云池口尾矿区钻孔护壁堵漏技术的实践

■王建民

（安徽省煤田地质局第三勘探队安徽宿州234000）

云池口尾矿区钻孔护壁堵漏技术的实践

■王建民

（安徽省煤田地质局第三勘探队安徽宿州234000）

长期以来，复杂地层护壁堵漏为钻探工程造成了极大的挑战。文章通过介绍矿区复杂地质情况，分析矿区漏失层的确定、矿区钻孔护壁堵漏方法，对水泥护壁堵漏在ZK1孔中的应用展开探讨，旨在为相关人员基于矿区复杂地质情况、矿区漏失层的确定及矿区钻孔护壁堵漏方法的云池口尾矿区钻孔护壁堵漏技术实践研究适用提供一些思路。

云池口尾矿区 钻孔 护壁堵漏

0 引言

伴随社会经济的快速发展，浅层钻探变得越来越少，钻探工作不断转至深孔钻探、海上钻探等存在复杂情况的方向。钻探工作作为一类风险性高，且隐蔽的工程，孔内事故在钻探期间不可避免。在地层复杂、环境多变的隐蔽空间，作业状况极为恶劣，不论是哪一个变量转变，均存在可能导致井内事故。再加上，事故通常出现在井内较深位置，无法展开直接观察，仅可凭借经验展开判断、评估，况且过去很长一段时间钻探行业一直处于发展瓶颈阶段，在人才、技术等相关方面均未做到很好的推陈出新，使得事故一经出现总是猝不及防。文章自江西瑞昌地区某一相对复杂地层出发，就钻探工作存在的护壁毒堵漏情况展开初步研究，针对各种地层情况，展开调查、测试，经对相应地层情况展开分类、分析，然后制定处理方案，进而对处理对策展开对应机理方面的技术探讨。

1 矿区复杂地质情况

云池口尾矿库地处赣北瑞昌市白杨镇云池口村，南距瑞昌市10公里。交通十分便利，公路、铁路、水路在期间四通八达。云池口尾矿库处在北矿带东面近SEE方向溶蚀浸蚀沟地段，发现的断层大致可分成6条，逐一是F1、F2、F3、F4、F5以及F6断层。断层、节理属于岩层受到不良影响所形成的结构，其使得岩石各向异性、不均匀性变得进一步显著，对钻进存在下述几类影响：

（1）孔壁缺乏稳定性，极易引发掉块、坍塌现象，一旦护壁手段不得当，便会造成钻具回转阻力大，泵压高，钻进效率降低等问题，进一步引发卡钻、烧钻及钻具脱落、折断等孔内事故。

（2）断层、节理的产生造成岩石孔隙度提升，各种水平地对钻孔冲洗液进行消耗。倘若断层、节理属于开放或连通的，便会转变成冲洗液、地下水的活动通道，在相互失衡状况下，引发冲洗液、涌水很大程度漏失，使得钻进无法有序展开[1]。

尾矿库场地地层由北朝南，分别包括泥盆系上统五通组，石灰系中统黄龙阶，二叠系下统栖霞阶，局部地段存在演讲岩体外露。场地中、南面属于覆盖型灰岩区，下伏基岩是二叠系、石炭系灰岩，区域极易发生岩溶地面塌陷。北面为晚泥盆系五通组含砾石英砂岩、石英岩及晚志留系纱帽组砂岩。结合钻孔得出，尾矿库场地岩层、土层由上至下包括：耕土、砾砂、粘土、粉质粘土、二叠系下统栖霞阶灰岩、二叠系下统茅口阶灰岩、志留系上统纱帽组砂岩、泥盆系上统五通组砂岩[2]。

2 矿区漏失层的分析

要想处理好漏失情况，就必须要对矿区漏失层进行分析确定。

第一步要对漏层顶部、底部所处区域展开分析。

第二步要对其是何种属性特征展开分析。

第三步对完全钻穿漏层可靠对策展开分析。

最后一步对堵漏计划、技术策略进行明确选取。

矿区漏失层的确定，可采取各式各样的方法，现阶段多应用的是观察法和物探法，应用观察法经由对钻进情况进行观察，可判定自然形成的洞穴、裂缝等相关漏层方位，就好比经对自然形成洞穴后，一般情况下钻井液会出现突发漏失，同时存在扭矩扩大等现象。物探法在研究钻孔漏失方面成效显著，并积极促进着基础研究技术发展[3]。

