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分段护壁法在垮塌一漏失地层钻探施工中的应用

发表时间：2020/7/27 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张小红

[导读] 摘要：近年来，随着钻探技术的不断发展，我国在进行钻探施工时涉及的地形情况也变得越来越复杂，而在地层钻探施工过程中，垮塌—漏失就是较为常见的一种现象，而一旦发生类似情况就会对钻探施工产生严重影响。

        陕西省一八五煤田地质有限公司陕西省榆林市 719000
        摘要：近年来，随着钻探技术的不断发展，我国在进行钻探施工时涉及的地形情况也变得越来越复杂，而在地层钻探施工过程中，垮塌—漏失就是较为常见的一种现象，而一旦发生类似情况就会对钻探施工产生严重影响。基于此，本研究就是在此基础上结合相关案例，对分段护臂法在垮塌—漏失地层钻探施工中的应用进行了简要探讨。
        关键词：钻探；分段护臂法；垮塌—漏失地层；应用
        引言
        近年来，在对地质岩心进行钻探施工时，经常会遇到孔壁垮塌的情况，同时还可能出现冲洗液漏失的现象。如若垮塌后的裂隙较小，可以及时使用随钻堵漏剂采取封堵处理。但若垮塌后裂隙较大，或者冲洗液发生全孔漏失的情况，就会加大堵漏工作的难度，而此时若使用顶漏钻进则极有可能会出现孔壁垮塌的情况，并严重影响到钻孔施工的顺利开展。在贵州省某矿区中，经过多年研究与实践，在实践钻探过程中就通过分段护臂法的应用成功完成了对多个复杂地层的钻孔，并总结出了较为实用的施工经验。
        1. 案例矿区简介
        案例矿区主要位于陕西省韩城市境内，为大型的煤炭资源矿区，同时也是瓦斯富集区，周边交通情况良好。近年来，随着中石油韩城煤层气分公司开采力度的不断增大，且设计的钻孔的深度多数都已超过1000米，本区域的地层本就极为复杂，因此在进行钻孔施工时难度也较之以往高出许多。
        1.1钻孔钻遇地层
        勘查区内地层由奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系及第四系地层组成。含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组。
        在钻孔施工过程中，钻遇地层主要为灰岩以及泥质粉砂岩等，而这些岩石地层在遇到水时都会形成不稳定地层，因此不可避免在钻探时就会发生地层垮塌的情况。案例矿区，其深度约为地下450米左右，而此区域中本身就属于溶洞裂隙的发育层。但是在具体的施工过程中冲洗液经常会发生漏失，并最终阻碍钻探施工的顺利开展。而通过钻孔后不难发现，案例矿区钻孔部位的地层主要为水敏性垮塌及裂隙溶洞漏失的复杂地层。
        1.2钻探施工中遇到的困难
        在最初的施工过程中，结合钻孔上部地层的特点，主要使用抑制性泥浆护壁措施，而实践证明这种钻探方法在使用过程中不会造成较大量的冲洗液漏失的情况，并取得了较好的钻进效果。随着溶洞裂隙的不断增大就致使冲洗液在短时间内就大量漏失，在此状况下地层压力也失去了平衡性，并最终对孔壁泥皮产生了破坏。且随之钻孔上部的岩层也开始垮塌，并引发埋钻事故。之后在对此事故处理时，不仅处理过程较为艰难，堵漏工作也不能很好完成，并最终影响了钻探施工的继续。综上不难看出，在进行钻探施工时，钻孔护壁已成为此矿区的主要困难问题。
        2水敏性垮塌+裂隙溶洞漏失地层常规护壁方法
        2.1套管护壁法
        这种护壁法在应用过程中其操作流程主要如下：当发现孔内出现泥浆漏失情况之后立即进行提钻处理，进行扩孔直至孔底，之后再下入套管护壁。但这种护壁却存在两个较为明显的缺点，首先是由于扩孔后孔壁也容易出现垮塌就致使扩孔并不能直达孔底，而且扩孔后泥浆漏失还会抱死下入的套管，并引发下套管事故；其次则是即使套管被成功下入，当完工后拔套管也会变得十分困难，有时还需要在孔内遗留一部分套管，这就需要在使用过程中准备大量套管，而这也必将增加施工成本。
        2.2水泥封堵钻孔
        在采用此护壁法时，即使使用水泥进行封堵，但此过程中还是会存在水泥浆漏失的情况。而为是水泥浆快速凝固，施工过程中往往会添加速凝剂，但此时就会导致钻杆凝固在钻孔中，引发埋钻事故。而要处理埋钻事故则又需要对水泥进行通孔，如此反复直至修复完成不仅会浪费时间，施工成本也会增加。
        3分段护壁法
        鉴于如上两种护壁法的应用效果均不佳，在实际施工过程中尝试使用分段护壁法。而分段护壁法，其实就是指在同一钻孔施工时，同时使用2套或者多套泥浆体系，并最终助力钻孔施工的顺利完成的一种技术手段。
        3.1分段泥浆体系设计
        结合案例矿区的实际地质情况，通过分析后在上部进行钻探时刻使用具有抑制性的泥浆，并对水敏性地层形成抑制作用，从而最终形成泥皮起到护壁的作用。而当钻至钻孔下部时，由于上层的泥浆不能循环，为保障泥皮的顺利形成可在泥浆的配置中适当加入跟多粘土以确保泥浆的稠度。如此一来即使在钻孔下部继续进行钻探时还是会出现冲洗液漏失的情况，但孔壁却较为固定。此时若使用水解聚丙烯酰胺泥浆即可满足施工所需。
        3.2分段护壁法现场具体操作
        首先抽取聚丙烯酰胺泥浆使之通过钻杆流入钻孔底部不断进行循环；之后使用抑制性稠泥浆从钻杆与套管之间的缝隙中流入钻孔内，并在转动作用下形成泥皮，对孔壁进行稳定。
        3.3冲洗液循环方式
        冲洗液循环示意方式详见下图1

        图1 冲洗液循环示意图
        3.4分段护臂法的应用效果
        经过实践应用后，通过分段护臂法新的使用，钻孔施工取得了较好的应用效果，而与传统常规护臂法进行对比，在本案例矿区中，具体对比结果主要如下表1.

        由上表不难发现，经由实践对比后，分段护壁法不仅更加节省台月时间，其台月效率也更高。这表明在复杂地层情况下，分段护壁法具备更加良好的应用效果。
        4体会及认识
        实践证明，分段护壁法不仅可以可以有效满足钻探施工的更多需求，同时还能极大地降低施工过程中存在风险，并有助于提升施工效率，更加节省施工成本。但需注意的是，由于施工过程中泥浆属于直接消耗的施工材料，因此必须要确保泥浆供应量的充足；除此以外，在施工过程中单次建议抽取泥浆时泵量应控制在合理范围内，以确保泥浆不会溢出。
        参考文献
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        [2]杨忠彦,赵吉鹏.多种钻井工艺方法在基岩裂隙水井施工中的应用[J].中小企业管理与科技(25期):307-308.
        [3]张磊.破碎及严重漏失地层岩心钻探工程确保岩芯采取率的工艺方法[J].地球,2016,000(009):171.