徐騰

（湖南中核勘探有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙410000）

在砂巖型礦山地浸工藝鉆孔施工中，隨著施工鉆孔深度的逐年提高，鉆孔涉及的地層愈發(fā)復(fù)雜。通常情況下，在裸孔鉆進(jìn)過程中，存在井斜彎曲及因鉆壓不均勻原因?qū)е碌木鄄唤^對(duì)垂直且井眼圓度較差的情況。因此，鉆具特別是尺寸較大的鉆鋌段在處于高滲透性的砂巖地層位置并長(zhǎng)久不動(dòng)時(shí)，由于壓差作用，護(hù)壁泥餅不斷變厚，致使井壁與鉆具之間間隙逐漸減少，甚至?xí)^為快速的出現(xiàn)鉆具與井壁之間貼附的現(xiàn)象。在此情況下，貼壁部位的鉆具不再受原有的液柱壓力平衡作用，而對(duì)側(cè)則在液柱橫向壓力作用下將鉆具推向泥壁，加之貼壁后原有鉆井液潤(rùn)滑作用的降低，致使使鉆具和泥壁之間的摩擦力急劇變大，且摩擦力及鉆具與泥壁的封閉接觸面積隨著靜止時(shí)間的延長(zhǎng)不斷變大。

鉆具在井眼中長(zhǎng)期處于鉆井液的浸泡中，而鉆具和井壁上厚的假泥壁上分別帶有正負(fù)電荷，因此會(huì)由于靜電相互作用發(fā)生吸附作用。當(dāng)鉆具靜止時(shí)，鉆具重力分解的水平作用力導(dǎo)致鉆具向下方的井壁靠近，同時(shí)，在井眼軌跡彎曲度較大的部位，更易導(dǎo)致鉆具與泥壁之間的距離快速縮小到鉆具和泥壁之間的作用力能互相作用的范圍，進(jìn)而在作用力下出現(xiàn)吸附，使鉆具在提下過程阻力增加。

因此，在鉆探過程中鉆具粘卡事故時(shí)有發(fā)生，且事故處理難度較大，導(dǎo)致單次事故造成的經(jīng)濟(jì)損失也大大增加。通過深度解析粘吸卡鉆事故的成因，同時(shí)探究此類事故的處理及預(yù)防方法，可有效提高事故處理成功率，同時(shí)降低孔內(nèi)事故發(fā)生率及孔內(nèi)事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)砂巖型地浸工藝鉆孔施工的發(fā)展具有重要意義。

1 粘吸卡鉆的原因

1.1 地質(zhì)地層因素

砂巖型鈾礦處在第四、第三系中的砂巖層中，成礦地上覆地層主要為黏土、砂礫巖、砂巖、泥巖等。其中黏土、砂礫巖中的膠結(jié)物多為水敏性，吸水后巖石的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性變差，易出現(xiàn)膨脹、破碎、脫落、掉塊等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致松井段的井徑不規(guī)則變大，形成大肚子，而鉆井液中在上返過程在該處流速降低，其中攜帶的巖屑出現(xiàn)大量沉積形成泥餅造成粘吸卡鉆（見圖1）。

1.2 施工因素

圖1 砂巖地層泥餅吸附卡鉆示意圖

施工人員素質(zhì)不一，在施工過程中操作碳源不嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作：如操作剎把不平穩(wěn)造成井眼圓潤(rùn)度差；鉆進(jìn)過程，鉆井液參數(shù)未進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，造成鉆井液的潤(rùn)滑性和濾失性不好，鉆孔穿過水敏性地層時(shí)，由于鉆井液失水率高，巖層吸收水分膨脹向孔內(nèi)膨脹，形成縮徑；泥漿泵的排量跟不上，鉆井液返速過低，攜渣能力低，造成破碎的巖屑不能及時(shí)排出，在孔底反復(fù)破碎致使鉆井液中的含沙量高，其形成的護(hù)壁層磨擦系數(shù)也會(huì)增大，鉆具提下時(shí)阻力增加；人員處理事故能力不足，事故處理時(shí)間較長(zhǎng)，及在事故處理時(shí)未見鉆具提放在安全位置；事故處理工具不到位，出現(xiàn)事故苗頭或出現(xiàn)事故后不能及時(shí)有效的進(jìn)行處理（見圖2）。

