李可明

摘要：介紹了某復(fù)雜地層鉆探施工地層巖石概況，加強(qiáng)技術(shù)管理，提高責(zé)任心，采取綜合治理護(hù)壁堵漏措施，保持井壁穩(wěn)定，在安全鉆進(jìn)基礎(chǔ)下，采取取心措施，確保難采地層的取心質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；鉆探；護(hù)壁堵漏；孔壁穩(wěn)定；安全鉆進(jìn)；難采地層；取心技術(shù)

施工區(qū)位于川陜交界的大灘鄉(xiāng)，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地表風(fēng)化層較厚，且軟硬交替頻繁，巖石堅(jiān)硬、破碎、酥散，鉆進(jìn)中經(jīng)常發(fā)生垮塌、掉塊、超徑、縮徑、漏失等，不僅成孔困難，孔壁難以維持穩(wěn)定，而且?guī)r礦心采取質(zhì)量也難以保證。該礦區(qū)前期由某兄弟單位施工，進(jìn)度緩慢，報(bào)廢多個(gè)鉆孔，且施工質(zhì)量極低，多數(shù)回次靠撈取巖粉（鉆屑）代替巖心，采取率僅30%左右。后由我單位接續(xù)施工，通過摸索、總結(jié)，采取綜合治理的護(hù)壁堵漏措施，確?？妆诜€(wěn)定；在實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)施工中鉆遇到的不同巖層分別采用不同的質(zhì)量取心工具和技術(shù)措施來確保質(zhì)量，經(jīng)過艱辛的努力，順利完成了該區(qū)的施工任務(wù)。

一、地層巖石簡(jiǎn)況

該礦屬火山巖型礦床，有多條斷裂構(gòu)造帶交錯(cuò)貫穿礦區(qū)，構(gòu)成了礦區(qū)巖石的堅(jiān)硬、破碎、酥散和易脆，使得鉆探施工的孔壁穩(wěn)定性差，垮塌頻繁，漏失嚴(yán)重，超徑、縮徑，既難以鉆進(jìn)，又難以取心。

礦區(qū)鉆遇的巖石類型有：英安碎屑熔巖、變質(zhì)凝灰?guī)r、石英角斑巖、斜長(zhǎng)花崗巖、石英鈉長(zhǎng)斑巖、花崗巖、硅化凝灰?guī)r，在變質(zhì)凝灰?guī)r中夾有一定的粘土巖；礦體為黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等侵染狀多金屬礦，并夾有泥灰?guī)r。

變質(zhì)凝灰?guī)r、石英角斑巖、斜長(zhǎng)花崗巖、石英鈉長(zhǎng)斑巖、花崗巖、硅化凝灰?guī)r等屬于硬、碎、脆類巖石，這類巖石的主要特點(diǎn)是硬，又受地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育，巖石的硬度、強(qiáng)度相差懸殊，具有破碎性和易脆性。在鉆進(jìn)時(shí)因鉆具回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械震動(dòng)及橫向力很容易使巖屑破碎、磨耗，加之沖洗液的沖刷，更加劇了巖心的破碎，取心困難。

英安碎屑熔巖、變質(zhì)凝灰?guī)r及侵染狀礦體等屬于侵染狀酥、碎、脆巖石，主要特點(diǎn)是巖石本身不夠堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)松散，巖石顆粒之間的聯(lián)接力與膠結(jié)強(qiáng)度極差，受到外界機(jī)械震動(dòng)后很快由分解成顆粒狀、粉狀，易被沖失。同時(shí)在這類地層中鉆進(jìn)進(jìn)尺快，易于堵心，造成巖礦心自磨、松散，易混入沖洗液中造漿，這類地層鉆進(jìn)采取率低。

二、施工技術(shù)措施

（一）鉆孔結(jié)構(gòu)及質(zhì)量措施

1、確定合理的鉆孔結(jié)構(gòu)

在該礦區(qū)施工中，采取適當(dāng)擴(kuò)大開孔口徑，并留有備用口徑的措施，以利于因孔內(nèi)復(fù)雜發(fā)生事故便于采取有后續(xù)措施。開孔用Φ130mm和Φ110mm鉆穿覆蓋層（風(fēng)化層），下入Φ127和Φ108套管，之后下入Φ89mm套管，作為技術(shù)套管，改用Φ75mm口徑施工，留Φ60mm作為備用口徑。在復(fù)雜地層采用多級(jí)口徑成孔，以便使用技術(shù)套管護(hù)壁和利于在小徑難以采心的巖層中取心，提高采取率。