此次物探勘察是为了对各方面地质情况诸如地下岩溶、断层破碎带及隐伏构造等进行初步探明，作用于为相关试验开展带来各项有价值数据参考。自矿区地质情况、任务性质出发，本次物探工作开展勘探主要选取地震波法、高频大地电磁测深法及天然电场选频法动态信息等物探法，同时在钻孔内测试每一地层对应物理力学参数选取激电测井、全波声波测井以及波速试验。其中，地震波法多用于消除基岩风化程度、覆盖层厚度以及破碎带等相关问题，高频大地电磁测深法主要探明地下岩溶、断层破碎带及隐伏构造等[4]。

3 矿区钻孔护壁堵漏方法

3.1 钻孔漏失的原理

钻孔漏失本质原因为对岩层而言孔内液注出现了压差，及岩石自身存在漏失通道。钻孔漏失的原理可划分成两个方面。

3.1.1 地质、水文地质情况的钻孔漏失原理

受地质、水文地质情况影响，岩层中伴随裂缝、空隙及洞穴的大小、上腹岩层的含水情况等，为钻孔漏失创造了客观前提，同时漏失通道的存在及对应情况是钻孔漏失出现的重要原因。

3.1.2 技术方面的钻孔漏失原理

钻孔漏失受一系列技术因素影响，包括冲洗介质、冲洗手段类型及参数选取是否科学，升降作业操作是否得当，钻具转速、钻井液沿环空流动速度选取是否准确等。这一系列因素同样是钻探事故中十分常见的事故原因。

3.2 堵漏设计方案选择

3.2.1 采取科学钻孔对策，改善钻井液功能属性

该种手段可应用在对渗透性孔隙地层漏失进行封堵，为了缩减地层出现漏失的可能，可选取对钻孔技术参数进行重新设计、对各方面技术参数进行重新调整及缩减钻井液密度等。

3.2.2 静止堵漏

该种方法通常可应用于钻进期间受作业操作不规范影响使得地层出现裂缝、钻井液密度偏大使得液注压力破裂地层、深孔孔段出现钻孔流失等突发或不管什么原因引发的钻孔漏失。此类方法应当强调的是一经出现钻孔漏失便要即刻终止钻进，于漏失孔段把钻具取出，静止8～24小时范围的时间；如果在技术套管中，无需取钻井液进行灌注，如果在裸眼井中，那么一定要适时取钻井液进行灌注，并确保液面始终维持于套管中[5]。

3.2.3 桥接材料堵漏法

该种方法指的是把各种尺寸、形状的惰性材料，结合各种现象，采取相应的堵漏材料级配及质量分数，根据各种配方添加在钻井液内，借助挤压法将漏层直接注入的一类堵漏策略。此类方法尤其适用于试压期间发生的钻孔漏失，堵漏成效十分明显。现场选取桥接材料时，桥接材料级配及加量与漏层属性相互关系，见表1。

表1 桥接材料级配及加量与漏层属性相互关系

上述各类方法都属于在复杂情况下有效的处理护壁堵漏事故方法，而钻孔护壁堵漏方法的有效选取应当结合岩层情况、地下水情况、护堵材料及堵漏工具等实际情况展开。

4 水泥护壁堵漏在ZK1孔中的应用

4.1 堵漏对水泥性能的要求

水泥的性能应当有着良好的可泵性、流动性及可调性。水泥可泵性、流动性与灌注方法、孔深及灌浆量等存在紧密的关联，需要水泥可泵性能够按照灌注方法、孔深及灌浆量等相关因素展开适当区间的调整。可通过改变水灰比大小或者添加外渗剂，来调节水钻井液的流变性。同时，水泥应当具备适当的凝结时间，且同样是可调节的，就符合灌注时间而言，伴随孔深、孔内温度及灌注量等转变，对初凝时间进行调节，而调节方法包括添加水泥早强剂、速凝剂等。

因此，为了实现护壁堵漏全面工作开展，一定要结合施工实情选取适用的水泥种类，就好比常规硅酸盐水泥等，施工作业期间选取各种水泥外加剂来对水钻井液、固结性能进行调节或改变[6]。在护壁堵漏中较为常用的水泥有硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥以及油气水泥等，水泥有着十分多的种类，现根据组成矿物、用途、成分性能等对水泥展开分类，见表2。

表2 水泥的分类

4.2 水泥配方

经调查现阶段市场上可购买到的水泥外加剂，结合水泥配方试验参考掺量及相关方法开展试验，最初选定了由上海某企业生产的高效早强减水剂、广西某企业生产的强力堵漏剂，选取常规R425硅酸盐水泥用以实验材料。经由采取分布均匀法得出结果，水泥干粉同高效早强减水剂、强力堵漏剂进行匀称相混，形成的水泥净浆外加剂用于钻孔护壁堵漏，当高效早强减水剂掺量在5.0%之上时效果相对可观，见表3。

