煤田钻孔漏失孔段堵漏技术

２０１８年第２期　西部探矿工程　４１　煤田钻孔漏失孑Ｌ段堵漏技术　刘建标　（福建省第二地质勘探大队，福建永安３６６０００）　摘要：煤田钻探施工，钻孔经常会遇漏水、缩径等等问题，而且会因下部岩层漏水处置不当，导致上　部松散层垮塌造成卡、埋钻具，甚至有的钻孔因严重漏水事故恶化无法处理，使钻孔报废。为此，解　决钻孔漏失问题是煤田钻探施工的重要保障。　关键词：煤田钻探；漏失；堵漏　中图分类号：Ｐ６３８．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１８）０２一ｏ０４卜０３　煤田复杂地层钻进中如何处理好钻孔漏失是最普　遍的一个难题。由于钻孔漏失，造成钻进施工的困难，　钻孔严重漏、涌水进而引起钻孔垮塌、卡埋钻具，被迫　微裂隙（小于０．１ｍｍ）、小裂隙（０．１～１．５ｍｍ）、中裂隙　（５￣２０ｍｍ）、大裂隙（２０￣１００ｍｍ）和极大裂隙（大于　１００ｍｍ）。　停钻处理等。钻孔漏失处理不当会引发其它孔内事　故，影响钻孔质量及施工效率，甚至报废钻孔。因此，　找出钻孑Ｌ漏失的原因进行分析，采取有针对性的防治　对策具有重要意义。　１钻孔漏失的原因　１．１漏失原因分析　洞穴常见于溶隙、溶洞发育地层（石灰岩、石膏、大　理岩）分布的地区，大小从几毫米、几厘米到几米至几　十米不等。在洞穴性地层中钻进，易产生冲洗液漏失，　也可能导致埋钻事故发生。　２钻孔漏失的预防　分析钻孔漏失原因，可得出预防漏失应从２方面着　手。一是尽量维持钻孔与地层系统的压力平衡，应采　取：①降低孑Ｌ内液柱压力；②降低环空循环压力损失；　（１）客观条件，即钻孑Ｌ的地质和水文地质条件。岩　层中的孔隙环境、裂隙环境、溶隙性环境、上覆岩层的　含水情况等，是产生漏失的重要原因。　（２）工艺技术原因。冲洗液的种类、冲洗方法及钻　头类型、钻速、钻进工艺参数、操作技术等。这些是能　控制和调节的，是防止漏失的可控因素。　１．２漏失通道的分析　③降低激动压力；④增加液体在漏失通道中流动时的　阻力。二是减小漏失断面或将漏失通道堵塞。因此，　预防钻孔漏失主要采取以下４方面的措施。　２．１．调节冲洗液的相对密度　孔内冲洗液的相对密度决定了冲洗液柱压力。降　低冲洗液的相对密度是降低孑Ｌ内液柱压力的主要方　法，采用优质土造浆，它不仅可使泥浆的相对密度因加　土量小而降至１．０４～１．０６，而且用优质土造浆，泥浆的　流变参数较好，泥浆的粘度和切力低，流型较好，同时　能降低环空循环中的压力损失和升降钻具时的激动压　力。　漏失一般发生在孔隙地层、裂隙地层和岩溶地层　以及各种空隙相互穿插共存的混合地层。　岩石孔隙率的大小取决于岩石的颗粒大小、形状　及其相互堆积的状态。自然界松散岩石的孔隙率大体　接近理论平均值（３７％），对于渗透ｌ生大的灰岩和砂岩来　说，其实际孑Ｌ隙率为２０％～２５％。　岩石中的裂隙一般按矿体几何特征、形态和成因　２．２强化冲洗液的净化工作　进行分类。对评估漏失有效的裂隙参数是：裂隙的开　口、密度（裂隙间沿法线的距离）和频数（孑Ｌ内裂隙间沿　水平线的距离）。岩石中存在的０．１￣ｌｍｍ大小的裂隙　就可能造成冲洗液的漏失。根据开口将裂隙分为：细　收稿日期：２０１７—０７—２８修回日期：２０１７—０８—０９　冲洗液密度因岩屑混入而增大，使孑Ｌ内静液柱压　力也随之增大，因此，必须采取机械和化学除砂等方法　在地面将岩屑除去。若净化仍不能达到所要求的低密　度，则可向泥浆中加水进行稀释，以降低密度，同时适　作者简介：刘建标（１９７６一），男（汉族），湖南宜章人，工程师，现从事钻探工程生产施工管理工作。　４２　西部探矿工程　２０１８年第２期　当补充化学处理剂。　