探索岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺

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摘要:复杂地层的护壁与堵漏,一直是钻探工作的技术关键之一。本文通过对复杂地层的分析,阐述了护孔堵漏工艺的具体实施方法,提出必须使用泥浆、水泥、套管相结合的综合治理手段,讲述了特殊地层钻头、扩孔器的选取，提出改善护孔技术的建议,供广大同行借鉴。

关键词:岩心钻探;复杂地层;护孔堵漏:泥浆护孔

中图分类号：TU74 文献标识码：A

1引言

所谓复杂地层,就是某些地层由于受地质构造运动,外界环境的物理化学作用及水文地质条件的影响,在钻孔钻进时。会产生不同程度的孔内坍塌、漏失、涌水和漏、涌、塌同时发生的现象。在破碎、漏失严重等复杂地层钻探施工中，钻具、钻头及钻进工艺上的选择上稍有不慎，就会导致取芯困难，影响质量。

2护孔堵漏实践

复杂地层在生产实践中,并不是单一出现的,一个矿区、一个钻孔往往是交替重复出现的,这就给生产带来困难。为此,施工中不能采用单一的方法解决,必须使用泥浆、水泥、套管相结合的综合治理手段,才能取得多快好省的经济效果。

2.1长孔段的第一、第二类地层这两类地层都是由于地壳的剧烈运动所造成的,在一个矿区往往是交错重复出现的,钻进过程中极易坍塌掉块。

某矿区由于经过多次地质构造运动和多期混合岩化作用及变质作用,地层极为复杂。岩石为碎裂状混合岩、碎裂岩、糜棱岩化混合岩和糜棱岩。糜棱岩类遇水浸泡变软成稀泥状,碎裂岩受机械震动或遇水冲刷易形成苞米粒状碎粒,软、硬岩石互层,总厚度达近百米,并伴有轻微漏失。针对矿区坍塌严重、轻微漏失的特点,采用以低固相泥浆为主,水泥、套管为辅的护孔堵漏方法取得了可喜的治理效果。

泥浆配方:每立方米泥浆加入9袋粘土粉3-4%,纯碱为粘土重量的3-6%,提前一天搅出基浆。然后往基浆里加入水，解聚丙烯睛护胶降失水,其水解度为50%,含量9-12%,加量为0.3-0.6%,充分搅拌30min后加入水解度30%含量1%的聚丙烯酞胺100一15ppm,再搅拌30min,配成聚丙烯酸胺)聚丙烯睛低固相泥浆。泥浆性能为:比重1.016一1.0204伍粘度20一21s,失水量10-12ml/30min;泥皮0.6一1mm;pH值8一9。该矿区四台钻机采用以低固相泥浆为主,水泥、套管为辅的护壁堵漏方法,没有发生过钻孔坍塌,漏失问题得到了解决。过去因坍塌处理无效而报废的两个钻孔,移位后也成功的施工了739m和650m而终孔。

处理一、二类地层发生的恶性坍塌还采用高比重、大粘度、低失水、护壁性能好的泥浆加以解决。

泥浆配方为:1m2耐泥浆加入九袋粘土粉17.5%,纯碱加量为粘土重量的0.3一0.5%,水解聚丙烯睛2.5-3.0%,水解聚丙烯酚胺500ppm。其性能为:比重:1.10-1.12,粘度:60-65s;失水量:6.5-7.5ml/30min,泥皮:0.5-2.mm

某矿区zK4lll孔由于聚丙烯酸胺供货不及时,勉强钻进至219.05m,发生泥浆变质,孔内掉块、垮坍相继出现,中途在碎裂带停工待料29d。复工后发现孔内坍塌积渣厚达131.30m(从压碎带以下孔段全部坍塌),采用上述泥浆扫孔,施工2d就扫孔到底。经循环一段时间后,用低固相泥浆逐渐替换事故泥浆,恢复正常钻进。

2.2结构松散、胶结性差的砂卵砾石层

某区位于沉江流域一级阶地内,流砂层、卵石层、冰积漂砾地层距地表5m左右,其厚度约60余米,其成分为:砂子占30%,卵砾石占70%,砂子直径2-5mm卵砾石直径一般为100一200mm,最大的300mm左右。整套砂卵砾石层富水性强,松散无胶结,易坍塌和漏失,成井困难。

