部分大一些能套入為準(zhǔn)，長度以事故鉆桿容易打開位置的長度略長一點(diǎn)為宜，普通鉆桿以9m為宜，繩鉆鉆桿6m為宜。內(nèi)置打撈絲錐，普通鉆桿內(nèi)置母錐，繩鉆鉆桿內(nèi)置公錐。套銑工具底部接薄壁鉆頭外徑與鉆孔外徑相當(dāng)，不能有內(nèi)出刃防止切削鉆桿，準(zhǔn)確計(jì)算機(jī)上余尺，接近事故頭位置時(shí)，要千萬注意減小壓力和轉(zhuǎn)速，做到套銑和倒扣一次成功。

（4）以上技術(shù)方法和措施無效或者鉆孔孔內(nèi)事故比較復(fù)雜的情況下，可采用側(cè)鉆繞障技術(shù)。

側(cè)鉆繞障技術(shù)目前國內(nèi)有2種方法，無論那種方法都需要制造人工假孔底，假孔底的強(qiáng)度與所要側(cè)鉆孔段的巖石強(qiáng)度接近，最好是大于側(cè)鉆孔段的巖石強(qiáng)度。人工假孔底制作成功與否決定側(cè)鉆繞障的成功與失敗。介紹2種人工假孔底制作的制作方法：在地表利用比鉆孔直徑小一級(jí)的塑料空心管或薄壁鐵管，用高強(qiáng)度水泥拌制混凝土，骨架材料應(yīng)采用側(cè)鉆孔段的巖芯或強(qiáng)度高于該孔段的其他巖石，砸成小碎塊。灌入塑料空心管或薄壁鐵管中。長度在3.5～4m，并且要考慮利用鉆桿送下去時(shí)的懸掛問題。在地表養(yǎng)生，達(dá)到強(qiáng)度后下放到預(yù)定孔段。然后在周圍縫隙灌注水泥漿防止在側(cè)鉆過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)影響側(cè)鉆效果。

①利用連續(xù)造斜器在預(yù)定孔段造斜側(cè)鉆。使用連續(xù)造斜器時(shí)，按造斜器的使用說明準(zhǔn)確操作，反復(fù)確認(rèn)鍵槽進(jìn)入卡鍵后的導(dǎo)通信號(hào)。按規(guī)定的壓力轉(zhuǎn)速進(jìn)行造斜鉆進(jìn)。進(jìn)尺不能大于1.5m，提鉆后發(fā)現(xiàn)有小巖芯上來，確認(rèn)有孔壁巖石巖芯，可改用短鉆具進(jìn)行對(duì)鉆孔修復(fù)，短鉆具進(jìn)尺應(yīng)在4～6m為宜，如果沒有孔壁巖石巖芯，可繼續(xù)進(jìn)行造斜鉆進(jìn)，直至成功。當(dāng)然連續(xù)造斜器有它嚴(yán)格的操作規(guī)程，要慎之使用。

②利用螺桿造斜器連續(xù)造斜。螺桿造斜器能夠準(zhǔn)確地把握造斜角度，隨鉆隨讀數(shù)，可直接判斷造斜效果。使用螺桿造斜器連續(xù)造斜造價(jià)高、技術(shù)復(fù)雜、成功率高，適合于巖石較軟地層。

3　結(jié)束語

黑龍江省北部煤田地區(qū)，富含可塑性泥巖和遇水膨脹的頁巖，鉆探施工過程中極易發(fā)生鉆探事故，給施工單位造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，無論人力、物力都會(huì)造成浪費(fèi)，為減少不必要的浪費(fèi)，提出幾點(diǎn)建議僅供參考：

（1）鉆探施工無論是地層復(fù)雜還是地層完整，都要把預(yù)防事故放在第一位，時(shí)刻注意鉆進(jìn)過程中的地層變化，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，切不可打懶鉆應(yīng)付施工。

（2）加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高操作水平，能夠準(zhǔn)確判斷孔內(nèi)技術(shù)情況，做出相應(yīng)的技術(shù)處理，減小事故的發(fā)生幾率，同時(shí)加強(qiáng)崗位職責(zé)制度建設(shè)，做到在崗人員人人分工負(fù)責(zé)。

（3）引進(jìn)先進(jìn)的鉆探工藝，采用科技含量高的鉆探工具，從硬件方面杜絕鉆探事故的發(fā)生。

（4）發(fā)生鉆探事故要盡快組織處理，在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，要充分考慮鉆探事故可能出現(xiàn)的類型和所要使用的工具，盡量多配或了解周邊施工單位處理事故工具的配置情況，做到心中有數(shù)取之能用。

（5）提高復(fù)雜地層鉆探施工的預(yù)算價(jià)格，加強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

TD82.72

B

1004-5716（2016）08-0168-03

2015-07-26

2015-08-10

谷波（1967-），男（漢族），黑龍江齊齊哈爾人，工程師，現(xiàn)從事深孔鉆探施工與管理工作。