5、钻进遇复杂地层的护孔堵漏技术

1五、钻进中遇复杂地层的护孔堵漏技术读者对象：探矿技术人员、钻机机班长完稿时间：2008年8月21日提示：豫西地区的蚀变破碎带型金矿，地层十分复杂，在这类地层中钻进，坍塌、掉块、漏失、甚至严重漏失、岩矿心难采，时而可见。由于孔壁不稳定，常出现卡、埋钻事故。若不及时治理，就可能造成事故频繁发生，或处理时间过长，或导致钻孔报废。不少机班长往往存在侥幸心理，不能及时治理，造成孔内隐患。近年在机械岩心钻探工程施工管理中，多次发现，不止一个矿区，不止一个钻孔，发生孔内事故后，有的处理月余，有的中途移孔，在复杂地层中基本没有不出现孔内事故的钻机。本文为河南省地矿局第三地质探矿队原总工程师刘江（教授级高工），在豫西复杂地层中多年指导岩心钻探工程施工的实践总结，意在为机班长、技术人员提供一整套钻进中遇复杂地层时的护孔堵漏技术方法，仅供参考。前言：豫西地区的蚀变破碎带型金矿，地层十分复杂，主要表现为：岩石可钻性级别高、研磨性强、节理裂隙发育、坍塌漏失严重、岩矿石破碎、软硬互层等。如：洛宁上宫金矿、虎沟金矿、干树金矿、吉家洼金矿，嵩县庙岭金矿、萑香洼金矿、柿树底金矿、龙潭沟金矿，栾川北岭金矿，三门峡崤山金矿。还有爆发角砾岩型金矿，如：嵩县店房金矿、祁雨沟金矿等，也属这类地层。其它矿种，同样存在这类地层。在这类地层中钻进，坍塌、掉块、漏失、甚至严重漏失、岩矿心难采，时而可见。由于孔壁不稳定，常出现卡、埋钻事故。遇到这类地层若不及时治理，就可能造成一个事故接一个事故，或处理事故时间过长，或导致钻孔报废。不少机班长往往存在侥幸心理，不能及时治理，造成孔内隐患。近年在机械岩心钻探工程施工管理中，多次发现，不止一个矿区，不止一个钻孔，发生孔内事故后，有的处理月余，有的中途移孔，也有的中途撤离，在复杂地层中基本没有不出现孔内事故的钻机。为此，本文特为机班长，提供在钻进中遇复杂地层时的护孔堵漏技术方法，仅供参考。一.复杂地层中应选择好钻孔结构（一）采用大于常规口径两级的口径开孔如果你机台的常规口径为φ75㎜的绳取（或φ76㎜普双），开孔口径最好采用φ110㎜,见到基岩下入φ108㎜的孔口套管，不要见岩心稍完整就下入孔口套管。原因在于：采用大于常规口径两级的钻孔口径开孔，目的是对付上部复杂地层。当下过孔口管，换φ75㎜绳取或φ76㎜普双钻进时，在上部100ｍ或200ｍ之内，遇到复杂地层，你可以果2断地采用φ91㎜的钻具扩孔，下入φ89㎜套管隔离。如果开孔口径开始就采用φ91㎜，就等于丢掉了这一可靠的护孔方法。当然，拔出孔口套管扩孔也可以，岂不费工费时。同样，常规钻进口径为φ59㎜绳取或φ66㎜普双，开孔口径大两级，即为φ91㎜。（二）深孔不可小径一径到底深孔，当前一般指设计孔深超过600ｍ的钻孔。小径，目前即指φ59㎜的绳取口径或φ66㎜的普双口径。因为，全国危机矿山接替资源找矿项目管理办公室技术管理处，要求的钻孔口径，不得小于φ59㎜(原则上不允许采用φ56㎜的口径)。即在深孔施工中，不可在下过孔口管后，一下换成φ59㎜或φ66㎜的口径转入常规口径钻进，一径到底。这一钻孔结构，不利于对付复杂地层。原因在于：在钻进中遇复杂地层孔段，必须护孔堵漏时，护孔堵漏措施采用后，效果不好，则不便再采用套管隔离后的换径技术措施。特别在孔深200ｍ上下，甚至300ｍ以内，若扩孔下套管隔离，孔段太长，难下决心；若不下套管隔离，复杂地层孔段难以治理，继续向深孔段钻进，上部孔段有隐患。所以，开孔前在设计钻孔结构时，何不考虑在深孔上部1/2上下的孔段采用大φ59㎜一级的φ75㎜绳取?或大φ66㎜一级的φ76㎜普双?这样,在上部孔段，遇到护孔堵漏措施采用后，效果不好时，就可以毫不犹豫地下入φ73×4.5㎜的套管隔离，而后再换φ59㎜绳取,完成深孔段的钻进。或下入φ75×3.5㎜的套管隔离，换φ66㎜普双,完成深孔段钻进。上部孔段的隐患，不用再去担心，任何时候都不要放弃套管护孔这一可靠的技术手段。