復雜地層鉆探護壁堵漏工藝研究與應用

閆利敏

【摘?要】對鉆孔漏失進行護壁堵漏工作在鉆探工程施工過程中會經常被用到，尤其是在復雜地層的鉆探施工當中，經常會出現嚴重的漏失現象，容易發生安全事故。本文針對復雜地層鉆探護壁堵漏工藝本身及其應用進行探究。

【關鍵詞】復雜地層;護壁堵漏工藝;研究;應用

護壁堵漏工作在鉆探工程施工中占有重要地位，它可以對礦產資源開發利用效果造成一定影響。護壁堵漏問題的有效解決，可以對我國資源稀缺的現狀起到緩解作用。水泥—粘土漿液對于復雜地層鉆探護壁堵漏具有很大的應用價值。

一、工程背景

在我國某省的一個礦區中，出現了兩處斷裂，其中一處是南北向，另一處是北東向。不同斷層對礦區造成了嚴重影響，斷層的破碎帶寬度為10—58米，巖心處相對于其他位置的破碎程度更加嚴重。因此導致不同程度的漏失情況在礦區內的大部分鉆孔中都有出現，使其無法返水，處于下方的構造破碎帶因為鉆進憋泵問題，起鉆和下鉆都受到一定阻礙，比較容易引起安全事故的發生。在這個礦區內有三條勘探線，漏失情況在其中的多數鉆孔內都有發現，由于受到標高位置造成的影響，實際的漏失情況也各不相同，其中有一部分是中等漏失，其余是全孔漏失。所以，應根據鉆孔漏失情況的不同，進行不同護壁堵漏技術的研發用于修復此礦區內的鉆孔漏失問題。如圖1，地層鉆探護壁堵漏施工現場。

二、復雜地層鉆探護壁堵漏工藝

1、一般漏失處理工藝

對于鉆孔漏失現象不嚴重的情況，采取一般的漏失處理工藝就可以達到補漏的效果。比如可以采用隨鉆堵漏技術，此技術具體的實施步驟為：在沖洗液中加入803或801堵漏劑，然后再加入到經過處理的鋸末中，在進行鉆井的過程中隨時進行堵漏處理。如果這種方法無法達到較好的處理效果，就可以選擇專用的堵漏劑來進行堵漏。其具體操作流程為：在PHP溶液中加入一包堵漏劑，使其充分溶解，然后在里面加入適量的巖粉并攪拌均勻，應確保具有比較好的混合粘度和柔軟度，再利用漏斗將混合液倒進鉆桿中，把主動粘桿合上，最后通過泥漿泵將其送到孔內。需要注意的是在進行鉆孔的過程中需要不斷的進行沖洗，避免堵漏劑將鉆桿卡住。一般情況下，如果漏失情況不嚴重，在操作完后十分鐘到二十分鐘就可以看到明顯效果。

2、全孔漏失處理工藝

針對全孔漏失，一般的漏失處理工藝已經無法對其進行有效處理，達不到全孔漏失處理工作的要求，此時應采取綜合補漏措施。綜合補漏措施比一般補漏措施的效果要好很多，具體的實施步驟如下：可以將一包或者兩包堵漏王加入到充分溶解后的PHP溶液中，再將適量鋸末加入到溶液中，經過混合后的堵漏材料應保證具有較大的粘度和柔軟度，每次用量應控制在200—350L。再利用漏斗將混合液倒進鉆桿中，把主動粘桿合上，最后通過泥漿泵將其送到孔內，然后把孔內鉆向外提起，其深度應在10米到20米范圍之間，再把具有較大濃度的泥漿倒進孔內。等待2—4小時以后，再下鉆沖掃到孔的內部，如果起到的效果不甚理想，可以重復上述操作一次或兩次。如果重復后仍然無法對漏失進行很好的處理，就只有采取水泥封孔堵漏，水泥封孔堵漏雖然效果很好，但是需要等待較長的時間。從此礦區的實際情況來看，候凝24小時以后可以進行掃孔處理。此處需要注意，應選用高標水泥進行封孔工作，水灰的比例還要控制在0.4—0.5之間。另外，應及時探測孔內水泥漿的封閉位置，一般情況下在進行20小時的封孔后，可以通過打撈棒來測試水泥漿凝固面。

