贵州岩溶裂隙地层钻探施工堵漏工艺浅谈

董震堃，胥 虹，朱金乐

（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津301800）

贵州岩溶裂隙地层钻探施工堵漏工艺浅谈

董震堃*，胥 虹，朱金乐

（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津301800）

根据在贵州瓮安地区近三年于贵州瓮安各区域施工的经验，分析贵州瓮安地区岩溶裂隙地层的特点及对钻探施工造成的影响，并提出能应对具有这一地层特点并可提高钻探施工效率、减少钻探施工孔内事故的钻探堵漏工艺。

岩溶裂隙；堵漏；贵州瓮安

1 贵州瓮安岩溶裂隙发育地层特点

贵州瓮安地区是典型的岩溶地貌区域，近年来随着境内磷矿业的发展，钻探勘察施工工作量逐步进入顶峰。但由于瓮安县独特的区域地质条件和复杂的地层结构，给钻探施工带来了巨大的困难。

1.1 区域地质概况简述

瓮安县磷矿矿区主要分布于瓮安县—福全县境内，矿区位于川黔南北构造带的白岩—高坪背斜上，背斜褶皱呈近南北向展布，同时构造过程中受到应力场干扰发生蛇形偏转。

根据已施工钻孔揭露，矿区内横纵断裂构造发育，在区体内对地层产生了一定的改造破坏。部分区域出现具强烈挤压特征，倾向及倾角都有较大偏转。构造岩主要为角砾岩和压碎岩，镜面及擦痕明显。上部寒武系下统明心寺组多出现含泥质填充物溶洞，寒武系灯影组内多出现大型含水裂隙。

1.2 矿区岩溶裂隙发育地层成因及特点

1.2.1 成因

岩溶裂隙发育的条件可归结为存在可溶性岩石，丰富的地下水及可供地下水流动的通道。

瓮安地区常年多雨，具有丰富的地表水。地层构造过程中产生的节理裂隙面为地下水进入地层深部提供了良好通道，进而地表水沿明心寺组及灯影组地层可溶性岩石的节理裂隙流动而不断地进行溶蚀和侵蚀,形成溶面溶槽，同时向地下深部带入一定量的泥质、碎屑填充物。

钻探施工已揭露白云岩地层普遍存在溶蚀造成的刀砍状溶纹和溶蚀晶洞很好地佐证了该地区岩溶裂隙存在的事实。

1.2.2 特点

该地区岩溶裂隙地层特点主要表现为：

（1）厚度大，明心寺组可溶性碳酸岩厚达100～200m，而灯影组厚度达200～300m。

（2）发育程度高，可对钻探施工带来显著影响的溶蚀通道每隔数十米甚至数米频繁出现，且通道直径现多数在2mm以上，施工中甚至出现15cm以上溶蚀通道。

（3）具有一定贯通性，可溶蚀地层本身存在相互贯通的部分通道，同时钻探施工可将上下部岩溶裂隙水贯通。

（4）承压水，钻探施工中多数岩溶裂隙水由一定的承压性，静止水位高于漏失层的情况常见。

2 岩溶裂隙地层对钻探施工造成的影响

2.1 地层因素的影响

（1）矿区地层倾角较大，钻探施工过程中如果控制不当，很容易产生偏斜。部分泥砂岩胶结松散。

（2）冲洗液冲刷过程中或钻孔漏失造成孔壁失稳情况下容易发生塌落剥蚀。

（3）钻遇较大的岩溶裂隙通道和溶蚀晶洞过程中发生跳钻的可能性增加。

2.2 岩溶裂隙水的影响

岩溶裂隙水的发育伴随着大量溶蚀通道，极易出现严重漏失，给钻探施工带来钻井液成本急剧升高、工人劳动强度增大、钻进效率低下等施工难题。此外，由于严重漏失进而诱发烧钻，埋钻钻孔事故的可能性大幅增加。

而采用水泥封孔的方法，极大地增加施工的时间成本，且在漏失反复出现的地层中封孔反而增加了钻孔事故的可能性。

综上所述，解决岩溶裂隙地层钻进问题的根本为制订出一套有效应对该地层特点的堵漏工艺。

3 岩溶裂隙发育地层堵漏工艺措施

3.1 岩溶裂隙地层漏失特点

漏失频繁，在一个钻孔施工中，在厚达几百米的可溶性岩层内，可能随时发生漏失情况，这就要求所配置钻井液具有一定的预防漏失效果。

漏失情况复杂，钻探施工过程往往因为漏失层的岩溶裂隙水压力小于钻孔液柱压力而发生压差类型漏失。因此，应对岩溶裂隙地层地区钻探施工需要有良好预防漏失、稳定孔壁的优质泥浆。而微泡沫泥浆在性能参数上可有效应对此类地层。

