■王建民

（安徽省煤田地質局第三勘探隊安徽宿州234000）

云池口尾礦區(qū)鉆孔護壁堵漏技術的實踐

■王建民

（安徽省煤田地質局第三勘探隊安徽宿州234000）

長期以來，復雜地層護壁堵漏為鉆探工程造成了極大的挑戰(zhàn)。文章通過介紹礦區(qū)復雜地質情況，分析礦區(qū)漏失層的確定、礦區(qū)鉆孔護壁堵漏方法，對水泥護壁堵漏在ZK1孔中的應用展開探討，旨在為相關人員基于礦區(qū)復雜地質情況、礦區(qū)漏失層的確定及礦區(qū)鉆孔護壁堵漏方法的云池口尾礦區(qū)鉆孔護壁堵漏技術實踐研究適用提供一些思路。

云池口尾礦區(qū) 鉆孔 護壁堵漏

0 引言

伴隨社會經濟的快速發(fā)展，淺層鉆探變得越來越少，鉆探工作不斷轉至深孔鉆探、海上鉆探等存在復雜情況的方向。鉆探工作作為一類風險性高，且隱蔽的工程，孔內事故在鉆探期間不可避免。在地層復雜、環(huán)境多變的隱蔽空間，作業(yè)狀況極為惡劣，不論是哪一個變量轉變，均存在可能導致井內事故。再加上，事故通常出現在井內較深位置，無法展開直接觀察，僅可憑借經驗展開判斷、評估，況且過去很長一段時間鉆探行業(yè)一直處于發(fā)展瓶頸階段，在人才、技術等相關方面均未做到很好的推陳出新，使得事故一經出現總是猝不及防。文章自江西瑞昌地區(qū)某一相對復雜地層出發(fā)，就鉆探工作存在的護壁毒堵漏情況展開初步研究，針對各種地層情況，展開調查、測試，經對相應地層情況展開分類、分析，然后制定處理方案，進而對處理對策展開對應機理方面的技術探討。

1 礦區(qū)復雜地質情況

云池口尾礦庫地處贛北瑞昌市白楊鎮(zhèn)云池口村，南距瑞昌市10公里。交通十分便利，公路、鐵路、水路在期間四通八達。云池口尾礦庫處在北礦帶東面近SEE方向溶蝕浸蝕溝地段，發(fā)現的斷層大致可分成6條，逐一是F1、F2、F3、F4、F5以及F6斷層。斷層、節(jié)理屬于巖層受到不良影響所形成的結構，其使得巖石各向異性、不均勻性變得進一步顯著，對鉆進存在下述幾類影響：

（1）孔壁缺乏穩(wěn)定性，極易引發(fā)掉塊、坍塌現象，一旦護壁手段不得當，便會造成鉆具回轉阻力大，泵壓高，鉆進效率降低等問題，進一步引發(fā)卡鉆、燒鉆及鉆具脫落、折斷等孔內事故。

（2）斷層、節(jié)理的產生造成巖石孔隙度提升，各種水平地對鉆孔沖洗液進行消耗。倘若斷層、節(jié)理屬于開放或連通的，便會轉變成沖洗液、地下水的活動通道，在相互失衡狀況下，引發(fā)沖洗液、涌水很大程度漏失，使得鉆進無法有序展開[1]。

尾礦庫場地地層由北朝南，分別包括泥盆系上統(tǒng)五通組，石灰系中統(tǒng)黃龍階，二疊系下統(tǒng)棲霞階，局部地段存在演講巖體外露。場地中、南面屬于覆蓋型灰?guī)r區(qū)，下伏基巖是二疊系、石炭系灰?guī)r，區(qū)域極易發(fā)生巖溶地面塌陷。北面為晚泥盆系五通組含礫石英砂巖、石英巖及晚志留系紗帽組砂巖。結合鉆孔得出，尾礦庫場地巖層、土層由上至下包括：耕土、礫砂、粘土、粉質粘土、二疊系下統(tǒng)棲霞階灰?guī)r、二疊系下統(tǒng)茅口階灰?guī)r、志留系上統(tǒng)紗帽組砂巖、泥盆系上統(tǒng)五通組砂巖[2]。

2 礦區(qū)漏失層的分析

要想處理好漏失情況，就必須要對礦區(qū)漏失層進行分析確定。

第一步要對漏層頂部、底部所處區(qū)域展開分析。

第二步要對其是何種屬性特征展開分析。

第三步對完全鉆穿漏層可靠對策展開分析。

最后一步對堵漏計劃、技術策略進行明確選取。

礦區(qū)漏失層的確定，可采取各式各樣的方法，現階段多應用的是觀察法和物探法，應用觀察法經由對鉆進情況進行觀察，可判定自然形成的洞穴、裂縫等相關漏層方位，就好比經對自然形成洞穴后，一般情況下鉆井液會出現突發(fā)漏失，同時存在扭矩擴大等現象。物探法在研究鉆孔漏失方面成效顯著，并積極促進著基礎研究技術發(fā)展[3]。