2、根據(jù)采心的難易程度，選擇相應(yīng)的取心工具和工藝技術(shù)

在施工中，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。在取心極為破碎地層鉆進(jìn)時(shí)，必須限制轉(zhuǎn)速和沖洗液量，降低壓力，控制回次進(jìn)尺及回次鉆進(jìn)時(shí)間，少鉆勤提。

對(duì)于完整或比較完整的巖層采用雙管單動(dòng)鉆具；對(duì)于十分破碎、酥散巖層則使用半合管采心。若不能保證取心質(zhì)量，堅(jiān)持使用半合管，配合使用底噴鉆頭，確保取心質(zhì)量。不論何種鉆具都應(yīng)確保單動(dòng)性能良好。必要時(shí)采用無泵鉆具或干鉆取心或補(bǔ)采。

（二）綜合治理措施

針對(duì)礦區(qū)地層復(fù)雜多變，鉆進(jìn)中垮塌頻繁、漏失嚴(yán)重等，導(dǎo)致護(hù)壁堵漏技術(shù)方法靈活多變，采取以優(yōu)質(zhì)泥漿預(yù)防為主，輔以套管、水泥、速效漿液及惰性材料和化學(xué)漿液、高吸水樹脂等一系列的綜合治理措施，確保正常鉆進(jìn)和取心工作的順利進(jìn)行。

1、泥漿護(hù)壁堵漏

這是最基本最常用的一種護(hù)壁堵漏方法。通過調(diào)研總結(jié)分析，在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們使用了聚丙烯酰胺低固相泥漿，主要是利用泥漿在部分水解的PHP高分子鏈滲入破碎帶，形成富集層，其吸附基（酰胺基）的吸附作用有助于破碎巖石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而且這些長(zhǎng)鏈吸附細(xì)小顆粒在裂隙中架橋，增大漏失阻力，起到防滲防微漏的作用。同時(shí)，高分子鏈對(duì)孔壁四周交叉吸附，形成保護(hù)孔壁的薄膜。根據(jù)情況，加入少量的植物膠和防塌劑以及隨鉆堵漏劑。為解決金剛石鉆進(jìn)中鉆具鉆頭的潤(rùn)滑問題，在泥漿中加入0.5——1%的皂化油或松香酸鈉進(jìn)行潤(rùn)滑減阻。

其配方和性能如下：粘土粉（240目）4%；Na2CO3 6—8%（與粘土重量比）；PHP（濃度1%）2—4%；Na—CMC0.3%。泥漿性能：比重1.03，漏斗粘度19—21s，PH值9—10，失水量9—14ml/30min，泥皮厚<0.5mm，膠體率98%。

使用泥漿鉆進(jìn)，關(guān)鍵在于管理。如果配制不當(dāng)、管理不善，性能達(dá)不到要求，極易造成孔內(nèi)事故。如，zk1083在孔深132m，因?qū)δ酀{管理不善，未能維護(hù)泥漿性能，造成嚴(yán)重垮塌埋鉆事故，處理臺(tái)時(shí)達(dá)120 h。因此，在措施上要求循環(huán)槽應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，一般長(zhǎng)度不少于15m，有一定坡度，一定間距設(shè)置隔板，挖兩個(gè)沉淀坑，設(shè)一儲(chǔ)漿池；在管理上要求從嚴(yán)，嚴(yán)格按擬定的加量標(biāo)準(zhǔn)配置泥漿，及時(shí)檢查、調(diào)整泥漿性能，同時(shí)也應(yīng)根據(jù)地層變化及時(shí)調(diào)整固相含量和各種處理劑的加量。

