川南煤田钻进快速堵漏方法探索

陈保忠，黄 冰

（1．辽宁省核工业地质局二四一大队，辽宁 凤城118100；2．福建华荣桥地质装备科技有限公司，福建 福州350008）

1 川南煤田的地层特性

川南煤田赋矿层位为二叠系龙潭组，为一套海陆交互相陆源碎屑含煤岩系，含煤20余层，主要可采煤层为4～7层，煤系地层水敏性强，施工难度大，煤系地层真厚120m左右，假厚受岩层倾角不同达120～300m不等。煤系地层上覆长兴组及下伏茅口组顶部岩性均为燧石结核灰岩，岩石硬度达到Ⅷ级以上。上覆嘉陵江灰岩及长兴灰岩地层岩溶裂隙发育，漏涌频繁。钻孔深度根据地表出露不同一般为300～1300m。

矿区地质情况自上而下综述如下（表1）：

表1 川南煤田钻孔穿遇地层岩性综合表

三叠系下统嘉陵江组上段（T1j2）浅灰－灰色灰岩，生物碎屑灰岩夹白云质灰岩，与下覆地层整合接触。平均钻厚度约202m，岩溶裂隙发育，漏失严重。

三叠系下统嘉陵江组下段（T1j1）上部深灰色灰岩，底部灰色泥灰岩，与下覆地层整合接触。平均钻厚度约173m，岩溶裂隙发育，漏失严重。

三叠系下统飞仙关组上段（T1f2）紫红色薄层状泥岩夹薄层粉砂岩，与下覆地层整合接触。平均钻厚度约402m。。

三叠系下统飞仙关组下段（T1f1），顶部：灰色鲕状灰岩。中下部：灰色砂岩与泥灰岩互层。底部：淡黄色薄层状泥岩，即沙堡湾泥岩层，与下覆地层整合接触。平均钻厚度约155m。

二叠系上统长兴组（P3c）深灰－灰黑色含遂石条带灰岩，与下覆地层整合接触。平均钻厚度约69m，裂隙发育，涌漏同层。

二叠系上统龙潭组（P3l）由灰白色粘土岩、灰－灰黑色、黑色泥岩、粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩、煤及含黄铁矿粘土岩等组成的一套含煤岩系。平均钻厚度约169m，属水敏性地层，遇水易塌塌、缩径，属钻进重点防护层，必须用优质钻井液钻进。

二叠系下统茅口组（P2m）灰岩夹生物碎屑灰岩、硅质灰岩，偶夹燧石团块，钻遇厚度在10～75m、平均钻厚度约20m。视地质设计要求不同而不同。

2 钻井工艺及堵漏止涌方法选择

矿区主要采用S76金钢石绳索取心钻进。由于煤系地层的特殊性必须使用优质钻井液钻进，因此必须将上部漏失或涌水坚决止住。较大漏失造成泥浆材料大量消耗，成本增加。大量现配泥浆质量不易保证，不能有效护壁，易造成煤系坍塌，不能保证顺利钻进。对于涌水或渗水地层则直接破坏钻井液性能，也不能有效护壁，因此对于涌水层也必须坚决止住。对于小漏失，一般采用惰性材料堵漏，浅部漏失用套管堵漏；深部大漏失（或涌水）用水泥、快干水泥或化学浆液堵漏止涌。

3 常规堵漏止涌方法

（1）惰性材料堵漏：适用于钻孔小漏失或者深部大漏失，材料用锯末、棉籽壳、花生壳、烂麻绳、海带等。一般性漏失，可将锯末、谷（麦）壳、CMC、PAM等与黄泥做成球丸，井口投入后下擂孔钻具将其挤压进漏失通道处理。

使用时把上述两种或者多种材料混合用钻具送到漏失部位或者直接从井口投入。从井口投放时应将大块的惰性材料切成条状，且必须从井口边注水边投放，直至返水为止。投放惰性材料后，需停钻8小时左右再钻进。惰性材料用量需根据现场实际情况确定。

（2）套管堵漏：井深在500m以内的严重漏失、涌水、孔壁坍塌掉块等复杂问题，首选套管作技术处理。下管前应在复杂井段底界以下3～5m架桥，用相应口径单管钻具扩孔至桥面，投入3～5m高度的泥球或乳化沥青止水后，经捣实再下入套管于桥面。

（3）水泥浆堵漏

一般至中等漏失，可用水泥固结处理，其配方为：水泥浆（水灰比0．5）适量加入 NaCl、CaCl2、三乙醇胺等速凝剂。投送方法可根据漏失点的深浅采用孔口投送或钻杆泵送的方法。

