复杂地层钻探护壁堵漏工艺研究与应用

闫利敏

【摘 要】对钻孔漏失进行护壁堵漏工作在钻探工程施工过程中会经常被用到，尤其是在复杂地层的钻探施工当中，经常会出现严重的漏失现象，容易发生安全事故。本文针对复杂地层钻探护壁堵漏工艺本身及其应用进行探究。

【关键词】复杂地层;护壁堵漏工艺;研究;应用

护壁堵漏工作在钻探工程施工中占有重要地位，它可以对矿产资源开发利用效果造成一定影响。护壁堵漏问题的有效解决，可以对我国资源稀缺的现状起到缓解作用。水泥—粘土浆液对于复杂地层钻探护壁堵漏具有很大的应用价值。

一、工程背景

在我国某省的一个矿区中，出现了两处断裂，其中一处是南北向，另一处是北东向。不同断层对矿区造成了严重影响，断层的破碎带宽度为10—58米，岩心处相对于其他位置的破碎程度更加严重。因此导致不同程度的漏失情况在矿区内的大部分钻孔中都有出现，使其无法返水，处于下方的构造破碎带因为钻进憋泵问题，起钻和下钻都受到一定阻碍，比较容易引起安全事故的发生。在这个矿区内有三条勘探线，漏失情况在其中的多数钻孔内都有发现，由于受到标高位置造成的影响，实际的漏失情况也各不相同，其中有一部分是中等漏失，其余是全孔漏失。所以，应根据钻孔漏失情况的不同，进行不同护壁堵漏技术的研发用于修复此矿区内的钻孔漏失问题。如图1，地层钻探护壁堵漏施工现场。

二、复杂地层钻探护壁堵漏工艺

1、一般漏失处理工艺

对于钻孔漏失现象不严重的情况，采取一般的漏失处理工艺就可以达到补漏的效果。比如可以采用随钻堵漏技术，此技术具体的实施步骤为：在冲洗液中加入803或801堵漏剂，然后再加入到經过处理的锯末中，在进行钻井的过程中随时进行堵漏处理。如果这种方法无法达到较好的处理效果，就可以选择专用的堵漏剂来进行堵漏。其具体操作流程为：在PHP溶液中加入一包堵漏剂，使其充分溶解，然后在里面加入适量的岩粉并搅拌均匀，应确保具有比较好的混合粘度和柔软度，再利用漏斗将混合液倒进钻杆中，把主动粘杆合上，最后通过泥浆泵将其送到孔内。需要注意的是在进行钻孔的过程中需要不断的进行冲洗，避免堵漏剂将钻杆卡住。一般情况下，如果漏失情况不严重，在操作完后十分钟到二十分钟就可以看到明显效果。

2、全孔漏失处理工艺

针对全孔漏失，一般的漏失处理工艺已经无法对其进行有效处理，达不到全孔漏失处理工作的要求，此时应采取综合补漏措施。综合补漏措施比一般补漏措施的效果要好很多，具体的实施步骤如下：可以将一包或者两包堵漏王加入到充分溶解后的PHP溶液中，再将适量锯末加入到溶液中，经过混合后的堵漏材料应保证具有较大的粘度和柔软度，每次用量应控制在200—350L。再利用漏斗将混合液倒进钻杆中，把主动粘杆合上，最后通过泥浆泵将其送到孔内，然后把孔内钻向外提起，其深度应在10米到20米范围之间，再把具有较大浓度的泥浆倒进孔内。等待2—4小时以后，再下钻冲扫到孔的内部，如果起到的效果不甚理想，可以重复上述操作一次或两次。如果重复后仍然无法对漏失进行很好的处理，就只有采取水泥封孔堵漏，水泥封孔堵漏虽然效果很好，但是需要等待较长的时间。从此矿区的实际情况来看，候凝24小时以后可以进行扫孔处理。此处需要注意，应选用高标水泥进行封孔工作，水灰的比例还要控制在0.4—0.5之间。另外，应及时探测孔内水泥浆的封闭位置，一般情况下在进行20小时的封孔后，可以通过打捞棒来测试水泥浆凝固面。

三、水泥—粘土浆液实验

1、水泥—粘土浆液

首先，选择普通硅酸盐42.5水泥作为制备浆液所用的材料，膨润土是钙基膨润土，矿物成分包括77.2%的蒙脱石、15.4的石英石以及5.6%的方解石，水玻璃的波美度是40，模数和密度分别是3.5和1.28g/ml，选择的是FDN高效能减水剂。其次是它的配置方法，把适量的水泥和水进行充分的搅拌，用低速搅拌三分钟，再将适量的粘土加入进去，继续低速搅拌五分钟，在搅拌的同时还需要往里面加入适量的减水剂和水玻璃，并进行三分钟的低速搅拌，最后经过一段时间的静置，复合水泥浆液就会形成。接下来进行浆液性能的测试，采用金属截锥圆模、水平玻璃板及流动刮刀开始测量流动度，对析水率的测量可以选择量筒作为测量工具。

2、浆液的优化设计

以影响浆液性能的因素和矿区的实际情况为依据，对水泥—粘土浆液进行优化设计，把膨润土加入到上述浆液中，可以提高堵漏能力。通过对浆液的优化，使水灰比为0.53，膨润土为7%，减水剂为0.6%—1.2%，水玻璃为1.8%—2.2%。其性能析水率为4%—7%，初凝时间可以有效控制在4.48—5.29小时之间，最终凝固时间控制在6.4—7.6小时之内，其流动度调整为了170—230mm。

3、护壁堵漏工艺

在对其中一个孔进行施工过程中，首次施工情况具体如下：采用的浆液配方为一立方米浆液和水，36Kg的钠基膨润土，1.8Kg的PMA以及5Kg的防塌剂，缩径和坍塌现象在50米处发生，经观察孔内有比较多的渣滓，后根管进入到60米，用此泥浆配方护壁，达到的效果并不十分理想，发生了严重的钻孔坍塌，由于埋钻没有办法钻进导致钻孔报废。第二次施工是将原来报废的钻孔移位两米重新进行开孔，采用水泥—粘土浆液来开展护壁堵漏工作，收到的效果比较理想。首先根据地层的具体情况和新开钻孔的结构，采用0.036%的PMA和0.6%的高效润滑剂开展顶漏钻井，比较顺利的就进入到80米的地方，并穿过灰岩的漏水地层。漏失比较严重的位置是70—140米的地方，采用水灰比为0.54，水泥含量为92%，膨润土含量为8%，减水剂含量为1.3%，水玻璃含量为2%的水泥—粘土浆液护壁堵漏。堵漏液是通过水泵钻杆进行注入，达到初凝时间之后在拔出钻杆，等过了终凝时间以后在使用S75绳索取钻心钻进孔底，再使用冲洗液进行冲洗，让钻井的工作效率得到明显提升，冲洗液的配方为4.3%的膨润土、4%的碳酸钠、0.4%的纤维素、1.4%的KHM以及0.6%的软化剂。

结语

综上所述，当钻探工程中的地层环境比较复杂时，可能会有漏失程度不同的钻孔存在，在进行护壁堵漏工作时，应对护壁堵漏工艺进行合理选择。通过实验可以得知，水泥—粘土护壁堵漏浆液的应用可以有效提高钻孔效率。

参考文献：

[1]刘丰.满洲里矿区复杂地层岩心钻探水泥浆护壁堵漏的工艺应用[J].中国化工贸易，2018，10（006）：114.

（作者单位：吉林省煤田地质局一0二勘探队）