3.2 应对漏失的泥浆工艺措施

综合岩溶裂隙地层漏失频繁复杂等特点，需配置具有一定预防漏失且配置成本低廉的泥浆。

3.2.1 微泡沫泥浆在岩溶裂隙地层中的使用

根据现场施工情况，微泡沫泥浆可有效地减少钻孔漏失程度，节约漏失钻探成本。

配方：膨润土3%～4%，聚丙烯酰胺0.05%，纤维素0.5%，泡沫剂0.5%～1.5%。

性能：比重0.7～0.9；漏斗粘度：30～45s；表观粘度30～65cp；动切力12～16Pa；失水量不大于10mL（30min）。

微泡沫泥浆中泡沫微观状态如图1所示。

3.2.2 微泡沫泥浆的优点

（1）微泡沫泥浆低速剪切粘度高。进入岩溶裂隙通道后钻井液流速下降，粘度急剧上升，有效地减小漏失情况。

（2）微泡沫泥浆比重相较其他普通泥浆更小，能有效地平衡岩溶裂隙水之间的压力差，减少漏失现象。

（3）在钻孔液柱与岩溶裂隙水之间的压力差促使微泡向漏失前缘移动，产生封隔效果，阻止滤液进入地层。

（4）由于微泡沫泥浆比重较小，孔底岩石在应力释放的趋势下更易破碎。可有效增长钻头寿命增加钻进效率。

（5）因冲洗液比重小对岩芯造成的冲蚀作用弱，能有效地增加破碎地层取芯效率。

（6）岩溶裂隙地区地下水富含钙镁离子，微泡沫泥浆可有效抵抗钙镁离子对泥浆性能的破坏。

图1 微泡沫泥浆微观状态

3.2.3 泥浆调控的重要性

在岩溶裂隙地层施工的过程中，如果不能良好地控制保持泥浆性能指标，往往会造成已经封堵住的漏失层位发生二次漏失的情况。

在使用微泡沫泥浆的过程中，要随时观察测量泥浆各项性能，及时补充泡沫剂，确保压力差随时稳定在稳定范围内。同时由于泥浆比重较小，需要保持泥浆具有一定的粘度，地层掉块剥落情况发生。

3.3 对堵漏方法的革新

3.3.1 常规水泥封孔存在的问题

实际施工中，如在岩溶裂隙地层钻遇大型岩溶裂隙通道时，往往采用常规水泥封孔效果并不显著。封入孔内的水泥由于比重过大很快漏进漏失通道中，造成封孔失败。而单纯利用早强水泥或使用泡沫水泥封孔往往会降低水泥封孔成功率，造成二次漏失。

所以在岩溶裂隙地层封孔需要准确地计算钻孔内液柱与漏失层位岩溶裂隙水的压力关系，并按照计算结果调节水泥浆浆液的性能，两者尽量达到平衡。促使水泥浆在凝固过程中处于基本平衡状态。

3.3.2 对水泥封孔堵漏的更新

（1）封孔前的准备：确认漏失位置，判断漏失孔径大小，准确测量钻孔漏失后安定水位。并通过计算分析漏失位置承压大小，反复冲洗封孔段。

（2）简易相关计算：

漏失位置岩溶裂隙水压强：T=Pg（H-h）

替水量计算公式：G替=K(H-h)Q+G地

压力差计算公式：T=T1+T2

综合上述公式可得出封孔所需水泥浆密度计算公式为：

式中：Ρ水泥——需配置水泥的密度；

P1——岩溶裂隙水密度；

h——安定水位深度；

H——漏失位置深度；

k——压水系数，浅孔取0.95，深孔取0.9；

q——钻具每米容积；

G——地面管路容积；

Q——钻孔理论一米容积；

r——钻孔超径系数。

根据上式计算不同岩溶裂隙水压力情况下所需配置的水泥浆溶液，随后根据计算结果加入调节材料在允许的水灰比范围内合理调节水泥浆性能，可大幅增加水泥封孔成功率。

3.4 结论和存在的问题

在长期施工过程中，我队总结出以优质泡沫泥浆为初步抑制漏失手段，配合以常规惰性材料堵小漏，以计算辅助确定大型岩溶裂隙通道封孔水泥浆性能的一套堵漏工艺。在该地区取得了较好的效果。

但上述堵漏工艺措施存在一定的局限性。首先，微泡沫泥浆由于比重小的原因在应对少数易发生严重掉块或塌孔的构造孔效果较差。其次，微泡沫泥浆在使用普通BW系列泥浆泵循环过程中，如水泵密封不好，极大地增加了烧钻的可能性。再次，使用水泥封孔在遇到反复漏失段地层极大地增加了时间成本，需要寻求更好的堵漏手段。

4 结语

在岩溶裂隙地层中进行钻探施工，能否解决漏失问题，直接关系到钻探施工的效率快慢和成本高低。经实践施工证明经过统计，采用微泡沫泥浆，施工台月效率由678.5m/（台·月）上升至895.3m/（台·月）。每米泥浆成本由14.8元/m下降至9.36元/m。提高了施工效率，节约了施工成本，减小了工人劳动强度。

经过经验对比，使用微泡沫泥浆比采用常规低固相泥浆或无固相泥浆漏失率下降了65%，经过计算后采用材料处理过的水泥浆封孔成功率提高了50%。

充分了解岩溶裂隙地层特点，分析钻探施工中所遇问题与地层特性之间的关系，是寻求更好应对岩溶裂隙地层方法的制胜法宝。

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1004-5716(2015)01-0029-03

2014-02-28

2014-02-28

董震堃（1988-），男（汉族），河北阳原人，助理工程师，现从事钻探施工技术工作。