２．３调节冲洗液的流变特性　４堵漏浆液　４．１非固结硬化的堵漏浆液　在实际钻进中，经常是钻进循环时冲洗液漏失，停　钻便不漏，这是由于环空流动压力造成的孑Ｌ内漏失。　环空流动压力会随着泥浆的粘度和切力增高而增加，　进而压裂地层造成漏失，因此应降低泥浆的粘度和切　力。主要采用合理的冲洗液的流变特性及钻孔结构、　（１）这类浆液一般是各种类型的泥浆，主要用于治　理轻微漏失。　①稠泥浆。在停钻状态下利用稠泥浆粘土和携带　的岩屑沉淀进入漏失通道堆积堵漏，这种方法需停钻　让稠泥浆沉淀１ｄ以上才有效。　②优质泥浆。用优质膨润土造浆，在孔内液柱压　钻具组合来降低环空流动压力值。此外，在升降钻具　时，较高的粘度和切力会使激动压力变大，造成压裂地　层而漏失。因此，调节冲洗液的流变特性，是预防漏失　的重要一环。　２．４冲洗液中添加惰性充填材料　钻进时在冲洗液中添加部分惰性充填材料，如植　物果壳磨碎物、锯末、云母片等和化学堵漏材料，在循　环中堵塞漏失通道，达到减小漏失通道断面或完全封　堵通道，防止冲洗液的继续漏失。　３堵漏方法　煤田钻探中治理钻孑Ｌ漏失的方法按其特点可分　为：增阻法、注浆固结法、隔离法和其它方法。　３．１增阻法　使用各种添加惰性充填材料的堵漏泥浆将漏失通　道的断面减小直至堵塞，这是非固结硬化性的方法。　实施堵漏后钻进仍需要使用堵漏前的泥浆作为冲洗　液。　３．２注浆固结法　用泥浆难以堵漏时，可将水泥浆液、化学浆液、沥　青乳液等各种类型的堵漏浆液灌注到漏失带，利用水　泥（化学浆液、沥青乳液等）的凝结硬化作用，把漏失通　道封堵，是固结硬化性的方法。堵漏浆液与漏失岩层　凝固成一个整体，停待一定时间后可用不同种类的冲　洗液钻进。　３．３隔离法　出现严重漏失，注浆固结堵漏难以奏效时，可下人　大一口径的金属或其它材质的套管到孔内漏失孔段进　行隔离的方法，套管隔离后可恢复正常钻进。　３．４其它方法　将液体冲洗钻进改为空气泡沫、气液混合液、无泵　钻进等，如果钻遇地层相对完整不坍塌，在供水充足时　可采取“顶漏”钻进的方法。　在实际施工中应用最普遍的是前２种方法，即灌注　浆液（包括非同结硬化性和固结硬化性两种类型），治　理无效时才用套管隔离法。　力与漏失通道中液体压力差的作用下失水，使粘土颗　粒形成泥皮封闭微裂隙。　③冻胶泥浆及其它结构泥浆。在泥浆中单独或混　合加入水泥、氯化钙、水玻璃等，配成的高粘度冻胶泥　浆，形成凝胶充填孔隙堵漏。　④低固相泥浆。利用进入未水解聚丙烯酰胺浆液　中的岩屑起絮凝作用，形成不分散絮凝团粒沉淀堵塞　漏失通道，减小或消除漏失。　⑤石灰乳泥浆。在泥浆中添加一定量的石灰乳形　成适度絮凝而稳定的粗分散体系的泥浆，以絮凝物堵　塞漏失通道达到堵漏目的。　（２）惰性充填材料的应用。在泥浆中使用惰性充　填料，既是预防漏失的手段，又是治理漏失的方法。其　主要功用：使漏失通道中的惰性颗粒因失水而堆积充　填堵塞漏失通道，以此解决钻孑Ｌ冲洗液的漏失。可以　单独使用，也可以配合使用，根据泥浆的浓度需要而改　变。　惰性充填材料大致分为纤维状、片状和颗粒状，堵　漏效果与堵漏材料的颗粒大小、形状、粒度、数量（浓　度）和颗粒的级配等有关。正确选择颗粒的粒度和级　配，对堵塞漏失有重要意义。根据计算和实验得出，堵　塞漏失通道的惰性充填材料的最大尺寸应等于裂缝张　开量的１／２，且不同大小的填充材料应按照一定的比例　配合，才能得到最佳效果。粗颗粒在裂缝中造成堵塞　骨架，而细小颗粒则充填其中，可减少渗透性、提高稳　定性。　常用的堵漏用惰性材料有锯末、云母、棉子壳、核　桃壳、赛璐珞、塑料粒、碎橡皮、纺织纤维的废料等。表　１是广泛应用的惰性充填材料堵塞性能的试验结果，供　现场应用参考。　