此次物探勘察是為了對各方面地質情況諸如地下巖溶、斷層破碎帶及隱伏構造等進行初步探明，作用于為相關試驗開展帶來各項有價值數據參考。自礦區(qū)地質情況、任務性質出發(fā)，本次物探工作開展勘探主要選取地震波法、高頻大地電磁測深法及天然電場選頻法動態(tài)信息等物探法，同時在鉆孔內測試每一地層對應物理力學參數選取激電測井、全波聲波測井以及波速試驗。其中，地震波法多用于消除基巖風化程度、覆蓋層厚度以及破碎帶等相關問題，高頻大地電磁測深法主要探明地下巖溶、斷層破碎帶及隱伏構造等[4]。

3 礦區(qū)鉆孔護壁堵漏方法

3.1 鉆孔漏失的原理

鉆孔漏失本質原因為對巖層而言孔內液注出現了壓差，及巖石自身存在漏失通道。鉆孔漏失的原理可劃分成兩個方面。

3.1.1 地質、水文地質情況的鉆孔漏失原理

受地質、水文地質情況影響，巖層中伴隨裂縫、空隙及洞穴的大小、上腹巖層的含水情況等，為鉆孔漏失創(chuàng)造了客觀前提，同時漏失通道的存在及對應情況是鉆孔漏失出現的重要原因。

3.1.2 技術方面的鉆孔漏失原理

鉆孔漏失受一系列技術因素影響，包括沖洗介質、沖洗手段類型及參數選取是否科學，升降作業(yè)操作是否得當，鉆具轉速、鉆井液沿環(huán)空流動速度選取是否準確等。這一系列因素同樣是鉆探事故中十分常見的事故原因。

3.2 堵漏設計方案選擇

3.2.1 采取科學鉆孔對策，改善鉆井液功能屬性

該種手段可應用在對滲透性孔隙地層漏失進行封堵，為了縮減地層出現漏失的可能，可選取對鉆孔技術參數進行重新設計、對各方面技術參數進行重新調整及縮減鉆井液密度等。

3.2.2 靜止堵漏

該種方法通常可應用于鉆進期間受作業(yè)操作不規(guī)范影響使得地層出現裂縫、鉆井液密度偏大使得液注壓力破裂地層、深孔孔段出現鉆孔流失等突發(fā)或不管什么原因引發(fā)的鉆孔漏失。此類方法應當強調的是一經出現鉆孔漏失便要即刻終止鉆進，于漏失孔段把鉆具取出，靜止8～24小時范圍的時間；如果在技術套管中，無需取鉆井液進行灌注，如果在裸眼井中，那么一定要適時取鉆井液進行灌注，并確保液面始終維持于套管中[5]。

3.2.3 橋接材料堵漏法

該種方法指的是把各種尺寸、形狀的惰性材料，結合各種現象，采取相應的堵漏材料級配及質量分數，根據各種配方添加在鉆井液內，借助擠壓法將漏層直接注入的一類堵漏策略。此類方法尤其適用于試壓期間發(fā)生的鉆孔漏失，堵漏成效十分明顯?，F場選取橋接材料時，橋接材料級配及加量與漏層屬性相互關系，見表1。

表1 橋接材料級配及加量與漏層屬性相互關系

上述各類方法都屬于在復雜情況下有效的處理護壁堵漏事故方法，而鉆孔護壁堵漏方法的有效選取應當結合巖層情況、地下水情況、護堵材料及堵漏工具等實際情況展開。

4 水泥護壁堵漏在ZK1孔中的應用

4.1 堵漏對水泥性能的要求

水泥的性能應當有著良好的可泵性、流動性及可調性。水泥可泵性、流動性與灌注方法、孔深及灌漿量等存在緊密的關聯，需要水泥可泵性能夠按照灌注方法、孔深及灌漿量等相關因素展開適當區(qū)間的調整?？赏ㄟ^改變水灰比大小或者添加外滲劑，來調節(jié)水鉆井液的流變性。同時，水泥應當具備適當的凝結時間，且同樣是可調節(jié)的，就符合灌注時間而言，伴隨孔深、孔內溫度及灌注量等轉變，對初凝時間進行調節(jié)，而調節(jié)方法包括添加水泥早強劑、速凝劑等。

因此，為了實現護壁堵漏全面工作開展，一定要結合施工實情選取適用的水泥種類，就好比常規(guī)硅酸鹽水泥等，施工作業(yè)期間選取各種水泥外加劑來對水鉆井液、固結性能進行調節(jié)或改變[6]。在護壁堵漏中較為常用的水泥有硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥以及油氣水泥等，水泥有著十分多的種類，現根據組成礦物、用途、成分性能等對水泥展開分類，見表2。