2 粘吸卡鉆的特征

2.1 粘吸卡鉆都是在靜止?fàn)顟B(tài)發(fā)生的，從靜止到可能發(fā)生粘卡吸附的時(shí)間，這和鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆孔質(zhì)量、鉆具的組合及鉆井液性能都有極大的關(guān)系。從幾分鐘到幾十分鐘皆有可能，但全過程都是一個(gè)靜止的過程。

2.2 粘吸卡鉆卡點(diǎn)的位置一般在鉆鋌段或松散薄弱地層、縮徑地層與鉆具所接觸的位置。

2.3 粘吸卡鉆前和發(fā)生后，鉆井液均循環(huán)正常，進(jìn)出平衡、泵壓正常。

2.4 卡鉆后提拉鉆具會(huì)由于卡點(diǎn)上移而使鉆具的伸長(zhǎng)活動(dòng)距離逐漸變小。

2.5 粘吸卡鉆后，若鉆具活動(dòng)不及時(shí)、不正確或強(qiáng)卡繃緊時(shí)間過長(zhǎng)，卡點(diǎn)易出現(xiàn)上移并成帶成片的現(xiàn)象，致使粘卡情形加劇。

圖2 鉆具貼壁粘鉆吸附卡鉆示意圖

3 粘吸卡鉆事故的處理方法

3.1 強(qiáng)力提拉活動(dòng)鉆具解卡

發(fā)生粘吸卡鉆事故后，要及時(shí)處理，爭(zhēng)取在最佳處理時(shí)期內(nèi)完成處理工作。

3.1.1 在安全和設(shè)備允許拉力、扭矩的前提下，上下提放活動(dòng)鉆具，情況允許時(shí)通過強(qiáng)力轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具來解除卡鉆。

3.1.2 在活動(dòng)鉆具時(shí)要設(shè)法接入泥漿循環(huán)系統(tǒng)并循環(huán)鉆井液，以求迅速解卡。在處理間歇或放棄通過強(qiáng)力提拉解卡時(shí)把卡點(diǎn)以上鉆具重量的1/2 甚至全部重量壓在鉆具上，這樣鉆具在井眼內(nèi)呈現(xiàn)出彎曲狀態(tài)下，鉆具與井眼處于多點(diǎn)接觸狀態(tài)。若拉扯狀態(tài)下將鉆具繃直會(huì)使鉆具與井壁呈線面接觸狀態(tài)，造成卡點(diǎn)上移成片發(fā)生粘吸卡鉆使事故愈發(fā)嚴(yán)重。

3.2 解卡劑解卡

在采用上述方法無效時(shí)，可以采用解卡劑來解除卡鉆。解卡劑解卡的原理主要對(duì)粘附鉆具的泥壁進(jìn)行滲泡，降低消除吸附力。

3.2.1 卡點(diǎn)測(cè)算

在解卡劑注入之前，首先要弄清楚粘卡點(diǎn)的深度，卡點(diǎn)的位置是根據(jù)鉆桿在受力時(shí)的伸長(zhǎng)量來計(jì)算的。計(jì)算公式為:

式中:L-自有鉆具的長(zhǎng)度，單位m;E-鉆桿鋼材的彈性模量，2.06×105MPa;AP-自由鉆具的橫截面積，單位cm2；△L-自由鉆具在F 力作用下的伸長(zhǎng)量，單位cm;F-自由鉆具所受的超過其自重的拉力，單位KN。

3.2.2 解卡劑注入量計(jì)算

在初步算得卡點(diǎn)位置后（目前項(xiàng)目施工鉆桿多為Φ89mm鉆桿，鉆鋌為Φ159mm 鉆鋌，直徑相差較為懸殊，鉆桿段不易發(fā)生粘卡事故，發(fā)生粘卡鉆的位置多在鉆鋌位置，進(jìn)行解卡劑解卡時(shí)多采用解卡劑浸泡鉆鋌段的方法進(jìn)行），根據(jù)計(jì)算，確定解卡劑用量，注入卡鉆段浸泡解卡，解卡劑用量計(jì)算公式如下:

