泾川高平矿区堵漏工艺总结及应用实例分析

纪卫军，蔡晓文，付帆

（1.北京探矿工程研究所，北京 100083；2.甘肃煤田地质局一四五队，甘肃 张掖 734000）

泾川高平矿区位于甘肃省泾川县城东25km。该矿区钻孔设计孔深较深，地质条件复杂，施工过程中经常遇到钻孔漏失的情况。2012年该矿区施工的钻孔在黄土层段和白垩系都发生过不同程度的漏失，漏失严重的钻孔共有12个。由于钻孔漏失同时易引发孔壁掉块、坍塌等地层失稳现象，严重时会造成孔内卡钻、埋钻事故，最终导致钻孔报废。严重影响了钻探施工进度，增加了施工成本。因此，护壁堵漏便成为该矿区钻探施工中急需解决的技术问题。

我队在该矿区施工多年，遇到过多种不同程度的漏失，采用过多种堵漏方法，如套管堵漏、桥塞堵漏、水泥堵漏等。通过技术人员不断的摸索和实践，逐步形成多套完整成熟的堵漏工艺，实施效果十分显著。

1 工程地质概况

该区第四系黄土层厚度大约200～350m，白垩系地层厚度大约700～1000m，以砂岩、泥岩为主，砂质泥岩、泥岩互层，胶结松散。侏罗系地层厚度大约100～150m，以灰色泥岩、细砂岩、粉砂岩、炭质泥岩为主。钻孔漏失层大多位于黄土层和白垩系地层。

钻机采用XY-2000型岩芯钻机，配备NBB260／7型泥浆泵。该区钻孔全部使用Φ98钻头一径到底，采用普通单管钻进取芯工艺，设计孔深一般在1000～1500m之间。

2 施工中存在的问题

由于第四系黄土层较厚，该区黄土层段每个钻孔都有漏失现象，白垩系地层破碎带较多，裂隙发育明显，多个钻孔在这一层位发生冲洗液失返现象，漏失严重，如X4806、X5004、X5204、X5205等钻孔。

前期由于对本矿区地层情况不熟悉，漏失发生后通常不能对漏失性质、漏层位置等有一个准确的判断，所以堵漏成功率低、堵漏成本高，严重的影响钻探施工的进度和经济效益。

3 孔内漏失的危害性

钻孔孔内发生漏失后，如果堵漏不及时或不成功会给钻探工程带来较多的危害，具体如下：

（1）由于钻孔漏失，孔壁缺少了冲洗液液柱压力的支撑，对于坍塌压力大的地层极易发生掉块、坍塌等失稳现象，从而导致卡钻、埋钻等孔内复杂事故。

（2）由于钻孔漏失，冲洗液液面下降，钻具与孔壁直接接触的面积增大，从而增加了钻具的磨损，大幅降低了管材的使用寿命。

（3）由于钻孔漏失，冲洗液消耗量增大，造成冲洗液材料成本的不断增加。

（4）由于钻孔漏失，需要花费大量的时间和精力去堵漏，严重影响施工工期和施工质量。

4 常用堵漏工艺

钻孔漏失给现场施工造成极大的困扰，严重影响钻探施工进度，所以组织技术骨干力量针对本地区漏失问题进行研究攻关，并通过大量的实践，取得了比较成熟的经验，形成了从漏层情况判断、堵漏方法选择到堵漏现场实施一整套完整的堵漏工艺。

4.1 准确判断漏失情况

（1）记录发生漏失时的相关情况［1］

①确定孔内易发生漏失段的位置；

② 钻进中是否有钻速突然加快或有钻具放空现象；

③泵压变化情况和孔口返浆量；

④ 根据孔内冲洗液液面深度判断动水位和静水位。钻具全部提出后，观察钻杆湿痕计算水位。测绳能够测上时，用测绳测量孔内水位。

（2）漏失层岩心情况

（3）了解钻孔附近地质情况和邻孔钻进漏失情况

综合以上信息，判断漏失层位置、漏失通道大小、地层压力大小等相关情况。

4.2 泾川高平矿区处理孔内漏失的主要方法

（1）套管隔离法

该方法主要适用于钻孔上部黄土层的堵漏，在其他堵漏方法无效的情况下可采用。

（2）水泥堵漏法

水泥堵漏法具有货源广、成本低、使用方便、强度高等优点。尤其是对漏失层位较深，无法准确判断漏失层位置，该方法成功率较高。使用水泥堵漏时应注意水泥的流动性、初凝时间及替浆量的计算，防止钻杆被水泥浆固住。

（3）惰性材料堵漏法

本矿区常用的惰性材料有植物果壳、工业废料和某些矿物原料。经过粉碎，分选制成不同规格的粉状或纤维状材料。惰性材料堵漏法具有成本较低、操作简单、堵漏风险性较小等特点，对于一般性漏失，使用此方法成功率较高。

根据不同的漏失情况，施工时可选用以下几种不同方法：

①循环堵漏法。该方法适用于深孔段的渗漏地层，将粒径小于3mm的惰性材料加入冲洗液中，加量为冲洗液总方量的2%～3%，随冲洗液循环起到堵漏作用。

②泵灌堵漏法。该方法主要针对中等漏失或大漏失地层。当孔口基本不返冲洗液时，则需要采用此方法停钻堵漏。先将光钻杆下到漏失层位上部5～10m，用泥浆泵将堵漏浆泵入漏失层，观察到返浆后，则将孔口封住，憋压2～6MPa，1～2h后提钻，最后加钻头下钻扫孔钻进。