实践证明，不少深孔在复杂地层中，下入孔口套管后，就换φ59㎜绳取钻进,或换φ66㎜普双钻进，想以小径一径到底，往往会造成中途护孔堵漏时间过长,,费工费时，效率下降。甚至造成孔内事故频繁，钻孔报废，移位重打。或钻不到设计孔深，机长即要求终孔，因此影响到地质成果。因为，所设计的深孔，往往是深部找矿钻孔，即在深部穿过矿层后才能终孔。提示：套管下入孔内，可能因技术措施不妥，终孔后难以起拔，这是机长们普遍存在的思想顾虑,下孔前应采取相应的技术措施。假若200米套管全拔不上来，目前φ73×4.5㎜的套管每米市价约80元,200×80=16000元。算算经济帐，比反复护孔堵漏，费工费时，效率下降，并存在隐患，哪个更合算。二.冲洗液的配制(一)开孔使用普通泥浆配方:(单位:1立方)土粉80-100㎏＋纯碱3％（按土粉重量比）＋ＰＨＰ（水解聚丙烯酰胺）100-200ＰＰｍ（即每1立方泥浆中加入100－200克水解聚丙烯酰胺）。(二)破碎地层使用低固相泥浆(常用泥浆)配方:(单位:1立方)土粉30-50㎏＋纯碱5-6﹪(按土粉重量比)＋ＣＭＣ(聚醣类增粘剂)0.1-0.2(体积比)＋ＰＨ3Ｐ干粉0.2-0.3㎏＋润滑剂。(三)坍塌、缩径、水敏地层使用腐植酸类泥浆配方：（单位:1立方）土粉30－60㎏＋纯碱5－6％（按土粉重量比）＋腐植酸钠(用于水敏地层)0.4-0.6％(体积比)＋ＰＨＰ(干粉)0.2-0.3㎏＋润滑剂。(四)纵向裂隙漏失加植物胶配方1:(单位:1立方)土粉20-40㎏＋纯碱5-6％（按土粉重量比）＋植物胶(加量为土粉重量的0.2-0.3％干粉)＋ＰＨＰ干粉0.1-0.2㎏。配方2:按配方1不加ＰＨＰ干粉配方3:按配方1将ＰＨＰ干粉换成腐植酸类处理剂(加量为按土粉重量的0.2-0.3％)。(五)植物胶无固相冲洗液(用于微漏地层)配方:(单位:1立方)清水＋植物胶(加量为6-10％的干粉)＋6％的腐植酸钠(六)无固相冲洗液配方1:清水＋加适量润滑剂(在上部孔段已得到有效治理,不再出现垮塌时,下部孔段又出现较严重漏失,且堵漏效果不好,但取出的岩心基本完整,可用配方1,顶漏钻进。同时，钻杆涂油)配方2：清水＋0.5％的ＣＭＣ＋300-500ＰＰｍ的ＰＨＰ(即每1立方泥浆中加入300-500克水解聚丙烯酰胺)(用于岩石稍完整的漏失层，顶漏钻进，此冲洗液可减少漏失量)(七)涌水地层用高比重泥浆根据涌水量的大小和压力,提高泥浆比重，平衡液柱压力。主要方法是:加入重晶石粉或加大土粉用量。加重1立方米原浆所需重晶石粉的重量(公斤)1.301.401.501.601.701.801.851.2148308480666870109112091.315432050069690910231.41603335227278371.5167348545651三.泥浆的性能所需比重原浆比重4(一)对金刚石小口径钻进泥浆的特殊要求1.由于钻具与孔壁环状间隙小,要求泥浆有良好的流动性,及簿而韧的泥皮质量。2.由于泵量小，钻进中泥浆含岩粉浓度高，要求泥浆静切力小、含沙量低。3.由于钻进时转速高，钻具回转阻力大，要求泥浆具有良好的润滑性。同时要求固相含量低、比重小、粘度低。(二)不同地层条件下的泥浆性能1.较稳定地层:粘度(秒):18-22比重（克/厘米3）:1.05-1.15失水量(厘米3/30分):小于23静切力(毫克/厘米2):10-25含沙量(％):小于42.水敏地层:粘度(秒):18-22比重（克/厘米3）:1.05-1.15失水量(厘米3/30分):小于8静切力(毫克/厘米2):10-25含沙量(％):小于43.坍塌掉块地层:粘度(秒):23-28比重（克/厘米3）:1.2以上失水量(厘米3/30分):小于15静切力(毫克/厘米2):25-50含沙量(％):小于44.裂隙地层:粘度(秒):24-28比重（克/厘米3）:1.05-1.15失水量(厘米3/30分):±15静切力(毫克/厘米2):50-80含沙量(％):小于45.