浅析钻孔缩径、坍塌的原因及预防、治理

程喜山

摘 要：孔壁失稳一直是钻探工作中一种常见的十分复杂的难点问题，由于自然生成的地层条件不同，因而给钻进过程中带来了诸多不可预测的施工难度，因此而产生的孔内事故也较为普遍，处理不当则极易造成钻孔报废，给经济效益带来了极大损失。特别是对那些复杂地层进行钻进时很容易引起缩径、坍塌等孔内事故。所以，研究缩径、坍塌的原因对其预防、治理易发事故是十分必要的。

关键词：钻孔缩径 坍塌 预防 治理

一、 地层属性对孔壁稳定性的影响

（一）泥页岩地层

在泥页岩地层中易造成岩石遇水软化，使地层膨胀而塌孔。因此，应根据其属性采取相应的治理办法。

1、缩径地层的原因及预防、治理

缩径地层含粘土矿物的成分主要是蒙脱石，且胶结性很好，经吸水晶格增大膨胀后，连结力仍然很强，因而导致孔径缩小，上下钻受阻。对于此类地层易发生缩径问题的预防、治理方法是：主要是针对泥浆的要求，要低比重、低粘度、低失水，其作用是使地层分子晶格高密度化，在使用高分子材料后，让孔内表层充分水化膨胀而深层不水化，二层之间失去连结力，最终表层岩石剥落而恢复原来孔径。一旦发生缩径，就要采用扩孔、修孔或上下串动钻具的办法处理，不可用处理泥浆本身来进行治理缩径。

2、坍塌地层的原因及预防处理

坍塌地层主要发生在粘土矿地层中，而粘土矿的主要矿物成分是伊利石且胶结性差，吸水晶格增大后失去连接力而发生剥落、掉块、坍塌，甚至出现超径；对于该类地层钻进时要采用较低的失水量，适当的比重和粘度、滤液粘度的泥浆。孔内一旦发生坍塌，第一要做的就是要调整冲洗液性能，如增加比重和粘度，降低失水量等。

（二）松散、砂岩地层

在松散和砂岩地层中易形成厚泥饼而使钻孔缩径，砂岩本身不含粘土矿，不纯在水化膨胀，那么为什么还会发生缩径？，因为砂岩含有孔隙，具有渗透性，钻进用的泥浆内岩屑被吸附在砂岩孔壁上，如果泥浆内固相含量超过4%，失水量大于10ml/30min，孔壁上的泥饼厚度就会大于3mm，孔径就会缩小到小于钻头外径，上下钻就会遇阻。因此，在长段砂岩中钻进，泥浆比重不要超过1.06g/cm?，固相含量不要超过4%，如此，砂岩就不会出现缩径现象了。

二、缩径严重孔段的预防、治理

由于水敏性泥页岩所含蒙脱石粘土矿物成分多少不一样，因此，缩径的程度和快慢也不一样。当蒙脱石在岩层中含量≥70%时，孔壁在20分钟内就会膨胀2-3mm，孔壁缩小到小于钻头所形成的孔径，上钻则遇阻，所以，在缩径严重孔段要每钻进15-20分钟就要提钻扩孔，修孔。在膨胀引起的缩径还未小于钻头外径时，及时采取这种办法消灭掉已缩小的孔径，恢复原已形成的孔径。这样处理孔壁膨胀措施可以避免因缩径卡钻及其诱发的其他孔内事故。

三、上下钻遇阻时对孔内情况的判断

上下钻遇阻时应及时判断出是缩径还是掉块，并做及时处理，否则，会引起埋钻事故的发生。比如：在上钻时遇阻是由于孔内掉块引起的话，如果不是采取开泵循环并调整泥浆比重和粘度，而采用像处理缩径那样的办法上下串动钻具就会使事故加大，有可能还会造成卡钻、埋钻乃至报废钻孔等严重问题。

1、上钻遇阻

如果是因为孔内掉块造成的，那他的遇阻位置就不会固定。一般情况下是每上下串动一次钻具，该阻力位置就会下降一小段，当合上钻杆开泵循环时，上钻就畅通了。

如果是由于孔内缩径造成的，那他遇阻的位置就是固定的。每当上下串动一次钻具时，该位置就会上升一小段，当同样开泵循环时，其阻力位置不变。利用上述方法判断上钻遇阻时是掉块还是缩径对实际工作中很有裨益。

2、下钻遇阻

如果是孔内掉块造成的，开泵循环后泵压就会略有上升。如果孔口有大的岩屑和掉块，扩孔后加钻杆时下不到已扩孔的位置，造成无法加杆，卸掉钻杆后，钻杆内因受负压影响而产生喷浆。

根据上述判断结果，找到受阻原因后，要很快拿出解决方案。总的原则是：在缩径遇阻情况下，采用上下串动钻具或扩孔办法。在掉块遇阻情况下，采用开泵循环。在泥浆循环的过程中加入防塌护壁剂、钠土等材料，快速提高泥浆的比重和粘度，以保证孔壁的稳定性，使之不再发生坍塌掉块，同时可以将已落入孔内的岩块携带出来，排除到孔外，保证孔内清洁完好。

四、介绍几种防止缩径的泥浆配方

钻进中为了有效的控制缩径，经我们多年的实践经验找到了一下几点泥浆配置方法，在此推荐给同行以供参考使用。以下是指每立方米处理剂的加入量。

1、治理蒙脱石粘土层缩径：

S-1降失水剂5㎏+S-2缩径处理剂10㎏+护壁王5㎏.

2、治理伊利石粘土层缩径：

高效植物胶8-10㎏+钠土20-30㎏+CMC2-3㎏S-1降失水劑5㎏+S-2缩径处理剂5㎏+护壁王10㎏.

3、治理以砂岩为主的长段负压坍塌地层：

高效植物胶8-10㎏+CMC2-3㎏+S-1降水剂5㎏+S-2缩水处理剂5㎏+护壁王10㎏。

五、结语

实践证明，孔内事故虽然多样复杂，只要我们认真总结研究就会发现其中的问题所在，针对所存在的问题采取有效的解决办法就会使我们钻探生产顺利进行，保障施工的有序性，以达到生产目的。