淺析鉆孔縮徑、坍塌的原因及預防、治理

程喜山

摘 要：孔壁失穩一直是鉆探工作中一種常見的十分復雜的難點問題，由于自然生成的地層條件不同，因而給鉆進過程中帶來了諸多不可預測的施工難度，因此而產生的孔內事故也較為普遍，處理不當則極易造成鉆孔報廢，給經濟效益帶來了極大損失。特別是對那些復雜地層進行鉆進時很容易引起縮徑、坍塌等孔內事故。所以，研究縮徑、坍塌的原因對其預防、治理易發事故是十分必要的。

關鍵詞：鉆孔縮徑 坍塌 預防 治理

一、 地層屬性對孔壁穩定性的影響

（一）泥頁巖地層

在泥頁巖地層中易造成巖石遇水軟化，使地層膨脹而塌孔。因此，應根據其屬性采取相應的治理辦法。

1、縮徑地層的原因及預防、治理

縮徑地層含粘土礦物的成分主要是蒙脫石，且膠結性很好，經吸水晶格增大膨脹后，連結力仍然很強，因而導致孔徑縮小，上下鉆受阻。對于此類地層易發生縮徑問題的預防、治理方法是：主要是針對泥漿的要求，要低比重、低粘度、低失水，其作用是使地層分子晶格高密度化，在使用高分子材料后，讓孔內表層充分水化膨脹而深層不水化，二層之間失去連結力，最終表層巖石剝落而恢復原來孔徑。一旦發生縮徑，就要采用擴孔、修孔或上下串動鉆具的辦法處理，不可用處理泥漿本身來進行治理縮徑。

2、坍塌地層的原因及預防處理

坍塌地層主要發生在粘土礦地層中，而粘土礦的主要礦物成分是伊利石且膠結性差，吸水晶格增大后失去連接力而發生剝落、掉塊、坍塌，甚至出現超徑；對于該類地層鉆進時要采用較低的失水量，適當的比重和粘度、濾液粘度的泥漿。孔內一旦發生坍塌，第一要做的就是要調整沖洗液性能，如增加比重和粘度，降低失水量等。

（二）松散、砂巖地層

在松散和砂巖地層中易形成厚泥餅而使鉆孔縮徑，砂巖本身不含粘土礦，不純在水化膨脹，那么為什么還會發生縮徑？，因為砂巖含有孔隙，具有滲透性，鉆進用的泥漿內巖屑被吸附在砂巖孔壁上，如果泥漿內固相含量超過4%，失水量大于10ml/30min，孔壁上的泥餅厚度就會大于3mm，孔徑就會縮小到小于鉆頭外徑，上下鉆就會遇阻。因此，在長段砂巖中鉆進，泥漿比重不要超過1.06g/cm?，固相含量不要超過4%，如此，砂巖就不會出現縮徑現象了。

二、縮徑嚴重孔段的預防、治理

由于水敏性泥頁巖所含蒙脫石粘土礦物成分多少不一樣，因此，縮徑的程度和快慢也不一樣。當蒙脫石在巖層中含量≥70%時，孔壁在20分鐘內就會膨脹2-3mm，孔壁縮小到小于鉆頭所形成的孔徑，上鉆則遇阻，所以，在縮徑嚴重孔段要每鉆進15-20分鐘就要提鉆擴孔，修孔。在膨脹引起的縮徑還未小于鉆頭外徑時，及時采取這種辦法消滅掉已縮小的孔徑，恢復原已形成的孔徑。這樣處理孔壁膨脹措施可以避免因縮徑卡鉆及其誘發的其他孔內事故。

三、上下鉆遇阻時對孔內情況的判斷

上下鉆遇阻時應及時判斷出是縮徑還是掉塊，并做及時處理，否則，會引起埋鉆事故的發生。比如：在上鉆時遇阻是由于孔內掉塊引起的話，如果不是采取開泵循環并調整泥漿比重和粘度，而采用像處理縮徑那樣的辦法上下串動鉆具就會使事故加大，有可能還會造成卡鉆、埋鉆乃至報廢鉆孔等嚴重問題。

1、上鉆遇阻

如果是因為孔內掉塊造成的，那他的遇阻位置就不會固定。一般情況下是每上下串動一次鉆具，該阻力位置就會下降一小段，當合上鉆桿開泵循環時，上鉆就暢通了。

如果是由于孔內縮徑造成的，那他遇阻的位置就是固定的。每當上下串動一次鉆具時，該位置就會上升一小段，當同樣開泵循環時，其阻力位置不變。利用上述方法判斷上鉆遇阻時是掉塊還是縮徑對實際工作中很有裨益。

2、下鉆遇阻

如果是孔內掉塊造成的，開泵循環后泵壓就會略有上升。如果孔口有大的巖屑和掉塊，擴孔后加鉆桿時下不到已擴孔的位置，造成無法加桿，卸掉鉆桿后，鉆桿內因受負壓影響而產生噴漿。

根據上述判斷結果，找到受阻原因后，要很快拿出解決方案。總的原則是：在縮徑遇阻情況下，采用上下串動鉆具或擴孔辦法。在掉塊遇阻情況下，采用開泵循環。在泥漿循環的過程中加入防塌護壁劑、鈉土等材料，快速提高泥漿的比重和粘度，以保證孔壁的穩定性，使之不再發生坍塌掉塊，同時可以將已落入孔內的巖塊攜帶出來，排除到孔外，保證孔內清潔完好。

四、介紹幾種防止縮徑的泥漿配方

鉆進中為了有效的控制縮徑，經我們多年的實踐經驗找到了一下幾點泥漿配置方法，在此推薦給同行以供參考使用。以下是指每立方米處理劑的加入量。

1、治理蒙脫石粘土層縮徑：

S-1降失水劑5㎏+S-2縮徑處理劑10㎏+護壁王5㎏.

2、治理伊利石粘土層縮徑：

高效植物膠8-10㎏+鈉土20-30㎏+CMC2-3㎏S-1降失水劑5㎏+S-2縮徑處理劑5㎏+護壁王10㎏.

3、治理以砂巖為主的長段負壓坍塌地層：

高效植物膠8-10㎏+CMC2-3㎏+S-1降水劑5㎏+S-2縮水處理劑5㎏+護壁王10㎏。

五、結語

實踐證明，孔內事故雖然多樣復雜，只要我們認真總結研究就會發現其中的問題所在，針對所存在的問題采取有效的解決辦法就會使我們鉆探生產順利進行，保障施工的有序性，以達到生產目的。