涌水地层:粘度(秒):30以上比重（克/厘米3）:1.3以上(视涌水量和压力加大)失水量(厘米3/30分):小于8静切力(毫克/厘米2):25-50含沙量(％):小于4(三)绳索取心泥浆性能在复杂地层中，只要护孔措施有保证，遇长孔段的完整岩石，同样可以采用绳索取心钻进。但由于绳索取心钻杆与孔壁之间,钻杆内壁与内管或打捞器之间,环状间隙小,可能会由于泥浆配制不当,导致泵压升高,憋泵,循环漏失和提钻抽垮等。高速旋转的钻杆将导致内壁结垢，而使内环空变得更小，妨碍打捞岩心，影响钻进效率。实践证明，在复杂地层中，一般不采用金刚石小口径普通双管钻进所用的泥浆，对泥浆有更高的要求，多采用超低固相泥浆或无粘土冲洗液。对绳索取心冲洗液的性能指标推荐如下：1.浆液密度：1.01-1.05ｇ/㎝32.固相颗粒:80-90％以上颗粒粒度小于10μmm3.低粘度:视粘度≤3-5ｍＰa·s4.低切力:静切力1Ｇ(10ｓ)/10Ｇ(10min)5.失水量适当:失水量≤1ｍＬ/30min配方:以上推荐的无固相冲洗液、植物胶无固相冲洗液配方，均可用作绳索取心。5四．复杂地层的漏失治理1．套管隔离法（1）用于上部坡积层的隔离一般为几米到十余米，有时需数十米，需要提醒的是，不要见到稍完整的岩石就下入。有时刚下入孔口管，则又遇到破碎岩石或坡积物，不得不将套管拔出扩口，重新下入。因为在坡积层内，可能存在漂石、滚石等。在判断所取岩心确属基岩时（可让地质人员帮助鉴别），方可将孔口套管下入。（2）用于上部漏失层的隔离浅孔在100米之内，深孔（设计孔深超过600米的钻孔）在200米之内，遇到较严重的漏失层（不反水或反水量不足50％），不必在上部反复堵漏。实践证明，在上部复杂地层中反复堵漏，费工、费时，提高了成本，影响了效率，不如尽早扩孔下套管。为什么：一是，下套管是最可靠的堵漏方法；二是，下套管只有在上部孔段有这一优势；三是，算时间帐、算经济帐都合算。目前，为什么很多机长不愿这样作？一是，存在侥幸心理，总是想着堵了这一段下部就没有了；二是，怕套管下入孔内后拔不上来；三是，事先没有这方面的准备。不果断处理的结果，则是：浪费了时间、降低了效率、提高了成本，且影响到下部孔段的施工。（3）“飞管”的应用条件“飞管”也是套管，一般用于深孔段或终孔前。在深部遇到严重漏失时，伴有坍塌、掉块，影响施工，经封堵效果不好，可下入“飞管”，变径后继续施工至终孔。上部孔段一般不宜采用“飞管”，以免引起后患。2．高粘泥浆法(1)用于治理蚀变破碎带漏失方法：在泥浆中加入经烧碱处理的榆树皮粉或pw植物胶，使泥浆粘度增至25－30秒,有较好的治漏护壁效果。（2）用于治理长孔段全泵漏失A.泥浆配制程序：a.先按土粉：水＝1︰3的比例配制成一定量的无碱泥浆。b.按无碱泥浆量的2/3配制碱水(加碱量按土粉重量的1/10)。B.泵入孔内程序：a.先把无碱泥浆泵入孔底。b.再把碱水泵入孔底。（因泥浆和碱水混合后将形成高粘度浆液，不易泵入，所以要求分别泵入）C.堵漏原理：无碱泥浆中的钙般土与碱水中的高浓度钠离子，在孔底混合后，迅速进行离子交换，形成高6粘度泥浆，将漏失通道堵塞。（如果堵漏效果仍不理想，可在无碱泥浆中加入锯末、棉籽皮、花生壳等惰性材料）3．水泥灌注法（1）金刚石小口径钻孔对堵漏水泥浆的要求流动性好（可泵性好）、候凝期短、早期强度高、粘结强度高。（2）水泥速凝剂A.常用速凝剂：氯化钙、食盐（氯化钠）、水玻璃、纯碱、石膏、硫酸钠等。B.几种速凝剂用量：氯化钙（用得最普遍，效果较好的速凝剂）1－3﹪、水玻璃2－3﹪、石膏5－7﹪。（3）水泥速凝早强剂常用水泥速凝早强剂：三乙醇胺类复合剂（即三乙醇胺0.03-0.05﹪＋氯化钠0.5-1.0﹪）、硫酸盐复合剂（硫酸钠3﹪+食盐1﹪+重铬酸钾0.05-1.0﹪）。（4）经验配方普通水泥(最好为425＃)在水灰比0.45-0.5的前提下,加入三乙醇胺0.05﹪+食盐0.5﹪,效果良好。泵入后，候凝38－40小时，可取出硬度2－3级的