黑龙江省地球物理地球化学勘查院 黑龙江省哈尔滨市 150036
摘要：随着经济的快速发展，国民经济的快速增长，对矿产资源的需求不断增加，能源紧张程度不断加剧，国家也在积极开展新一轮矿产资源地质勘查，加大能源开发力度，缓解当前的能源紧张状况。在矿产资源地质勘查中，钻探技术是进行地质勘查的重要技术支撑和重要技术手段。特别是钢丝绳取心钻进技术在地质勘探中有着非常广泛的应用。分析了水泥堵孔在钢丝绳取心钻进中的应用。
关键词：固井堵孔；钢丝绳取心钻进；应用；分析
1设备的合理选择和应用
矿区共施工6个钻孔。所有的钻孔都遇到了渗漏和坍塌的问题，在施工过程中，一些材料，如锯末、复合惰性材料、堵漏剂、棉花和粘土沥青球等都被试过堵漏。由于该区上部翠屏山组地层段大中型裂缝发育，裂缝较密集，加之封堵材料昂贵，成本较高，效果不好。为此，采用套管隔离和水泥封接的方法控制孔内漏失，采用扩眼下套管隔离的方法控制孔下较硬地层的漏失和坍塌。根据岩石裂缝、渗漏、孔深、水位发育程度，采用42.5r普通硅酸盐水泥一段钻完后封孔一次。每次封孔截面不宜过长。否则，由于等待时间长，水泥柱石底部容易钻分支孔。如果每个密封孔截面太短，则应经常穿透密封孔。占用时间更长、影响效率。经过多次试封，认为一般封隔段宜采用30.50m。经多次钻孔封堵，能有效穿越翠屏山组地层，渗漏、坍塌问题基本得到控制。例如：在618.55米的最终孔深613.3米的102钻机建设。翠屏山组厚315m，砂岩厚178.5m，断裂带厚62m。上部76米扩孔和下部套管隔离，下至315米共堵水泥5次，水泥用量5T，封孔247小时。砂岩段从258.6m到284.54m，整个泄漏发生在泵启动过程中。停泵时，井中涌出的水高1：3，冲力50。涌出的水是1.72毫克每小时。采用水泥封堵后，未发生涌水渗漏。钻孔效率为42孔×295M。106钻机，终孔深782.05m。翠屏山组厚329m，其中砂岩厚189.59m，断裂带厚46m。由于上部岩石坚硬，套管仅下降53 m。329m～329m共封孔7次，水泥用量7t，封孔时间501h。受其他因素影响，停钻事故历时342小时。这个孔的钻探效率只有195.5米。由于水灰比偏高，速凝早强剂的掺量较小，等待时间较长（>；32h），时间较长，影响钻井效率。在随后的4个钻孔中，总结经验，降低水灰比，增加速凝早强剂用量，缩短封孔时间16～20h，处理效果更为显著。4个钻孔平均钻进效率350.5m，钻进效率提高44%，取得了较好的经济效益。
2水泥堵漏护壁的原理
2.1原则。
普通硅酸盐水泥的凝结硬化过程是水泥和水的混合。水泥浆在凝结硬化过程中，会发生剧烈的化学反应和物理状态的变化。水泥浆的凝结硬化过程按习惯分为溶解期（配制期）、胶凝期（凝结期）和结晶期（硬化期）三个阶段。利用这种水泥水化、凝结硬化的物理化学变化过程。裂缝、破碎地层的水泥固化，起到了封堵护壁的作用。煤田地层多为裂缝性渗漏，渗漏部位和程度差别很大，从渗透性渗漏和裂缝性渗漏到小溶蚀裂隙、大裂隙和空间裂隙渗漏。洞内的静态水位从几米到100多米不等。在某些井段，涌水与漏水并存，或钻遇或停钻时，或漏大于涌或涌大于漏。因此，水泥固化硬化工艺更适合解决钻井漏失问题。它不仅对距离较大的中小裂缝损失带具有良好的封堵效果，而且可以封堵共存的涌水，用于封堵较大的裂缝或孔隙。在长距离裂缝堵漏中，宜采用随钻随封。用水泥浆封堵大裂缝或空隙时，必须严格控制空隙内水泥浆流失的速率和范围，既要保证空隙内水泥浆的慢流速度低于充填速度，又要保证先注入的水泥浆在慢流过程中迅速凝固，为了最大限度地控制水泥浆的损失范围，避免被动力冲走。通过控制早强剂的品种和掺量比例，可以控制水泥浆的凝结时间。常用的速凝早强剂有食盐和三乙醇胺。
2.2水泥浆液的配比.