式中:Q——解卡劑用量，單位m3;

Q1——粘卡段環(huán)空容量，單位m3;

Q2——粘卡段鉆具內(nèi)容量，單位m3;

Q3——預(yù)留替漿量，單位m3;

K——擴(kuò)徑系數(shù)，一般為1.2-1.25;

H1——環(huán)空泡解卡劑高度，單位m;

H2——鉆具內(nèi)液柱高度，單位m;

D1——鉆頭直徑，單位m;

D2——鉆鋌或鉆桿外徑，單位m;

D3——鉆鋌或鉆桿內(nèi)徑，單位m。

解卡劑注入后，每15min 替入少量鉆井液，使解卡劑上返，以強(qiáng)化解卡劑的滲透浸泡作用。在解卡劑浸泡6h 時(shí)，即可提拉活動(dòng)鉆具，反復(fù)拉放實(shí)現(xiàn)解卡。

3.2.3 施工準(zhǔn)備和注意事項(xiàng)

3.2.3.1 制定解卡劑解卡預(yù)案。

3.2.3.2 檢查、安裝設(shè)備和管線。

3.2.3.3 留足鉆井液，及時(shí)補(bǔ)給井內(nèi)鉆井液回落和壓替解卡劑。

3.2.3.4 施工前根據(jù)員組織人員并進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.3 套洗、套銑解卡

由于套洗及套銑作業(yè)的工作量較大進(jìn)度較慢，主要用于底部鉆具埋鉆的情況，一般粘附卡鉆不建議進(jìn)行。

套洗解卡主要適用于砂埋解卡，即在卡點(diǎn)上部脫手，下套洗筒將環(huán)形空間砂子沖出解卡。

套銑解卡主要適用于小落物卡在大臺(tái)階上、水泥卡或工具卡，即在卡點(diǎn)上部脫手，下套銑筒將環(huán)形空間卡點(diǎn)銑掉解卡。水泥卡采用套一根、倒一根的辦法，將被卡管柱起出。

4 粘吸卡鉆事故的預(yù)防

4.1 鉆進(jìn)施工過程控制孔斜，避免因孔斜造成的井眼軌跡彎曲導(dǎo)致鉆具在彎曲段發(fā)生貼壁現(xiàn)象，上下壁壓力失衡出現(xiàn)壓差。

4.2 勤短起鉆具，特別是在鉆進(jìn)速度較快的地層段，短起鉆具有助于優(yōu)化井眼軌跡，減少井壁吸附巖屑的能力，保證井眼圓潤(rùn)清潔。

4.3 根據(jù)地層調(diào)整泥漿參數(shù)，針對(duì)水敏性地層段，調(diào)節(jié)降低泥漿的失慮性，避免泥漿對(duì)地層的侵入和失水導(dǎo)致地層吸水膨脹縮小井眼尺寸，致使鉆具貼壁粘吸。

4.4 調(diào)整泥漿參數(shù)及泵壓，增加鉆井液的攜渣返渣能力，降低鉆井液含沙量，提高鉆孔清潔能力，改善泥壁質(zhì)量，提高鉆井液及泥壁的潤(rùn)滑性。

4.5 優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)、合理控制孔底壓力，減小鉆具對(duì)井壁的側(cè)向作用力和接觸面積等。

4.6 設(shè)備維修時(shí)需將鉆具提至大孔徑段，并錯(cuò)開塑性和膠結(jié)性差的地層段。

5 結(jié)論與建議

通過對(duì)粘卡吸附現(xiàn)象的成因分析，針對(duì)性加強(qiáng)砂巖型地浸鉆孔施工中孔斜控制和泥漿參數(shù)的調(diào)整，可有效避免粘卡吸附情形的出現(xiàn)和因此造成的事故。面對(duì)出現(xiàn)的粘卡吸附造成的事故，在處理事故時(shí)應(yīng)根據(jù)粘卡成因、時(shí)間、粘卡程度等綜合分析，快速采取有效的處理方法，可提高粘卡吸附造成的孔內(nèi)事故的處理成功率。