金刚石钻探在复杂岩层中护孔、堵漏的综合治理

摘 要 金刚石小口径钻探在复杂岩层钻探时，坍塌、掉块、缩经、漏失、涌水等现象严重影响了钻探施工、质量、工期和成本，本文作者以多年在豫西地区的钻探工作实践，总结了采用综合治理方法处理复杂地层取得的方法与措施，以供同行参考与借鉴。

关键词 复杂岩层；破碎；坍塌；掉块；漏失；护孔；堵漏；综合治理

中图分类号 TU文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2012)061-0178-01

复杂岩层是一个客观存在，在钻探过程中随时都可能遇到。作者长期在豫西地区从事地质勘探钻探工作，该区地处秦岭东西构造带，蕴藏着丰富的有色金属资源。这些矿产在成因上几乎与各种构造密切相关。因此，该区内的各矿区，大都是地质构造纵横交错，古老的变质岩有的完整坚硬打滑；有的破碎如同沙豆；有的破碎孔段厚达百米；坍塌、掉块、漏失、涌水现象屡见不鲜；因断层高龄土化引起的缩径也常常遇到；某些张性构造的岩层中会遇到大大小小的孔洞。这些复杂地层给我们的钻探施工带来了许多困难。几十年来饱尝了复杂岩层钻探困难的滋味。特别在小口径钻探中，由于对坍塌、掉块、漏失缺乏有效的治理手段，使钻机生产受到严重影响，台月效率一直徘徊在一百余米的水平，且不少钻孔质量底下。

自20世纪八十年代初开始试用金刚石小口径钻进起，到实现金刚石小口径化的时期内，复杂地层钻进已成为一项主要的技术攻关项目。通过漫长的道路，艰苦的探索，特别是在经历了多次失败以后，使我们认识到，在情况多变的复杂岩层中，单一的治理手段是行不通的，必须走综合治理的道路。

1 综合治理的发展过程

1.1 初始期（六、七十年代）

使用当地红土加碱和盐搅拌泥浆，取得初步发展，但泥浆质量同金刚石钻头的要求很不适应；后改用磁县土造浆，情况有所改善。以后一连数年所施工的多数钻机主要是浅部孔壁掉块。

1.2 发展期（八十年代到目前）

1）进行了土源换代，从试验到全面推广应用了山东高阳土粉，优选了非分散低固相优质泥浆，大大改善了泥浆质量，为高产、高效、低成本创造了良好条件。同年采用了惰性材料护孔堵漏，使综合治理的措施进一步得到完善。

2）与高阳土粉厂合作，创新生产了混碱高阳土粉，从而进一步提高了泥浆质量，简化了配浆工艺，减少了浪费，深受机台人员欢迎。

3）与某化工厂合作，研制成了玻璃钢泥浆循环槽，使泥浆循环系统标准、规范，现场文明管理跨进一大步。

4）大量使用小口径套管隔离法，解决了钻孔上部垮塌现象；

5）在局部漏失孔段开始了脲醛树脂护孔堵漏试验，经反复探索，改进了灌注工艺，解决了钻孔中的局部漏失、垮塌等技术关键；同时引进了“306”不饱和聚酯单液灌注，增加了治理局部孔段的漏、垮手段，并创新了“306”护堵球丸，用来治理局部漏失也获得了显著成效。