2、水泥護(hù)壁堵漏

淺部地層一般使用套管護(hù)壁，但深部或受井徑限制的孔段，必須人工造壁，較為簡(jiǎn)單有效的措施是水泥護(hù)壁堵漏。主要是利用水泥漿液流入地層裂隙、裂縫等漏失通道，凝結(jié)固化，堵塞裂隙、裂縫，將松散、破碎的巖石固結(jié)在一起，達(dá)到穩(wěn)定孔壁的目的。在施工中對(duì)大斷裂或斷層引起的漏失、垮塌、超徑均采用普通硅酸鹽水泥，并添加速凝早強(qiáng)劑、減水劑配制水泥漿護(hù)孔堵漏。多次護(hù)孔堵漏，均取得較好效果。如zk1803在孔深115—132m遇大斷裂，垮塌、超徑、漏失嚴(yán)重，不返水。采用水泥漿液護(hù)壁，透孔即返水，直至終孔該孔段未再次出現(xiàn)垮塌、掉塊現(xiàn)象。其配方：425*水泥，水灰比0.5，CaCl23%，三乙醇胺0.1%（均為與水泥的重量比）。

灌注方法一般采用泵入法：將鉆桿柱下到欲灌注孔段的下部離底30—50cm，先泵入清水檢查鉆桿內(nèi)部確實(shí)暢通良好時(shí)，即可泵入配好的水泥漿。在灌注水泥期間不要停泵，灌注完畢立即替漿，待替漿后慢慢提鉆。這種方法應(yīng)堅(jiān)持堵漏要沖孔，護(hù)壁要掃孔到底。操作上比較簡(jiǎn)單，若掌握不好，水泥漿極易被孔內(nèi)泥漿或清水稀釋，以致不能凝固，達(dá)不到預(yù)期效果。

3、速效漿液堵漏

在鉆進(jìn)裂隙性漏失，不返水或返水量少時(shí)，采用PAM—水泥—泥漿速效漿液堵漏，成功率較高。主要是利用PAM—水泥與泥漿在孔內(nèi)漏失部位混合PAM與泥漿粘土顆粒相遇后，在進(jìn)入裂隙通道的過程中很快形成具有一定強(qiáng)度和彈性的絮凝物，封堵漏失通道。其特點(diǎn)是當(dāng)班灌注開鉆，堵漏速度快，節(jié)約時(shí)間。如zk1802孔，在井深56——80m這段裂隙性貫通漏失嚴(yán)重，灌注此漿后送漿立即返水。

其漿液配制：甲液—水泥漿。普通硅酸鹽水泥，水灰比0.7，PA，0.4%；乙液—泥漿。比重1.3，純堿加量為粘土的0.3%。甲液與乙液的體積比為1：1。

灌注方法：先從孔口向孔內(nèi)倒入一部分乙液，用泵灌注甲液，同時(shí)將剩下的乙液用桶從孔口倒入與甲液拌合。灌注完畢，停半小時(shí)左右，即可送漿鉆進(jìn)。

4、脲醛樹脂甲漿液堵漏

對(duì)于大的貫通性地層的漏失，為了達(dá)到快速堵漏、提高純鉆時(shí)間，采用其他堵漏方法難以見效時(shí)，才采用這一方法進(jìn)行堵漏。其機(jī)理是脲醛漿液與硫酸在流入漏失通道在相遇，很快凝結(jié)固化，封堵漏失通道。應(yīng)用此法在zk1082、zk1060等鉆孔，多次堵漏，效果良好。

材料：尿素，脲醛，硫酸。

配方：脲醛：尿素=8：1（重量比）；脲醛（尿素+脲醛）：硫酸=100：11（重量比）。硫酸濃度在60%為宜，調(diào)節(jié)硫酸加量來控制凝固時(shí)間。

灌注方法：使用專用灌注器，先將灌注器外管涂上機(jī)油后，將配置好的硫酸裝入鉆具外管內(nèi)，然后倒入適量的機(jī)油，流出為止，用黃油將灌液眼堵死，接上鉆桿，將脲醛灌入鉆桿內(nèi)，投入活塞桿后送到堵漏位置，開65——110L/min的泵量，將塞子壓出，泵壓達(dá)到1.5MPa時(shí)脲醛與硫酸開始混合進(jìn)入裂隙。當(dāng)?shù)诙毋@桿內(nèi)活塞到達(dá)灌注器并開始蹩泵時(shí)，表明已灌完。立即將鉆具提離液面一定高度，停止幾分鐘，即可開鉆透孔。

