鉆進(jìn)嚴(yán)重漏失層的封堵處理方法

尹 江

（吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130012）

·石油與鉆掘工程·

鉆進(jìn)嚴(yán)重漏失層的封堵處理方法

尹 江*

（吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130012）

井漏是鉆井過程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況，發(fā)生井漏的具體原因有地層裂隙、溶洞、地層破裂壓力小于鉆井施工中的鉆井液壓力等，根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，對井漏及其處理方法進(jìn)行總結(jié)。

鉆孔井漏（涌）；處理方法；封堵

目前，國內(nèi)巖芯鉆探廣泛采用金剛石繩索取芯鉆進(jìn)，但祖國幅員遼闊，施工隊(duì)伍難免會碰到破碎漏脆等各種復(fù)雜地層。本文主要闡述實(shí)際施工中，處理鉆孔漏水的方法。

處理鉆孔漏水的方法：

（1）低密度流體（如空氣、泡沫和充氣液體等）的壓力平衡方法；

（2）封堵漏水通道的堵漏法；（3）項(xiàng)漏鉆進(jìn)坍塌層等方法。

前者因需要配備空壓機(jī)等設(shè)備和裝置以及掌握這種鉆進(jìn)工藝需要一定時(shí)間等原因，目前國內(nèi)應(yīng)用較少。堵漏是常用的方法，頂漏鉆進(jìn)法處于試驗(yàn)推廣階段。

1 鉆孔堵漏方案的確定

孔內(nèi)漏水地層資料和孔內(nèi)的靜止水位、地下水的動態(tài)等資料是制定堵漏技術(shù)方案的重要依據(jù)。

（1）漏水地層資料：漏水通道的類型（溶洞、裂隙、孔隙等）、尺寸、裂隙結(jié)構(gòu)特征和漏水層的位置等。

（2）孔內(nèi)水文觀測：向孔內(nèi)注水后觀測水位下降速度，下降速度快說明漏水通道暢通；下降速度快且自始至終變化不大，說明漏水通道斷面尺寸較大；反之，則較小。測出穩(wěn)定的靜止水位。

鉆孔堵漏方法較多，選取方法時(shí)應(yīng)依據(jù)漏水通道類型、結(jié)構(gòu)特征、漏失程度和孔內(nèi)水位等，并考慮材料來源、工藝的難易和已有的經(jīng)驗(yàn)等綜合論證比較后確定。

2 嚴(yán)重漏失孔的堵漏方法

嚴(yán)重漏失是指裂隙陡立、全漏失、裂隙開裂較寬、漏失層位距孔口較深、孔內(nèi)靜水位距漏水層很近，鉆進(jìn)時(shí)判斷孔內(nèi)動水位比靜水位上升不多等情況下的漏失。這是一個(gè)典型的裂隙型嚴(yán)重漏失層。堵漏處理這種鉆孔的漏失可能出現(xiàn)以下情況：

如果用粒狀材料充填裂隙時(shí)，會出現(xiàn)暫時(shí)封堵現(xiàn)象。當(dāng)鉆進(jìn)沖洗液循環(huán)時(shí)，因從孔內(nèi)靜水位到孔口的距離大，水柱的靜水壓力大，再加上沖洗液上返的流動阻力產(chǎn)生的液壓，以及裂隙陡立、開裂較寬等，粒料會逐漸被壓向裂隙深處，使裂隙內(nèi)聚集的粒料因下移而開裂，恢復(fù)漏失。

如果采用普通水泥漿堵漏，因水泥漿的凝結(jié)時(shí)間長，漿液又是大多數(shù)流向下方裂隙，進(jìn)入上方裂隙內(nèi)較少。在漿液失去流動性之前，裂隙內(nèi)的水與水泥漿會因密度不同而產(chǎn)生迅速的交換，水泥漿中的水泥顆粒下沉，水上返，使孔內(nèi)上方裂隙內(nèi)的水泥漿沉入裂隙深處，裂隙仍舊敞開。對此類漏失鉆孔，推薦以下2種堵漏方法。

2.1 PAM-水泥一泥漿堵漏

2.1.1 漿液組成

甲液：PAM-水泥漿。

水∶水泥=（0.8～1）∶1（水灰比），水泥可用普通水泥或超早強(qiáng)水泥，水中含非水解聚丙烯酰胺（PAM）分子量500萬左右，0.2%～0.4%。

舉例：水100L，加PAM 0.3kg，其水溶液濃度約為0.3%，加水泥100kg；配成PAM-水泥漿，水灰比1∶1。

乙液：普通泥漿。膨潤土:15%～20%。堿加量為粘土重:5%。

注漿時(shí)，甲乙兩液的體積比大致按1∶1。兩液混合后立即形成不流動的絮凝物，絮凝物進(jìn)入裂隙內(nèi)，因其粘滯性，流動阻力大，不易被稀釋，封堵范圍大，又因絮凝物隨時(shí)間而增長強(qiáng)度，因此具有很高的堵漏成功率。

