巖心鉆探水泥注漿護壁防塌的應用及對策探析

李洪鶴

（江西省核工業地質局二六七大隊，江西 九江 332000）

隨著人類對礦產資源的開發利用，淺層的礦產資源已經開發殆盡，為了探明礦產資源的在地殼中的分布及儲量，巖心鉆探被越來越多地應用到固體礦產勘查中，深孔鉆探對鉆進工藝有著較高要求，為了保證鉆進的正常進行，首要任務是必須做好鉆孔的護壁防塌工作。

1 巖心鉆探中與沖洗液有關的常見問題

（1）復雜地層的孔壁穩定問題。在深孔鉆探過程中常常遇到不同類型的復雜地層，例如水敏性地層（分散性地層、膨脹性地層）、坍塌掉塊地層、破碎松散地層等等，在這些地層中施工時保持孔壁的穩定比較困難，而且容易引起孔壁坍塌、擴徑或縮徑等一系列的孔內復雜事故。

（2）回轉阻力大。隨著鉆探深度的增加和孔內鉆桿的加長，會導致摩擦阻力增加，鉆機負荷加大，鉆桿磨損也加快，很難通過轉速的提高來適應金剛石鉆進的要求，還容易發生鉆桿斷裂等孔內事故。

（3）漏失問題。漏失問題是復雜地層鉆探中經常遇到的一種較為難處理的問題，對一般滲透性漏失處理較容易，當漏失情況嚴重時，處理難度也會相應增加。

（4）粘附卡鉆問題。因為繩索取心鉆進鉆桿與孔壁之間的空隙較小，而鉆桿又與孔壁接觸的面積較大，如果沖洗液處理不當，發生泥皮厚度過大或無法有效抑制水敏性地層吸水膨脹等問題，都容易導致粘附卡鉆的問題。

（5）繩索取心鉆進工藝方面的問題。采用繩索取心鉆進時，因鉆桿和孔的間隙較小，如果沖洗液固相含量高且流變性能差，將導致繩索取心鉆桿內壁結垢，并引發較高的環空壓力，壓裂地層造成漏失，或因為較大的壓力波動，造成孔壁的不穩定[1]。

2 巖心鉆探對沖洗液的要求

沖洗液的選擇及使用對巖心鉆探工作的順利進行起到了非常重要的作用，鉆進過程中，沖洗液的使用是必不可少的，為了取得最好的鉆探效果，需要對沖洗液的潤滑性能、護壁性能、避免鉆具結垢等幾方面進行考慮[2]。擁有良好潤滑作用的沖洗液通常黏附系數比較小，能夠有效降低回轉阻力和摩擦阻力，有效防止卡鉆和粘附現象的出現，既能節省施工材料和動力的損耗，還能有效提高鉆具的壽命。而擁有良好護壁效果的沖洗液能夠起到吸附和粘結孔壁的作用，此外還具有較低的濾失量和較強的造壁性能。在鉆孔中使用這種沖洗液時，孔壁會出現薄泥皮，薄泥皮具有很好的韌性，能夠很好地確保孔壁的穩定性。但如果鉆具出現了結垢的問題，就會對內管打撈產生很大的影響，所以在選用沖洗液時，要選擇防結垢性能好的。

通常防結垢性能好的沖洗液都具有良好的流變性和分散性。除了上述的幾種作用外，沖洗液還具有冷卻鉆頭、清理孔底和攜帶巖粉的作用。

3 水泥注漿護壁的原理和方法

當鉆孔遇到卵石礫層、破碎帶、大裂隙、溶洞、厚砂層，用泥漿難以護壁堵漏時，即應采用水泥等固結材料進行護壁堵漏。

用水泥漿進行護壁堵漏是將水泥漿注入鉆孔內，并使其進入所封堵和護壁的孔段漏失層裂隙、孔洞的坍塌部位，利用水泥漿的凝固硬化作用將其堵塞并與巖層膠結為一整體。這時，在工藝上需要停止鉆進，從孔內提出鉆具，再向孔內灌注水泥漿液，讓漿液沿著破碎巖層的縫隙滲擠、填充，將碎裂的巖石塊膠結起來，使之形成一個整體，待水泥漿液滲擠、充填到地層空隙中并凝固復雜地層后，再重新下入鉆具掃孔鉆進成孔。

作為護壁用漿液，水泥一般為32.5-42.5級普通硅酸鹽水泥，加入清潔淡水攪拌，其溫度一般不要超過30oC，水泥漿的水灰比一般不超過0.5，氣溫低時選擇低值，氣溫高時選擇高值，為增加水泥漿液的早期強度及流動性，一般要加入0.5%的食鹽和0.3%～0.5%的三乙醇胺。

4 巖心鉆探水泥注漿護壁防塌對策

通過水泥注漿來進行鉆孔的護壁防塌工作，通常需要在注漿前、注漿過程中和注漿之后三個階段采取一定的措施，保證最后的護壁防塌效果。在進行水泥注漿之前，堅持進行沖孔，并掃孔到底，保證巖屑被清理干凈。此外在注漿之前最重要的就是，施工人員要在鉆孔內壓入適量的水，通過分析水的漏失量來決定注漿量、注漿泵的揚程和水泥漿的濃度等。

在進行水泥注漿之前，要將鉆具提出鉆孔，并保證鉆桿距離鉆孔底部30公分，按照規定合理安置注漿設備。在進行水泥注漿之前，要先在鉆孔內注入一定量的清水，然后再進行水泥注漿。需要注意的是水泥漿液的濃度要從稀到濃，循序漸進。在注漿開始后，要時刻觀察注漿壓力表的數值上升情況，如果數值上升緩慢，則說明受注層可注性好，并且水泥漿液流通順暢。但如果出現壓力值上升速度過慢，甚至根本不上升時，這時就說明受注層內的裂縫較大，施工人員應提高水泥漿液濃度，保證壓力值的正常上升。而當出現壓力值急劇上升時，就可能是出現了堵管問題，或者是受注層的裂縫較小，此時施工人員應該停止注漿工作，排查壓力值急劇上升的原因，解決問題后再繼續進行注漿。當壓力值達到了注漿設計值時，就可以結束注漿了。在注漿結束之前，可以將適量的請示注入到鉆孔中，達到清洗注漿鉆桿的目的。根據注漿鉆桿的容量確定清水的使用量，需要保證將水泥漿液全部注入巖層。

在注漿結束之后，施工人員要將注漿設備拆除干凈，在進行拆除的時候，要保證注漿壓力表為零時才能進行。在拆除注漿設備，并將其提出鉆孔后，需靜待注漿凝固。在對水泥漿進行養護24小時后，才可以進行掃孔工作。在進行養護的時候，要注意時間的掌控，如果養護時間過長就會使初凝強度過高，發生掃孔偏移而影響鉆進。

而如果養護時間過短，水泥的初凝強度不夠，使護壁防塌效果大打折扣。在掃孔之后，就可以進行壓水試驗了，如果返水情況正常，就說明注漿工作成功，反之就需要重新注漿，直到返水成功。

5 結語

作為護壁防塌漿液，水泥具有貨源廣、成本低、無毒、使用方便、利于孔內灌注等優點，所以目前仍然被廣泛用作鉆孔護壁堵漏的固結材料。

使用水泥漿液進行護壁防塌灌注工藝簡單，施工現場易于操作，應用得當往往能起到較好的護壁堵漏效果，在鉆進破碎地層時仍值得我們好好運用。