6）另外建立了小型泥浆实验室加强了科学管理。

7）试验推广应用了PAM等化学泥浆，突破了长期以来的护壁难关。

8）把超早强快干水泥引用到治理长孔段的垮塌、中漏、全漏打下了成功基础。

9）采用榆树皮粉、腐植酸钠、CMC等配制的无固冲洗液，治理纵向性裂隙漏失取得初步效果。

10）使用了矾土水泥、普通水泥增添了护孔堵漏技术手段。另外还采用了冻胶泥浆配合惰性材料堵漏成绩显著。

11）经过改进了的脲醛树脂快速堵漏工艺，再次发挥作用，在900 m深的钻孔中用重晶石压涌也首次告捷。

12）购进了各种新型护孔材料，使处理剂大体上形成了系统化、规范化。另一方面着重抓了泥浆管理工作，提高了现场泥浆质量。

2 治理实例及主要应用原则

上房矿区ZK1404，设计孔深900 m，施工中先后遇到垮渣、涌水、漏水、缩径和探头石、掉块等共十一层次。几乎集中了豫西复杂岩层的所有特点，在这样一个复杂钻孔中，先后使用了四种性能不同的泥浆，灌注了七次水泥；“306”聚酯堵漏三次；钻井粉、榆树皮粉等堵漏材料两次；下入两层套管共241 m。全孔共耗费水泥4.2 t，聚酯13 kg，榆树皮粉160 kg，钻井粉420 kg、磁县土16 t、高阳土粉2.8 t。采用这些综合治理的措施治住了所有的复杂层位，只用了76天就完成了这样一个典型的复杂钻孔。质量达到一类。成为我队当年施工进度最快的深孔之一。

像ZK1404这样十八般武艺一起上的钻孔个数不算太多。在一般情况下每个钻孔只需要采用一两种至多三四种治理手段即可。不过ZK1404使用各项措施的原则，都较集中地反映了我队目前治理复杂岩层的工作办法，这些原则归纳起来主要是：

1）开孔使用普遍细分散水泥。穿过上不破碎带下入孔口管后使用金刚石钻进时，改换高阳土粉优质泥浆；

2）长孔段与局部破碎带采用PAM非分散低固相泥浆。

3）穿过表层破碎带后，即下套管。

4）坍塌与漏失地层，穿过后灌注地勘水泥或超早强快干水泥。

5）严重垮塌地层，先以高比重高粘度泥浆。

6）掉块和探头石用“306”聚酯固定，并配用钻杆润滑脂。

7）纵向性裂隙与微露，使用榆树皮粉，钻井粉，滑楠木粉、皮草粉、增效石棉等惰性材料，与其他化学处理剂配制成无固相冲洗液，使浆液性能达到低比重高粘度的要求进行堵漏。

8）局部漏失和坍塌地层，先用脲醛树脂、“306”聚酯等塑料处理。无效时再用冻浆液配其它堵漏材料处理。

9）强漏，用地勘水泥或速凝水泥堵漏，或者用水泥浆液配制惰性材料处理。实在无效时以套管隔离。

10）涌水地层用水泥或高比重泥浆治理。无效时下套管隔离。

11）对于一时堵不住或暂时不必堵得大漏失，根据情况，可先顶漏钻进，待穿过后再进行处理，为预防钻杆磨损、保持上部孔部稳定，钻杆外壁涂润滑脂，或在泥浆中加表面活性剂。

在现场工作时，也可根据实际情况，采用相应的护孔堵漏措施。另外为保证堵漏的成功，必须作好复杂地层的资料收集。

3 结束语

今天我们的岩层条件依旧，对各种复杂地层大都有相应的治理手段，特别复杂的，一招不行可以来第二招、第三招。至此综

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合治理复杂地层的措施已基本完善；具有了八种浆液、三种塑料、四种水泥、三种套管、惰性材料、速凝浆液等多种护孔方法，使金刚石钻进经受了复杂岩层的严峻考验。不仅站稳了脚，扩大了规模，而且金刚石小口径钻进的技术经济效果也随着综合治理措施的不断完善，而逐年有所提高。当然，我们的综合治理措施也不是“万能胶”，应用时必须根据具体情况进行治理。另外，随着科学技术的发展，综合治理的措施也需要不断更新和完善，需要不断地探索各种新方法、新工艺，不断总结经验教训来实现。

参考文献

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[7]周金葵.钻井液工艺技术[M].北京:石油工业出版社,2009.

作者简介

张燕生（1955—），男，北京人，工程师，河南省地矿局水文二队，探矿工程专业。

黄勋（1988—），男，河南郑州人，助理工程师，河南省地矿建设工程（集团）有限公司，地质专业。

张竣修（1958—），男，河南郑州人，工程师，河南省地矿建设工程（集团）有限公司，地质专业。

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