2.1.2 灌注方法

孔深時(shí)，采用鉆桿泵送甲液，孔口沿孔壁間隙倒入乙液。注漿鉆桿下到漏失層上方，先從孔口倒乙液，待乙液流到漏失層時(shí)，開泵泵送甲液，此后，孔口仍連續(xù)倒乙液，使甲、乙兩液近似1∶1的比例在孔內(nèi)相混、絮凝并進(jìn)入裂隙內(nèi)。通常孔內(nèi)泥漿面很快便升到孔口，這時(shí)應(yīng)上下提動鉆具，促使更多的絮凝物進(jìn)入裂隙。隨后提出鉆具，主動鉆桿連接到套管上頭或主動鉆桿插入井口管內(nèi)并四周密封，用小泵量向孔內(nèi)泵送泥漿（乙液）推動絮凝物深入裂隙。等候幾小時(shí)后便可下鉆透孔。透孔到漏水層時(shí)，如果又出現(xiàn)漏水，應(yīng)接著孔口倒乙液，泵送甲液，此時(shí)孔內(nèi)絮凝物會更多的進(jìn)入上方裂隙。

孔淺時(shí)，兩液從孔口同時(shí)倒入，直到液面升到孔口，此時(shí)孔口的液面會緩慢下降，隨之再倒入，保持液面在孔口，并長時(shí)間穩(wěn)定不降時(shí)，用主動鉆桿連接井口管，開泵小泵量泵送泥漿，將孔內(nèi)絮凝物更多地壓入裂隙。

2.2 凝結(jié)時(shí)間可控的水泥漿（CPS）

這是一類凝結(jié)時(shí)間可在十幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的水泥漿，可用于嚴(yán)重漏水孔的堵漏。

2.2.1 漿液配方

水灰比（0.7～1）∶1，即0.7kg水加lkg水泥。

水玻璃溶液∶水泥凈漿=（0.5～1）∶1（體積比），水玻璃模數(shù)2.8～3.2,濃度為38～40Be。磷酸氫二鈉的用量是水泥干粉重的2%～5%，用量多，水泥漿凝結(jié)時(shí)間延長。

配方舉例：

配水泥凈漿200L，水灰比取0.7，水玻璃：水泥凈漿為0.8∶1，即水玻璃是160L，磷酸氫二鈉用量為水泥干粉重的4%。

首先計(jì)算200L水泥凈漿中需水泥干粉量和水量，水泥干粉重：

式中：V——水泥凈漿的體積，V=200L；

ρ——水泥干粉的密度，取3.1kg/L；

λ——水灰比,λ=0.7。

代入后得：

Q灰=Vρ/[1+（λρ）]=200×3.1/[1+（0.7×3.1）]= 196kg。

考慮到攪拌時(shí)水泥損失和未利用部分，用4袋水泥。

用水量按水灰比λ=0.7計(jì)算：

Q水=0.7×196=137L

水玻璃用量按水玻璃∶水泥凈漿=0.8∶l計(jì)算：

Qs=0.8×200=160L

磷酸氫二鈉用量是水泥干粉重的4%。

QP=196×0.04=7.84kg

總的水泥漿體積約為360L。

2.2.2 漿液配制

接續(xù)配方舉例，各劑加入順序與攪拌要求。

拌漿桶中加劑順序：水137L→磷酸氫二鈉7.84kg，攪溶→水泥4袋，攪拌到水泥漿中無小團(tuán)塊→加入水玻璃160L，加完記時(shí)，攪勻后立即泵送。

2.2.3 漿液特點(diǎn)

該漿液的特點(diǎn)是其可泵期和凝結(jié)時(shí)間可通過磷酸氫二鈉的加量調(diào)節(jié)；漿液粘度低（漏斗粘度30s左右）可灌性好，而且粘度在可泵期前基本不變。

時(shí)間過可泵期后很快失去流動性，到達(dá)初凝，這將減少漿液沿裂隙流失的時(shí)間和流失量。

2.2.4 灌注工藝

對陡立裂隙又孔內(nèi)靜水位距漏水層位較近的堵漏注漿，不論用什么方法灌注漿液，最重要的是如何確保漿液更多地進(jìn)入孔壁上方裂隙。注漿的漿液凝固后，裂隙內(nèi)和孔內(nèi)的固結(jié)體分布情況有：①裂隙上方被封堵；②孔內(nèi)漿液未完全流失，裂隙上方敞開；③漿液全流失3種情況。