使用高粘度、低失水量的聚丙烯醚胺低固相泥浆成功的抑制了孔内坍塌和漏失。该区共试验钻进三口水文井,全部成井。施工过程中,因设备损坏和其它原因共停钻8次计57d,其中最长的一次停钻长达22d,孔内也没有发生垮坍,井壁完整,未经冲孔,就能下钻到底,并且钻孔也没有发生漏失。

泥浆配方为:1m3耐泥浆加入黑山粘土粉5%,纯碱加量为粘土重量的5%,轻甲基纤维素0.2%,水解度25~30的聚丙烯酞胺500ppm。泥浆性能为:比重1.03-1.06;粘度27一32s;失水量9ml/30min,pH值8-9;泥皮0.5-1mm,胶体率100%。施工过程中,其中一井发生过两次漏失,漏失量为6-8m3/h,增加水解聚丙烯酸胺和叛甲基纤维素的加量,泥浆粘度至60s,堵住了漏失。特别值得一提的是,使用聚丙烯酚胺低固相泥浆施工水文钻孔,能比普通泥浆大大缩短洗井时间。

3.特殊地层钻头、扩孔器的选取

为充分发挥取心钻进的优点，针对矿区地层时而破碎、时而坚硬的特点，提高岩心采取率，实现较高的钻进效率，在选择确定孕镶金刚石钻头时，根据地层变化及岩石软硬不均的特点，以及岩石可钻性等级、地层的研磨性等，分别针对坚硬、甚至“打滑”地层采用胎体硬度 HRC10-15，粒度60目，锯齿型高胎体双层水口孕镶金刚石取心钻头，针对岩石破碎、研磨性强的地层采用胎体硬度HRC35-45，粒度 40 目，圆弧形长寿命孕镶金刚石取心钻头。

在特殊复杂地层的钻进过程中，钻孔的保径效果的好与差尤为重要，若保径效果较好，钻孔孔底泥浆冲洗液循环通畅，钻杆、钻具与孔壁之间的环状间隙比较正常，不易发生烧钻、扫孔扩孔现象，以及坍塌、掉块事故的几率较小。

.4泵压退芯操作方法

由于砂体岩芯松散，极易受破坏，现场采用泵压退芯的方法。操作方法如下：1）将岩芯管与其连接的异径接头拧卸开，用适当大小的破衣物塞进岩芯管，将水泵回水管与岩芯管用异径接头连接。2）将岩芯管一端与半圆形退芯槽搭接，打开回水阀，关闭送水阀，浆泵量调到最小，间断性开泵送水，使岩芯缓缓从岩芯管中退出。3）如退芯时发现泵压过高，岩芯不能退出，可用小锤在退芯时轻轻敲打岩芯管。4）退芯时操作人员避开退芯方向，退芯完成后及时清洗钻具和岩芯，将岩芯摆放到岩芯箱内。

5改善护孔技术的探讨

由于地质条件的千差万别,护孔堵漏工作,还没有一种任何条件下综合治理的模式,随着钻探新技术的发展和应用,又相应的发生了一些新问题,需要进一步解决,而这些问题,有的往往又不是纯粹的泥浆质量问题。

(l)复杂地层分类,不仅要有定性的分类,还必须要有相应的技术测试手段,以提高定量的概念,才会使护孔堵漏技术工作规范化。

对于综合治理孔内坍塌、漏水、涌水等故障,还有待于收集大量原始资料数据加以分析的基础上,进行最优化选择,不存在万能泥浆。

现有各类处理剂,粘土粉在岩心钻探的完孔周期内,实践证明绝大部分可以解决单层护壁的问题,因而应当选择有利于钻进和价廉的产品。

(4)对于金刚石绳索取心钻探,由于人为地造成孔壁环应力的集中,如钻具结构原因、操作原因等等,会出现坍塌。不采用机械除砂装置而使岩屑过多,泥皮酥松增厚,起下钻助抽吸严重等情况,已是金刚石绳索精心钻探,深孔钻进中的重要问题。所以如何改进钻头,增大环状间隙,扩大液流通道,及时补充孔内冲洗液,特别是净化泥浆装置的普遍使用,更具有现实意义。

结束语

复杂地层的治理,应首先摸清地层情况,以及复杂的类型与程度,并通过经济、技术效果的对比,决定其治理方法。采用低固相泥浆治理复杂地层,必须在钻至复杂地层以前使用并坚持回灌,才能收到好的效果。否则,等孔内坍塌严重,酿成大患的情况下再处理,不但成本高,而且治理效果也不理想。必须有科学的管理制度,设专门的管理人员,依具体情况,科学施工，不断调整泥浆的技术性能。

参考文献

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