③惰性材料加粘土球堵漏法。该方法主要针对大裂隙恶性漏失。首先把惰性材料与粘土或水泥混合制成粘土球，漏失层位比较浅时，可从孔口把风干的粘土球直接投入孔内，漏失层位较深时，则需要将粘土球装入岩芯管，用岩芯管送入漏失层才能起到堵漏效果。

（4）高粘堵漏剂堵漏法

高粘堵漏剂主要采用黄原胶、羟乙基纤维素和阳离子聚合物等高粘处理剂。一般在700mL清水中加入1.4g高粘堵漏剂，搅拌30min，测试其漏斗粘度达到100s以上。该堵漏剂进入漏失通道后能与孔隙岩石牢牢地粘附在一起，阻止冲洗液继续向深处流动。该堵漏剂具有较高粘度，其进入漏失通道后可形成胶冻状态，能够降低冲洗液的流速直至停止。这种方法在深孔段渗透性漏失地层中堵漏效果明显，对于大的孔隙或裂隙漏失也可加入锯末、果壳等惰性材料，效果会更理想。

（5）膨胀堵漏剂堵漏法

膨胀堵漏剂是一种白色颗粒，其吸水量是自身的质量50～100倍，膨胀量可达到是自身的体积的10～15倍，吸水膨胀时间约5～10min。该堵漏剂进入漏失层后能够吸水膨胀直至塞满封闭漏失通道，从而起到堵漏的作用，适用于大裂隙漏失。

5 具体施工实例

泾川高平矿区钻孔漏失最严重的钻孔主要分布在48线、50线和52线三条勘探线上。这里以具有代表性的X4806、X5004、X5205三个钻孔为例，对堵漏工艺进行介绍。

（1）X4806孔堵漏情况

X4806孔设计孔深1460m，施工日期2012年7月6日～2012年12月25日。该钻孔在前期施工的过程中由于堵漏方法不当，造成700m深的钻孔报废，耗时88天。挪孔钻进后，在黄土层再次遇到严重漏失，吸取前次教训，决定采用套管封隔法，将黄土层钻穿后，下入Φ160的套管封闭黄土层，彻底解决上部地层漏失问题。

当钻进到孔深568.52m时，钻具突然放空，孔口冲洗液失返，测不到水位。根据上述情况判断漏失层位于钻孔底部，属于大型裂隙漏失，决定采用水泥浆堵漏法。配制水灰比为0.6的水泥浆，并在水泥浆中加入2%的氯化钠，在钻穿漏层2m后，将水泥浆泵入孔内。采用这一方法堵漏效果明显，冲洗液返出量约为泵量的2／3。由于冲洗液消耗量依然较大，在冲洗液中补入高粘堵漏剂和锯末随钻循环堵漏，当钻进至孔深610.62m时，孔内冲洗液上返正常。

当继续钻进至孔深705.48m时，孔内又出现漏失，但是在该层位取的岩心非常完整。经过分析，该层位发生漏失可能性极小，漏失层应该还是位于孔深568.52m处的漏失层。最后研究决定进行扩孔施工，将孔径由原来的Φ113扩成Φ146，扩至孔深620m，在620m位置架桥，用高强度水泥加2%氯化钠配制成的水泥浆封堵至孔深500m的位置，水泥凝固后用Φ98钻头钻进。在后续的施工过程中，孔内再没有发生漏失，直至终孔。

（2）X5004孔堵漏情况

X5004钻孔设计孔深1420m，施工日期2012年10月5日～2012年12月29日。该钻孔钻进至孔深90m时发生漏失，顶漏钻进至孔深120m，冲洗液失返，采用惰性材料和粘土球堵漏法，经过五天的封堵，冲洗液返量正常。在白垩系地层中钻进时，冲洗液渗漏严重，把高粘堵漏剂和锯末补入到冲洗液中，采用随钻循环堵漏法封堵漏层，大大降低了冲洗液消耗量，取得了很好的效果。

（3）X5205孔堵漏情况

X5205钻孔设计孔深1350m，施工日期2012年9月13日～2012年12月5日。该孔钻进至孔深120m时发生漏失，顶漏钻进至孔深130m时冲洗液失返，采用孔口投干料的堵漏方法，封堵住了漏层，冲洗液返量正常。钻进至孔深230m时，孔内又发生了严重的失返漏失，经过反复堵漏，堵漏效果不太明显，为了防止黄土层坍塌造成事故，最后决定采用套管封隔黄土层。当钻进至孔深560.58m时，孔内又出现失返漏失。根据取上岩芯分析，该层位有大量裂隙存在，所以在冲洗液中加入锯末、果壳、石灰石粉等一些惰性材料配合膨胀堵漏剂，一起注入漏失层，返浆后把孔口封住，蹩压2h，压力3MPa，起钻加钻头扫孔钻进，冲洗液上返量基本正常，堵漏非常成功。

6 结语

（1）钻孔漏失不仅严重影响岩心钻探施工的正常进行，增加钻探施工的难度和成本，降低钻进效率，还容易引发严重孔内事故，甚至造成钻孔报废，危害性极大。

（2）在岩心钻探施工中，应高度重视钻孔的防漏、堵漏问题。发现孔内漏失，应综合分析孔内情况，采用合理堵漏方法，及时进行有效的处理，以预防由此而引发的孔内事故。

（3）通过在泾川高平矿区的成功堵漏实践证明上述堵漏工艺针对该矿区是非常有效的，可以进行推广示范。

［1］鄢泰宁.岩土钻掘工程学［M］.北京：中国地质大学出版社，2001.

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［3］王发明，石永泉，韩永昌.大裂隙岩溶地层的有效钻孔堵漏方法［J］.探矿工程，2007（3）：15-17.

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