准确的水灰比是关系到水泥浆液灌注成功的关键。水灰比选择依灌注方法略有不同．如水泵灌注法为0．5～O．55，孔口漏斗钻杆灌注法为O．45～0．50。水泥用量计算应视岩石裂隙大小和孔径来计算。如绳钻钻杆为卵Imm，钻头外径为卵7mm。一袋水泥灌注长度为2．5—4m。加入的速凝早强剂食盐和三乙醇胺。按水泥重量比计算。以我们施工的6个钻孑L为例．前2个钻孔食盐加量为1．5％．三乙醇胺加量为0．03％。后4个钻孔加大速凝早强剂的加量．食盐为2％。3％，三乙醇胺为0．05％～0．1％。配制时．要事先把三乙醇胺和食盐按规定比例溶于少量水中．配成较浓的溶液，待搅拌水泥时再加入水泥浆液搅拌即可。
3灌浆方法
根据钻孔深度、钻孔水位和灌浆量确定。当孔浅或孔内水位极低时，采用孔漏斗钻杆灌注法。当孔深或灌浆量大时，采用泵送灌浆法。孔漏斗钻杆充填法是利用水泥浆的自重从钻杆流到漏孔处，直至孔被充填。泵送法采用泥浆泵将水泥浆压入待充填的孔段。本实用新型操作方便，不需要专用灌浆设备和工具，不受钻孔深度限制，效率高，适用于灌浆量大的钻孔。此外，还可以进行高压灌浆。灌浆可以压入地层的孔隙和裂缝中。阻断和连接的效果可以得到改善。无论是墙体还是渗漏。打开泵的回水管。吸入管和泵排水。然后用喷浆机打开三通灌浆水泥浆进入检修孔。泵送水泥浆过程结束后，立即将淋浴喷头放入一桶现成的水泥浆中。换浆时可慢速旋转，使孔底回流均匀。换浆后，缓慢将钻具提离水泥浆面。15m以上，进一步清理钻具。钻进速度一定要慢，过快容易发生泵送作用和灌注失败。无论采用何种灌浆方法，都要保证连续、不间断、一次性灌浆。更换水泥浆后，卸下机上钻杆，缓慢提升钻杆，直至钻杆内外液位自动平衡稳定。浆液水不仅可以清洗泵和管道，而且可以利用其液柱压力将浆液压入灌浆孔内而不被稀释。必须考虑水泥浆离开钻具底部的时间。水泥浆应从钻杆中挤出。所用排水量不允许按泵容积计算，而应按实际测量值计算。灌浆结束后，用专用取样器从钢丝绳下进入水泥浆顶部。暂停2-3分钟后，用取样器对取出的水泥浆进行观察分析，检查水泥浆是否已灌入预定孔段。如果孔未灌至预定截面，应连续灌至预定截面。如果水泥浆对预留孔段来说太高，应在水泥初凝约8小时后，从预留孔段的Lom段打通下qb50mm钻杆停止。建议钻具继续等待凝固，待水泥达到一定强度后继续钻进。
4透孔
准确判断灌流成功与否，掌握通孔等待时间是非常必要的。一般在现场做一个小样本测试，以确定更可靠。堵漏后水泥石的抗压强度会降低。根据水泥浆配比，水灰比小，速凝早强剂掺量大，待凝时间控制在16～20h，方可入孔。钻孔时，先用B50MM钻具，距水泥面3～5m开始打孔。将上部未凝结的水泥浆冲洗干净后，继续冲洗井眼。整个水泥石柱扫完后，才能用绳钻代替。通孔钻具应笔直，采用压力轻、速度慢、水量大的工艺参数，以防偏斜钻新孔。
结论
综上所述，合理使用钢丝绳取芯钻进技术，可以有效地提高钻进效率和钻进质量，降低劳动强度，不仅如此，还可以科学地对钻具进行分级，钻井结构和钻井参数是提高钢丝绳取芯钻井整体效率和钻井质量的核心。钢丝绳取心技术钻进效率高，能保证钻进质量。因此，研究钢丝绳取心钻进技术在复杂地层矿区的应用具有重要意义。
参考文献：
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