4 特殊地层堵漏方法

对于一般情况，以上常规堵漏方法和措施均很有效，能有效保证顺利钻进。对于有些开放性漏失和涌水，用以上常规方法毫无效果。由于涌漏层较深，常见于600～1100m，用套管封隔较为困难。特别是深部的涌漏同层，用普通水泥浆加速凝剂很难有效，水泥浆被地下水冲跑。有些涌漏层多次下水泥均不见效，除浪费大量水泥还耽误大量候凝时间。为此、我们通过摸索和实践，探索出了两种行之有效的方法，在多矿区、多钻孔使用效果很好，有效的解决了生产中的涌漏难题。具体方法如下：

4．1 准确掌握涌漏深度的特点

要想快速堵漏止涌，必须首先把涌漏特点搞清楚，具体必须掌握以下情况：

（1）涌漏失点的准确深度；

（2）涌漏量的大小；

（3）孔内的稳定水位，是否是完全干孔；

（4）漏失层是否有地下活动水；

（5）涌漏裂隙的大小；

以上情况的准确掌握对能否快速有效堵漏止涌至关重要。

4．2 根据涌漏特点确定堵漏止涌方法

（1）常规堵漏

在准确掌握漏失点的特点后对于无地下活动水的漏失层首先采用常规方法堵漏。

（2）特制快干水泥堵漏

在常规方法堵漏无效的情况下用特制的快干水泥堵漏。我们选用水泥、CaCl2、熟石膏粉、交联剂（CMC、PAM、或植物胶）通过正交试验法做了数百个试验，选择了初凝时间从10分钟至100分钟的近50组快干水泥配方，该快干水泥由于有交联剂的作用能抵御一般地下活动水、渗透水的冲蚀。由于初凝时间选择准确，当水泥浆到达漏失层并且顶替水泵送完毕即开始凝固。初凝时间的选择依据孔深、水泥拌制时间、泵送时间、顶替水时间等多种因素来确定。初凝时间选择过小则易造成在顶替水未泵送完毕即开始凝固，使钻杆被凝固在孔内，造成新的事故。初凝时间选择过长则水泥浆易被地下水冲蚀，达不到堵漏效果。

（3）化学浆液堵漏

在特制快干水泥堵漏无效的情况下选用化学浆液堵漏。由于现在普遍采用绳索取心钻进，口径小，过去常使用的脲醛树脂、氰凝浆液、丙凝浆液、301聚脂、水玻璃现在市面上不是难买就是操作麻烦，特别是小口径很难实现双液注浆。结合现在职工的特点，我们现在选择了现在市面上很易购买、单组份、用水作为催化介质并且很易操作的聚胺脂溶液，分别进行了地面和孔内试验。该聚脂液在水的作用下很快发泡、体积澎胀、快速凝固。对于有活动地下水或渗透水的漏失层，通过简单的单向注射器将聚脂液注射到漏失层，在地下水的混合催化下体积迅续膨胀并开始固化，膨胀的混合体迅续挤进、充填地层裂隙和空洞区，达到堵漏目的。该方法简单、易操作，注射完毕马上检查堵漏效果。如漏失通道大，孔内还有漏失则按以上方法再注射一次，如此很快达到堵漏效果，堵漏完毕马上可转入钻进。此方法相比水泥堵漏节省了较长候凝时间，并且当场检查堵漏效果，易操作，不易将钻具凝固在孔内，很受一线工人欢迎。

对于干孔漏失层在注射前应提前在孔口灌水，判断水确实到达漏失层后才开始注射聚脂液。

（4）止涌

对于一般性的渗水或小量涌水采用平衡钻进原理通过调整钻井液密度来实现止涌。

对于相对涌水量较大涌水层，在准确掌握涌水层位置后采用上述化学浆液堵漏的方法进行止涌。聚酯浆液的注射量要根据涌水层的大小来确定，一次性不能注的太多，可采用少量多次的办法注射，以避免因涌水压力大推高聚酯浆液从而将注射器凝固在孔内。对于涌水量特大、水压较高的钻孔则采用其他特殊方法处理。

5 结语

采用以上方法在川南煤田多年的钻探生产中使用效果明显，经济效益显著，为确保钻探质量起到了重要保障作用。

附：单向注射器简介

单向注射器就是利用绳取钻杆本身作为聚酯浆液的储浆筒，在钻杆底部连接一个单向阀，储浆筒装上聚酯浆液后在浆液上部装一个尼龙棒柱塞，柱塞上车3～5个凹槽套上Ο型密封圈起到与钻杆内壁的密封作用。单向阀只能让聚酯浆液排出而不能让外环的进入，单向阀底部密封，侧面钻眼，以便聚酯浆液直接被射入裂隙和空洞区以期能达到最佳封堵效果。将装上单向阀、聚酯浆液、尼龙棒柱塞的注射器通过钻杆下放到涌漏层后即可合上主动钻杆启动泥浆泵小排量推送，泵压表明显升高即注射完毕，马上即可检查注射效果。