表2 水泥的分類

4.2 水泥配方

經調查現階段市場上可購買到的水泥外加劑，結合水泥配方試驗參考摻量及相關方法開展試驗，最初選定了由上海某企業(yè)生產的高效早強減水劑、廣西某企業(yè)生產的強力堵漏劑，選取常規(guī)R425硅酸鹽水泥用以實驗材料。經由采取分布均勻法得出結果，水泥干粉同高效早強減水劑、強力堵漏劑進行勻稱相混，形成的水泥凈漿外加劑用于鉆孔護壁堵漏，當高效早強減水劑摻量在5.0%之上時效果相對可觀，見表3。

表3 水泥配方實驗方案表

4.3 工程實踐應用

結合ZK1孔實情，決定選取水泥開展護壁堵漏，首先進行水鉆井液攪制，調節(jié)0.6的水灰比，配比選取12.7%高效早強減水劑+21.3%強力堵漏劑，0.6水灰比鉆井液泵送漿關灌注。然后，展開通孔，在75.2～120米獲取全面灰心，有著相對高的強度。受灌注過程中灌漿量太高影響，使得此次水泥護壁不滿意，但是鉆孔內塌陷、掉塊等情況得到一定消除，礦區(qū)相關管理人員心存僥幸，引發(fā)安全事故。經對事故進行處理之后，又一次展開水泥灌注，選取同一比例對水鉆井液進行再一次調配，直至160米可獲取相對全面的灰心，巖心各方面強度相對較高，護壁滿意。

4.4 相關注意事項

水泥護壁堵漏在ZK1孔中的應用，有著多方面的注意事項。

4.4.1 灌注期間灌漿量太高注意事項

就灌注期間灌漿量太高使得此次水泥護壁效果不佳而言，可于要進行注漿的孔段處制作一個假孔底，并封住灌漿管底部，下入至假孔底上方10～20厘米位置，一旦灌注水鉆井液到達相應程度后可自行開啟，于鉆孔內不斷由水鉆井液灌入，并將其填滿。等到該項工作開展結束后，把灌漿管提至水鉆井液上方位置，自井口灌入約20升的濃PHP和鋸末混合物，后選取孔口封閉方法進行加壓[7]。

4.4.2 孔壁坍塌注意事項

受孔壁坍塌影響，使得孔徑變大，孔壁產生大空腔，特別為產狀陡立式大空腔時，水鉆井液無將空腔內的鉆井液充分排除，造成大多孔壁坍塌部分無法獲取水泥的固結，導致注入的水泥出現鉆孔過深或護壁成效不佳情況，大溶隙巖溶地層，水泥護壁堵漏不適用于此類地層。

4.4.3 大裂隙引發(fā)惡性漏失注意事項

就大裂隙引發(fā)惡性漏失而言，可選取水泥+高效早強減水劑+強力堵漏劑進行護壁堵漏，尤其是針對存在地下水活動的漏失通道，堵漏成效更為顯著[8]。選取水泥+高效早強減水劑+強力堵漏劑堵漏需要充分結合漏失通道的特征、所處部位，同時要明確準確的注漿壓力、注漿量最大值。

5 成果與總結

總而言之，鉆探工作作為一類風險性高，且隱蔽的工程，孔內事故在鉆探期間不可避免。在地層復雜、環(huán)境多變的隱蔽空間，作業(yè)狀況極為惡劣，不論是哪一個變量轉變，均存在可能導致井內事故。再加上，事故通常出現在井內較深位置，無法展開直接觀察，僅可憑借經驗展開判斷、評估，況且過去很長一段時間鉆探行業(yè)一直處于發(fā)展瓶頸階段，在人才、技術等相關方面均未做到很好的推陳出新，使得事故一經出現總是猝不及防。相關人員務必要不斷鉆研研究、總結經驗，明確認識護壁堵漏的基質，全面分析護壁堵漏一系列類型地層中的特征，制定科學合理的技術處理對策，積極促進鉆探技術有序健康發(fā)展。

［1］占樣烈，徐力生，李月良.SM植物膠鉆井液的流變性分析與探討［J］.地質與勘探，2010，46（2）：343-347.

［2］Abdel Rahman，K：Katter.Facing the drilling and blasting challenges at the Helena quarry in Egypt［J］.Journal of Explosives Engineering，2008，（25）：14-16.

［3］肖豐偉，鄭曉良，李超，戴紅專，廖曦文，高志儉.嵩縣槐樹坪大型金礦復雜地層泥漿及護壁堵漏技術［J］.探礦工程:巖土鉆掘工程，2014，（2）：29-32.

［4］首照兵，陳禮儀，張統(tǒng)得，李德新，徐朝偉，楊剛.攀西釩鈦磁鐵礦整裝勘查復雜地層鉆探護壁堵漏技術［J］.探礦工程:巖土鉆掘工程，2012，39（2）：31-34.

［5］王勝，汪靖扉，陳禮儀，張川，萬宇豪，劉建成.硅酸鹽-硫鋁酸鹽水泥基鉆孔護壁堵漏材料的研制［J］.科學技術與工程，2015，（33）：162-163.

P624[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-470-2

劉向前（1984～），地質礦產工程師，研究方向為地質生產。