芻議兩種復雜情況下的鉆進護孔方法

李德成，劉東成

(黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱150080)

1 坍塌層的鉆進護孔方法

坍塌層(或稱不穩定巖層)有兩種不同的特點，即易受機械破壞或水力沖刷破壞的松散、破碎、無膠結巖層和水敏巖層。坍塌層的分類至今沒有很理想的分法，在巖心鉆探中過去只是按鉆進中感覺到的情況分為輕微坍塌、中等坍塌和嚴重坍塌。國外有人提出用坍塌系數來表示鉆孔狀態，即以坍塌后鉆孔實際體積與鉆孔理論體積之比來表示孔壁坍塌的程度。坍塌巖層的有效處理方法主要有以下4種:

1.1 泥漿護孔處理方法

泥漿護孔是處理坍塌層最常用和主要的方法。對于沒有膠結或膠結弱的松散破碎層來說，應當使用黏度較大、失水量較小、泥皮致密，靜切力和泥漿比重合適的泥漿。適當提高泥漿黏度，對松散破碎層有一定的膠結堵塞作用，有利于穩定孔壁。一般用黏度25 s的泥漿就能順利通過20 m厚的含水流砂層(巖心鉆孔中)。黏度、切力過大會使下鉆時的抽吸作用和激動壓力增大，特別是小口徑金剛石鉆進中反而會引起破壞孔壁的作用。控制泥漿失水量，可減少滲入孔壁的自由水，特別是能形成薄而致密的泥皮，有利于穩定破碎層的孔壁。對破碎不穩定地層，適當提高泥漿比重以增加泥漿柱對孔壁的壓力是有利于孔壁穩定的，但也不必為此而使用加重泥漿。除合理使用泥漿外，還要采取其他的工程措施如做到在提鉆過程中向孔內不斷補充泥漿以維持泥漿柱的高度;控制沖洗液量以減小上返速度，減少沖刷破碎作用;下鉆速度不能過高以減少激動壓力的破壞作用等。

1.2 水泥及化學漿液等材料膠結堵塞護孔

這也是一種有效的方法，只要水泥或化學漿液能進入破碎松散巖石的孔隙或裂隙中，就能起膠結作用。這樣，即使改用清水鉆進也不會造成孔塌。一些巖心鉆現場就是采取水泥或化學漿液(301聚酯、氰凝水泥或石灰漿液等)護孔并配合清水鉆進的，而沒有使用泥漿。

灌注漿液是一個關鍵問題，采用壓力灌注的方法，使漿液在孔壁巖石中擴散半徑達0.5 m左右時，即使固結物強度很低(抗壓強度在20 kg/cm2以內)，也能將流砂固住而不坍塌;相反，漿液進不到巖石裂縫中而自由上返，且固結后用同徑鉆頭鉆掉了，即使固結物強度再高(達500 kg/cm2以上)，也不能達到護壁的目的。

漿液的黏度、流動度或稠度的選擇應根據巖層孔隙或裂隙大小而定。黏度和稠度過大的水泥漿液是不能進入孔隙小的流砂層中的。相反，存在較大裂縫時靠自重就能使大黏度的漿液流失。

1.3 快速通過坍塌層

對松散破碎及黏土質巖層，沖洗液浸泡時間愈長，鉆孔坍塌的可能性愈大，特別是已坍塌破壞的鉆孔更是如此。如用清水鉆進黏土層時，鉆進30～50 h后開始坍塌;如改用比重為1.2，失水量為15～18 mL/30 min和黏度20 s的普通泥漿沖洗鉆孔，則幾個月內仍能保持孔壁穩定。根據這一道理對松散破碎層來說，采用快速通過的方法以相對地減少鉆孔坍塌所造成的影響。油井中鉆進千米厚的流砂卵石層往往只花幾天時間就可順利通過。巖心鉆探百米以內的表土松散層也可采用快速通過的方法，然后再下入孔口管(表層套管)。

1.4 隔離法處理孔壁坍塌

在巖心鉆進時采用跟管鉆進法、小徑透大徑跟、邊鉆邊下管等方法來隔離松散破碎層。

2 水敏層的鉆進護孔方法

水敏巖層包括一些遇水后產生溶解、溶蝕、膨脹剝落等巖層，如巖鹽遇水會產生溶解作用，石灰巖、白云巖等遇水(水中含有CO2時)會產生溶蝕作用，黏土質等巖層遇水會產生水化、膨脹作用，片理發育的變質片巖、千枚巖等遇水會產生沿片理面的滑落或剝落等等。本文主要介紹水化、膨脹巖層的黏土巖、頁巖和易產生滑落的片巖、千枚巖的護孔方法。

由于水化膨脹會產生鉆孔縮徑和巖石內部聯結力的削弱，在沖刷及回轉振動等機械作用下也會產生坍塌。在鉆進中也會產生造漿作用，泥漿中黏土固相含量上升以至泥包鉆頭，影響鉆進效率和回次進尺，使起下鉆的激動壓力增加，造成孔壁的破壞。對水敏層的處理，主要是從泥漿著手。根據石油鉆進多年經驗證實只有采取對水敏層抑制的方法，即抑制(或防止)水化造漿的方法，才能有效地解決這類地層的井塌問題。

屬于抑制型的泥漿有:鈣處理泥漿、鹽水泥漿、聚丙烯酰胺泥漿等。這些泥漿的濾液中，共同特點是存在較多能對頁巖等水化、膨脹和造漿起抑制作用的成分，如存在較多鈣離子，過量的鈉離子，和對黏土顆粒起絮凝作用的聚丙烯酰胺分子等。因此，即使這些抑制型或絮凝型泥漿的失水量較大，甚至采用有機和無機絮凝劑的水溶液也能起到防止頁巖坍塌的目的。

在巖心鉆探中，對付不太厚或不太嚴重的水敏層，采用一般低失水、低黏度、低切力的淡水泥漿亦是可行的。其中低失水是主要的，因為失水小，可以減少黏土質巖層的水化膨脹，減少自由水進入巖層片理面而造成的滑落，如我們采用失水量12 mL左右，黏度17～18 s和切力很小的泥漿，就順利地鉆進厚層千枚巖，而無坍現象。

［1］ 魯凡，陳志超.鉆探工藝學［M］.北京:人民教育出版社，1981.

［2］ 曾祥熹，陳志超.鉆孔護壁堵漏原理［M］.北京:地質出版社，1986.