４．２固结硬化的堵漏浆液　４．２．１对堵漏浆液的要求　（１）在岩石孔隙中形成坚同的堵塞物。　（２）硬化时不形成砂眼和裂缝，水、气均不能渗透。　２０１８年第２期　西部探矿工程　４３　（３）浆液在压差作用下能够渗入微裂隙，但由于自　对钻遇的具体问题采取不同的应对措施。　重作用不会沿裂隙流动。　５．１孔隙或微裂缝漏失　（４）对裂隙壁有良好的粘结性，对被封堵的岩石能　钻遇孔隙或微裂缝漏失，漏失量小，孔口能够返　产生加固作用。　流，可采取如下措施：　（５）浆液因物理化学作用而逐渐固结硬化，其结构　（１）静止堵漏。发现冲洗液漏失后立即停泵停钻　的形成和固结硬化速度能够任意调节。　几个小时，并提出几根钻杆，利用冲洗液中岩屑沉淀堵　（６）浆液具有沉降稳定性，有抵抗地下水冲刷的能　塞孑Ｌ隙。　力。　（２）惰性材料堵漏。冲洗液中加入一定量的锯末　（７）在低温和高温条件下不改变其堵塞性能。　等惰性堵漏材料，随钻封堵。　４．２．２　固结硬化堵漏浆液的种类　（３）交联封堵。在部分水解聚丙烯酰胺或水解聚　（１）水泥浆液。近年来以水泥为主要材料，加入其　丙烯腈钠盐冲洗液加入氯化钙、石灰或水泥作交联剂　它成分（如速凝剂、早强剂、减水剂等外加剂）材料形成　进行堵漏。　的混合浆液或速凝混合物，堵漏效果较好。如水泥和　５．２压差引发的漏失　聚丙烯酰胺配成的混合浆液，具有速凝、抗水性强、有　钻进中使用的冲洗液的液柱压力过大会压裂（漏）　弹性等特点。经验配方：①普通硅酸盐水泥按０．５的水　地层，应降低冲洗液的密度。一是通过及时清除冲洗　灰比，加人１％未水解的分子量（３００￣６００）ｘ１０　的聚丙　液中的岩屑并可逐步稀释泥浆；二是通过加入发泡剂、　烯酰胺水溶液，氯化钙３％；②水泥和泥浆配合形成的　稳泡剂等制成充气泥浆，降低比重，达到止漏目的。　冻胶水泥浆液；③水泥和脲醛树脂形成的速凝混合物　５－３裂缝和涌漏交替层的堵漏　等，均可封堵大裂隙漏失地层。　（１）向漏失孑Ｌ段灌注堵漏剂。　（２）合成树脂浆液（化学浆液）。脲醛树脂以人工　（２）水泥护壁堵漏。使用普通建筑用硅酸盐水泥　合成树脂为主要原料的一种常用的有机高分子化学浆　加水泥外加剂（速凝剂、早强剂、堵漏剂等）或专用早强　液，在酸的催化作用下快速形成有一定强度的固结物，　水泥（硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥），对漏失孔段灌注　封堵裂隙、洞穴等漏失地层，具有流动及渗透性好、固　水泥浆液堵漏。　化时间可控、配制简单等优点。　（３）复合材料封堵。通过灌注水玻璃一水泥、聚丙　５漏失地层堵漏对策　烯酰胺一水泥浆液或脲醛树脂水泥球等复合材料，灌　在堵漏对策的选择上，既要关注漏失量的大小，同　注到漏失处封堵。或配制出特制快干水泥配方，根据　时也要了解漏失层的地层特征及地下径流情况，要针　涌漏大小，使用初凝时间适宜的快干水泥进行封堵。　西部探矿工程　２０１８年第２期　５．４大裂缝和溶洞漏失　碎造成孔内浆液漏失严重，水位４８．３０ｍ，采用灌注水泥　（１）充填与堵漏液复合封堵。将水泥装袋（或制成　掺和碎石粗砂水泥球）投入至孔内，也可将水灰比小的　（１５０ｋｇ）浆堵漏后，返水正常，水位升至２２．０５ｍ；在　１１８．８８～８８６．７３ｍ孔段处，因地层破碎，造成孔内再次　水泥浆利用导管灌注至注浆孔段，再下人钻具冲击挤　压。　漏失，使用８０３堵漏剂、木屑、云母片、棉花壳、麻丝等材　钻孔的正常施工。　７结语　料随钻堵漏，每班２４３次，最终达到堵漏目的，保证了　（２）大型尼龙网袋桥堵。