5、多級(jí)套管隔離

第四紀(jì)覆蓋層厚，風(fēng)化破碎、垮塌、漏失大的地層，開孔用泥漿沖孔配合泥球鉆進(jìn)，下127 mm和108mm兩層套管穿過浮土層，換徑鉆進(jìn)到完整地層下入89mm套管，換75mm口徑鉆進(jìn)。在深部鉆進(jìn)若遇破碎帶、大斷層，地下水或有貫通性漏失，正常鉆進(jìn)困難，而其他護(hù)壁方法無效且條件允許時(shí)，可起拔89mm套管擴(kuò)孔跟進(jìn)套管進(jìn)行隔離。若起拔89mm套管困難時(shí)，可下73mm套管或暗管隔離，換備用口徑60mm鉆進(jìn)。

多年來，在多個(gè)礦區(qū)施工，采用多級(jí)套管護(hù)壁，都取得了預(yù)期效果，套管護(hù)壁不失一種可靠的技術(shù)手段。在使用中體會(huì)到：下套管護(hù)壁堵漏時(shí)，必須先向孔內(nèi)投粘土球，密封套管底部，防止套管底部漏水；對(duì)沒有下在完整地層上的套管，井口應(yīng)用夾板固定，并密封扎緊孔口；應(yīng)注意套管絲扣質(zhì)量，并用松香涂抹絲扣上緊；套管外壁涂抹廢機(jī)油或黃油或PHP濃溶液，以利于起拔套管；在隔離復(fù)雜地層時(shí)，最好不要下埋頭管（暗管）。

6、惰性材料堵漏

在鉆進(jìn)中將惰性材料加入沖洗液中配成堵漏漿液，惰性材料隨同沖洗液進(jìn)入流失通道，進(jìn)入裂隙，產(chǎn)生架橋，充填阻塞，達(dá)到堵漏目的。在選擇惰性材料品種、粒度、加量時(shí)，必須根據(jù)孔內(nèi)漏失情況而定。若對(duì)漏失部位及漏失通道的大小掌握不準(zhǔn)，最好選用多品種、粒度規(guī)格不一的惰性材料。壓漿時(shí)泵壓在1.0MPa左右即可，停十多分鐘以上，送漿鉆進(jìn)，其堵漏效果一般較好。在該礦區(qū)多個(gè)鉆孔中使用皮革粉、核桃殼、棉籽殼、云母、鋸末等多種材料與聚丙烯酰胺和沖孔泥漿組成堵漏泥漿，采用孔口混合壓漿灌注，多次用于堵塞中等裂隙性漏失均獲得成功。

7、其他方法

對(duì)于裂隙性滲漏嚴(yán)重的鉆孔，采用下套管隔離畢竟要花費(fèi)較大的工程量，同時(shí)也增加了孔內(nèi)的復(fù)雜性，采用惰性材料及速效漿液有無效，可投入PAM粘土球堵漏。通過鉆具搗實(shí)擠壓，粘土和PAM被擠入地層裂隙，充填堵塞漏失通道，穩(wěn)定孔壁。另外，在本礦區(qū)也多次使用聚丙烯晴—腐植酸鉀高吸水樹脂護(hù)壁堵漏，效果也不錯(cuò)。其方法是用膨潤(rùn)土做包皮、高吸水樹脂為心料制作成“湯圓”，投入到孔內(nèi)漏失層，下鉆具送沖洗液慢速回轉(zhuǎn)攪拌，使之隨沖洗液進(jìn)入漏失通道，充填堵塞裂縫、裂隙，攪拌時(shí)間約5分鐘，再停10到20分鐘，即可送漿正常鉆進(jìn)。

三、體會(huì)

巖心鉆探有多種施工方法和工藝，每種方法都有其適應(yīng)范圍。特別是在復(fù)雜地層的施工，其鉆進(jìn)工藝和技術(shù)措施，應(yīng)根據(jù)地層的復(fù)雜性質(zhì)和復(fù)雜程度，因地制宜，對(duì)癥下藥。若措施和方法不對(duì)，將會(huì)耗費(fèi)大量的人、材、物，拖延工期，甚至造成鉆孔報(bào)廢。因此，要針對(duì)鉆孔的復(fù)雜性，加強(qiáng)技術(shù)管理，提高機(jī)班長(zhǎng)責(zé)任心，采用不同的工藝和技術(shù)措施，維護(hù)孔壁穩(wěn)定，確保安全鉆進(jìn)。

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