巖心鉆探中復雜地層的護孔工藝

     摘要：在巖芯鉆探的工程施中常遇到二種復雜地層：一種是力學不穩(wěn)地區(qū)，一種是涌漏地層，本文結(jié)合實例重點介紹了二種復雜地層的護孔工藝。

     復雜地層鉆孔的護孔工藝，乍看起來，似乎大而空、廣而抽象，好像盡可以泛泛而論，侃侃而談。其實也不盡然，它實際上很小，而且很具體，以至于只要鉆機一開動，便時時與你伴隨，而且圍繞它有解決不完的“麻煩”。

     一  概論

     所謂復雜地層，大家都知道，就是某些地層由于受地質(zhì)構(gòu)造運動，外界環(huán)境的物理化學作用及水文地質(zhì)條件的影響，在鉆孔鉆進時。會產(chǎn)生不同程度的孔內(nèi)坍塌、漏失、涌水和漏、涌、塌同時發(fā)生的現(xiàn)象。人們對產(chǎn)生這些復雜情況的地層，統(tǒng)稱為復雜地層。有關(guān)資料統(tǒng)計，復雜地層在地質(zhì)鉆探時發(fā)生的工程米數(shù)只占30%左右，而完成這些工程量所要花費的工程成本，卻占整個工程成本的60%以上，而且95%以上因事故而報廢的工程量又都發(fā)生在這些復雜地層的鉆進中。進一步分析原因，我們不難看出，這些令人痛心的報廢工程量，又多半是因為在鉆進復雜地層時，護孔工藝跟不上而造成的。 

     二 復雜地層的護孔工藝

    (1)不穩(wěn)地層  在鉆進中常遇到孔內(nèi)坍塌、掉塊以及產(chǎn)生不同程度的遇阻、卡鉆、埋鉆事故和鉆孔縮徑、超徑等情況，發(fā)生這些情況的地層統(tǒng)稱為不穩(wěn)地層。不穩(wěn)地層有力學不穩(wěn)地層和水敏不穩(wěn)地層。

     1)力學不穩(wěn)地層：指受地質(zhì)成因或受構(gòu)造運動產(chǎn)生多向擠壓作用。地層內(nèi)部受力不平衡，一旦被鉆穿后，就破壞了原來處于的原始平衡狀態(tài)，加之受重力作用使孔壁產(chǎn)生不穩(wěn)定的坍塌、掉塊現(xiàn)象。例如，我們在金川公司二礦區(qū)56行施工的5個鉆孔就屬這種地質(zhì)特征，0～15m雜填土，15～35m為卵石層，35～55m為礫砂層，55～80m片麻閃長巖，從上不難看出55m以前便是力學不穩(wěn)地層。對付這種地層，我們一開孔就采用傳統(tǒng)的泥漿，調(diào)整稠度使其達到流塑狀態(tài)，然后用擅長輸送泥漿的螺桿泵給鉆孔送漿循環(huán)，來保證鉆孔施工，此護孔工藝基本上能完成該地層的護孔要求；在采芯要求嚴格的卵礫層，我們就用SM植物膠鉆進液，濃度4%，粘度在300秒以上，鉆進時護孔效果較好，而且能取出膠結(jié)成柱狀的“巖芯”；對于地層深部的斷裂破碎帶，本著“少振動，快通過”的原則，用性能優(yōu)良的鉆井液快速通過。如采用大分子量的PHP，濃度調(diào)整為500～1000ppm，在不蹩泵的情況下，進行成孔鉆進，在ZK56-3的280m～300m孔段便采用這種特別的護井液，孔壁相對穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)掉塊、卡鉆現(xiàn)象，這說明在深層破碎層應用這種護孔工藝是成功的。

     2)水敏地層：簡單的定義是，受沖洗液侵入產(chǎn)生水解，水化作用，使孔壁巖層發(fā)生松散、松軟、膨脹、剝落，對有這種現(xiàn)象的地層稱之為水敏地層。比如，在金川公司二礦區(qū)ZK56-3孔的170m～185m孔段，地層綠泥石化嚴重，層間的破碎閃長巖又大量以粘土質(zhì)膠結(jié)，鉆進該段時，鉆孔明顯地表現(xiàn)為縮徑、坍塌、裹鉆現(xiàn)象，而且沖洗液被侵染嚴重。這種地層最突出的特征表現(xiàn)為怕水，因此在鉆進工藝上，首先應該設法不讓自由水接觸或侵染這些地層，盡量避免這些地層的巖土表面被水化；另外，還須補充和增加沖洗液介質(zhì)中的離子濃度，比如K+、Na+、Ca2+等，使之與巖層中水的離子濃渡相平衡，阻止巖層的滲透水化，以利于孔壁的穩(wěn)定。綜合這些水化作用機理，對水敏地層，應該讓鉆井沖洗液具備這樣二個特點：一是失水量小，二是有相當?shù)碾x子濃度，為此我們對鉆進該特殊孔段制定了相應對策，將沖洗液及有關(guān)處理劑參數(shù)進行了調(diào)整：①選用高效降失水劑，如腐植酸鉀和改性淀粉PGS雙重降水劑；②選用優(yōu)質(zhì)的絮凝劑，如分子量在300萬以上、30%的水解度的聚丙烯酰胺PAM；③添加最優(yōu)的無機鹽，如防塌的KCL。我們選用的具體參數(shù)為1000ppmmPHP，5%的PGS和5%的腐植酸鉀，又補充2～5%的KCL。在該孔段時，基本上起到了“防水、護孔”的目的。

     (2)涌漏地層

     對于一般漏失地層，處理起來相對容易，只要在鉆進時，控制沖洗液的比重并輔之于惰性材料或堵漏漿液，基本上能阻隔漏失通道。金川公司二礦區(qū)ZK56-3孔，可以說是全孔漏失，對一般漏失層我們主要采用801堵漏劑和高濃度PAM為主，輔之以惰性材料如鋸末、羊糞。對付較大的漏失孔段，一般采用灌漿來封堵，可用試用一種抗水性強、速凝性能好的粘彈性注漿混合液，其實用配方為：水灰比為0.5的普通硅酸鹽水泥、3%氯化鈣、1%濃度的未水解的分子量在300～600×104的PAM水溶液。對于既漏又涌的地層采用化學洗井液處理起來費錢、費時，而且效果不很理想，所以在施工ZK56-3孔時，我們采用了傳統(tǒng)的泥漿護孔工藝快速通過涌漏層，然后下套管隔離，效果較好。 

     三  結(jié)論

     在復雜地層實施巖芯鉆孔時，應優(yōu)先進行組織工藝設計，科學地組織施工。對于不穩(wěn)地層，采用傳統(tǒng)泥漿與科學配方的化學沖洗液相結(jié)合的方法，進行護孔；對于涌漏地層，應側(cè)重傳統(tǒng)的泥漿和下套管隔離的護孔工藝。