為避免出現(xiàn)②、③的情況，可采用的措施有：漿液粘度增高，為此可向漿液中加入適量膨土粉；漿液量增多，注漿適當(dāng)增大泵量；控制好替漿水量；緊縮注漿各工序的時(shí)間，縮短漿液的可泵期和初凝時(shí)間。

（1）鉆桿—泵灌漿液。鉆桿—泵灌法是常用的水泥漿灌注方法，包括以下工序：①室內(nèi)試驗(yàn)漿液配方，取用實(shí)際灌漿時(shí)用的材料，確定配方并計(jì)算各料用量；②檢查水泵、攪漿設(shè)備和材料；③下注漿管到漏水層位，并送水試通；一切準(zhǔn)備就緒時(shí)，開始配制漿液并記時(shí)；④泵送漿液和隨后的替漿水，在漿液允許的可泵期內(nèi)，泵送完畢；⑤提升注漿鉆具；⑥孔內(nèi)漿液終凝后，向孔內(nèi)注水試驗(yàn)堵漏效果，如果孔內(nèi)水位穩(wěn)定在孔口，至少說明注漿結(jié)果不存在③的情況，可下鉆透孔；⑦如果孔口注水試驗(yàn)時(shí)，孔內(nèi)水位升不到孔口，或者，透孔到漏水層時(shí)出現(xiàn)漏水，可考慮接著再灌一次，再灌的漿液會更多地進(jìn)入上方裂隙。關(guān)于泵灌漿液的替漿水量和泵送過程的時(shí)間，即要求漿液應(yīng)具備的可泵期等問題分述如下：

①替漿水量QT。水泵抽完水泥漿時(shí)，為把吸水管內(nèi)、泵體內(nèi)、送水管內(nèi)和鉆桿內(nèi)的漿液頂送到孔內(nèi)合適的位置，并清洗水泵與管路，需要抽送適量的替漿水。替漿水量按以下情況計(jì)算：

（a）孔內(nèi)靜水位距漏水層的距離較近（約20m左右）時(shí)：

式中：QD——水泵、吸水管內(nèi)容積，L；

10——10L水。

泵完替漿水量QD后，立即提鉆，盡快卸開主動鉆桿，此時(shí)觀察從主動鉆桿流出的是水泥漿時(shí)，從孔口鉆桿上頭倒入10L水；如果主動鉆桿流出的是被稀釋的水泥漿，這10L水可不加。

（b）孔內(nèi)靜水位高出漏水層位20m以上時(shí)：

式中：d——注漿管內(nèi)徑，mm;

H——漏水層頂板的深度，m；

h——孔內(nèi)測得的靜水位深度，m；

h1——漏水層到孔內(nèi)漿液面的距離，取20m;

QD——地表水泵、管路內(nèi)容積，L。

②注漿工序要求漿液應(yīng)具備的可泵期。注漿過程占用可泵期的工序有：加完水玻璃后的攪拌時(shí)間；泵送漿液和替漿水的時(shí)間；卸開主動鉆桿和將注漿管下端提出液面的時(shí)間；為注漿中可能出現(xiàn)停頓而預(yù)留的時(shí)間等。應(yīng)根據(jù)機(jī)臺條件和操作經(jīng)驗(yàn)，事先確定下來，并以此為依據(jù)。

（2）鉆桿—孔口倒入漿液。 對于漏水層位不深或者孔內(nèi)靜水位與漏失層位距離較小時(shí)，可采用鉆桿—孔口倒?jié){法。因不用水泵替漿水量只計(jì)算孔內(nèi)的替漿水量，可參考鉆桿一泵灌法中的有關(guān)計(jì)算。

3 結(jié)語

綜上可知，井漏情況的出現(xiàn)和針對井漏情況的處理是一個(gè)綜合性過程，一旦出現(xiàn)井漏情況，要根據(jù)現(xiàn)場不同的地質(zhì)條件、地層結(jié)構(gòu)及井漏的程度，使用與之相適應(yīng)的技術(shù)，正確地解決井漏問題，只有這樣，才能給企業(yè)降低成本，增加效益。

TE28

B

1004-5716（2015）02-0014-03

2014-02-10

2014-02-21

尹江（1972-），男（漢族），黑龍江尚志人，高級工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)技術(shù)工作。