三、水泥—粘土漿液實驗

1、水泥—粘土漿液

首先，選擇普通硅酸鹽42.5水泥作為制備漿液所用的材料，膨潤土是鈣基膨潤土，礦物成分包括77.2%的蒙脫石、15.4的石英石以及5.6%的方解石，水玻璃的波美度是40，模數和密度分別是3.5和1.28g/ml，選擇的是FDN高效能減水劑。其次是它的配置方法，把適量的水泥和水進行充分的攪拌，用低速攪拌三分鐘，再將適量的粘土加入進去，繼續低速攪拌五分鐘，在攪拌的同時還需要往里面加入適量的減水劑和水玻璃，并進行三分鐘的低速攪拌，最后經過一段時間的靜置，復合水泥漿液就會形成。接下來進行漿液性能的測試，采用金屬截錐圓模、水平玻璃板及流動刮刀開始測量流動度，對析水率的測量可以選擇量筒作為測量工具。

2、漿液的優化設計

以影響漿液性能的因素和礦區的實際情況為依據，對水泥—粘土漿液進行優化設計，把膨潤土加入到上述漿液中，可以提高堵漏能力。通過對漿液的優化，使水灰比為0.53，膨潤土為7%，減水劑為0.6%—1.2%，水玻璃為1.8%—2.2%。其性能析水率為4%—7%，初凝時間可以有效控制在4.48—5.29小時之間，最終凝固時間控制在6.4—7.6小時之內，其流動度調整為了170—230mm。

3、護壁堵漏工藝

在對其中一個孔進行施工過程中，首次施工情況具體如下：采用的漿液配方為一立方米漿液和水，36Kg的鈉基膨潤土，1.8Kg的PMA以及5Kg的防塌劑，縮徑和坍塌現象在50米處發生，經觀察孔內有比較多的渣滓，后根管進入到60米，用此泥漿配方護壁，達到的效果并不十分理想，發生了嚴重的鉆孔坍塌，由于埋鉆沒有辦法鉆進導致鉆孔報廢。第二次施工是將原來報廢的鉆孔移位兩米重新進行開孔，采用水泥—粘土漿液來開展護壁堵漏工作，收到的效果比較理想。首先根據地層的具體情況和新開鉆孔的結構，采用0.036%的PMA和0.6%的高效潤滑劑開展頂漏鉆井，比較順利的就進入到80米的地方，并穿過灰巖的漏水地層。漏失比較嚴重的位置是70—140米的地方，采用水灰比為0.54，水泥含量為92%，膨潤土含量為8%，減水劑含量為1.3%，水玻璃含量為2%的水泥—粘土漿液護壁堵漏。堵漏液是通過水泵鉆桿進行注入，達到初凝時間之后在拔出鉆桿，等過了終凝時間以后在使用S75繩索取鉆心鉆進孔底，再使用沖洗液進行沖洗，讓鉆井的工作效率得到明顯提升，沖洗液的配方為4.3%的膨潤土、4%的碳酸鈉、0.4%的纖維素、1.4%的KHM以及0.6%的軟化劑。

結語

綜上所述，當鉆探工程中的地層環境比較復雜時，可能會有漏失程度不同的鉆孔存在，在進行護壁堵漏工作時，應對護壁堵漏工藝進行合理選擇。通過實驗可以得知，水泥—粘土護壁堵漏漿液的應用可以有效提高鉆孔效率。

參考文獻：

[1]劉豐.滿洲里礦區復雜地層巖心鉆探水泥漿護壁堵漏的工藝應用[J].中國化工貿易，2018，10（006）：114.

（作者單位：吉林省煤田地質局一0二勘探隊）