将钻杆用特制接头与有　弹性的大尼龙网袋上下口连接，底部连接堵塞物，下放　至溶洞部位，灌注水泥浆至袋中，充满浆液的尼龙网袋　（１）在煤田矿区钻探施Ｔ中遇孔内漏失，首先要根　堵塞在溶洞上下口，待灌注的水泥浆达到一定强度后　再扫孔钻进。　（３）套管隔离。采取上述方法不能有效封堵时，下　入套管隔离。　５．５止涌和抑涌　（１）钻进遇承压水层导致较大涌水时，可在泥浆中　加人重晶石粉、石灰石粉等加重剂来提高泥浆密度，增　大钻孑Ｌ液柱压力来抑涌或止喷。　（２）涌水量大或其它原因使抑涌控制困难时，可采　用软胶塞速凝浆液封堵止涌。　５．６顶漏钻进　在孑Ｌ壁相对完整，无需泥浆护壁仍可维持正常钻　进，且用水供应充足时，可采取顶漏钻进工艺。顶漏钻　进，需做好钻杆的润滑Ｔ作。　６护壁堵漏技术实践　６．１福建永安黄年山矿区ＺＫ５６０１破碎漏失孔段堵漏　实践　（１）孑Ｌ在孔深６５￣８０ｍ　现全孔漏失，根据岩芯观　察有明显裂隙，处理方法：在搅拌桶内泵入ｌｍ。钻进原　浆液，加入约１０ｋｇ云母片、１２ｋｇ锯末，搅拌均匀，从钻　杆中灌入。灌入时均匀掺人ＰＨＰ干粉（加入量小于　０．５％），开泵循环，３０ｍｉｎ后返浆正常，堵漏成功。　（２）孔深１１５￣１３２ｍ、２７１～２９２ｍ处孔段漏失，岩芯　松散、破碎、裂隙发育，有小气孔。采取前述方法，增加　掺人量，加人云母片２５ｋｇ，锯末１８ｋｇ，经多次实施堵漏　后返浆恢复正常，达到堵漏目的。钻进至４１０ｍ时又出　现渗漏、冲洗液消耗大。在冲洗液中添加８０３堵漏剂和　细颗粒锯末等，进行随钻循环堵漏，取得明显效果。后　续施工中又３次遇到渗漏的情况，采取上述堵漏方法，　均达到了堵漏的目的。　６．２福建漳平东山崎矿区ＺＫ７００１漏失地层堵漏实践　该钻孔施Ｔ至孔深８８．２６￣１１８．８８ｍ时，因地层破　据孔内实情，认真分析漏失原因，合理选用堵漏材料，　并据实情采用不同材料的配比方法进行堵漏实践。　（２）对于地层裂隙大、漏失严重的地层，采用水泥　浆液进行堵漏时，必要时可添加一定配比量的木屑、云　母片、棉花壳、麻丝，效果将更为显著。灌注前先在地　面做好小型的水泥性能试验，以测定其流动性和凝同　时间等指标、优选出合理的水灰比。　（３）套管隔离堵漏无疑是钻探施一ｒ最佳的堵漏方　法。因此，施工前了解矿区地层情况尤为重要，必要时　征得地质同意，大一口径开孑Ｌ，为深部套管隔离法的实　施提供有效保障。　参考文献：　［１］乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等．钻井液与岩土工程浆液ｆＭ１．武　汉：中国地质大学…版社，２００７．　【２１索忠伟，王生．钻孔冲洗与护壁堵漏『Ｍ１．北京：地质出版社，　２００９．　［３］张晓静．水敏／松散地层钻井液的护壁机理分析与应用研究　【Ｍ］．武汉：中国地质大学『ｑＪ版社，２００７．　［４】魏继军，张洪印，等．低密度高强度水泥浆体系研究与应用　［Ｊ］．钻井液与完井液，２０１３（４）：５９—６２，９６．　［５］胡继良，陶士先，纪卫军．破碎地层孔壁稳定技术的探讨与　实践　探矿工程（岩土钻掘工程），２０１１，３８（９）：３０—３２．　［６】曾祥熹．钻杆泵送水泥浆的经验『Ｊ１．地质与勘探，１９７８（６）：　６８—６９．　［７］王炜东．谈煤田钻探钻孔水泥护壁堵漏施工【ＪＪ．黑龙江科技　信息，２０１２（２８）：２６２．　［８］皮跃进，刘文华．安溪黄厝坪铁矿区复杂地层钻孑Ｌ护壁堵漏　实践【ＪＪ．探矿工程（岩土钻掘工程），２０１１，３８（９）：１６—１７，２０．　［９］张成德．注浆护壁堵漏在深孑Ｌ岩心钻探中的应用ｌＪｌ＿探矿Ｔ　程（岩土钻掘工程），２０１０，３７（５）：２５—２６．　【１０】袁树珍．钻孔水泥注浆护壁堵漏工艺正在上杭碧田矿区的　应用［Ｊ１．科技与创新，２０１４（７）：１０５，１０８．