表3 水泥配方实验方案表

4.3 工程实践应用

结合ZK1孔实情，决定选取水泥开展护壁堵漏，首先进行水钻井液搅制，调节0.6的水灰比，配比选取12.7%高效早强减水剂+21.3%强力堵漏剂，0.6水灰比钻井液泵送浆关灌注。然后，展开通孔，在75.2～120米获取全面灰心，有着相对高的强度。受灌注过程中灌浆量太高影响，使得此次水泥护壁不满意，但是钻孔内塌陷、掉块等情况得到一定消除，矿区相关管理人员心存侥幸，引发安全事故。经对事故进行处理之后，又一次展开水泥灌注，选取同一比例对水钻井液进行再一次调配，直至160米可获取相对全面的灰心，岩心各方面强度相对较高，护壁满意。

4.4 相关注意事项

水泥护壁堵漏在ZK1孔中的应用，有着多方面的注意事项。

4.4.1 灌注期间灌浆量太高注意事项

就灌注期间灌浆量太高使得此次水泥护壁效果不佳而言，可于要进行注浆的孔段处制作一个假孔底，并封住灌浆管底部，下入至假孔底上方10～20厘米位置，一旦灌注水钻井液到达相应程度后可自行开启，于钻孔内不断由水钻井液灌入，并将其填满。等到该项工作开展结束后，把灌浆管提至水钻井液上方位置，自井口灌入约20升的浓PHP和锯末混合物，后选取孔口封闭方法进行加压[7]。

4.4.2 孔壁坍塌注意事项

受孔壁坍塌影响，使得孔径变大，孔壁产生大空腔，特别为产状陡立式大空腔时，水钻井液无将空腔内的钻井液充分排除，造成大多孔壁坍塌部分无法获取水泥的固结，导致注入的水泥出现钻孔过深或护壁成效不佳情况，大溶隙岩溶地层，水泥护壁堵漏不适用于此类地层。

4.4.3 大裂隙引发恶性漏失注意事项

就大裂隙引发恶性漏失而言，可选取水泥+高效早强减水剂+强力堵漏剂进行护壁堵漏，尤其是针对存在地下水活动的漏失通道，堵漏成效更为显著[8]。选取水泥+高效早强减水剂+强力堵漏剂堵漏需要充分结合漏失通道的特征、所处部位，同时要明确准确的注浆压力、注浆量最大值。

5 成果与总结

总而言之，钻探工作作为一类风险性高，且隐蔽的工程，孔内事故在钻探期间不可避免。在地层复杂、环境多变的隐蔽空间，作业状况极为恶劣，不论是哪一个变量转变，均存在可能导致井内事故。再加上，事故通常出现在井内较深位置，无法展开直接观察，仅可凭借经验展开判断、评估，况且过去很长一段时间钻探行业一直处于发展瓶颈阶段，在人才、技术等相关方面均未做到很好的推陈出新，使得事故一经出现总是猝不及防。相关人员务必要不断钻研研究、总结经验，明确认识护壁堵漏的基质，全面分析护壁堵漏一系列类型地层中的特征，制定科学合理的技术处理对策，积极促进钻探技术有序健康发展。

［1］占样烈，徐力生，李月良.SM植物胶钻井液的流变性分析与探讨［J］.地质与勘探，2010，46（2）：343-347.

［2］Abdel Rahman，K：Katter.Facing the drilling and blasting challenges at the Helena quarry in Egypt［J］.Journal of Explosives Engineering，2008，（25）：14-16.

［3］肖丰伟，郑晓良，李超，戴红专，廖曦文，高志俭.嵩县槐树坪大型金矿复杂地层泥浆及护壁堵漏技术［J］.探矿工程:岩土钻掘工程，2014，（2）：29-32.

［4］首照兵，陈礼仪，张统得，李德新，徐朝伟，杨刚.攀西钒钛磁铁矿整装勘查复杂地层钻探护壁堵漏技术［J］.探矿工程:岩土钻掘工程，2012，39（2）：31-34.

［5］王胜，汪靖扉，陈礼仪，张川，万宇豪，刘建成.硅酸盐-硫铝酸盐水泥基钻孔护壁堵漏材料的研制［J］.科学技术与工程，2015，（33）：162-163.

P624[文献码]B

1000-405X（2016）-5-470-2

刘向前（1984～），地质矿产工程师，研究方向为地质生产。