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巖心鉆探中復雜地層的護孔工藝

瀏覽次數: 日期:2015-06-16 14:54
摘要:在巖芯鉆探的工程施中常遇到二種復雜地層:一種是力學不穩地區,一種是涌漏地層,本文結合實例重點介紹了二種復雜地層的護孔工藝。
關鍵詞:復雜地層、護孔工藝
    復雜地層鉆孔的護孔工藝,乍看起來,似乎大而空、廣而抽象,好像盡可以泛泛而論,侃侃而談。其實也不盡然,它實際上很小,而且很具體,以至于只要鉆機一開動,便時時與你伴隨,而且圍繞它有解決不完的“麻煩”。
 
    一  概論
    所謂復雜地層,大家都知道,就是某些地層由于受地質構造運動,外界環境的物理化學作用及水文地質條件的影響,在鉆孔鉆進時。會產生不同程度的孔內坍塌、漏失、涌水和漏、涌、塌同時發生的現象。人們對產生這些復雜情況的地層,統稱為復雜地層。有關資料統計,復雜地層在地質鉆探時發生的工程米數只占30%左右,而完成這些工程量所要花費的工程成本,卻占整個工程成本的60%以上,而且95%以上因事故而報廢的工程量又都發生在這些復雜地層的鉆進中。進一步分析原因,我們不難看出,這些令人痛心的報廢工程量,又多半是因為在鉆進復雜地層時,護孔工藝跟不上而造成的。
 
    二 復雜地層的護孔工藝
    1 不穩地層  在鉆進中常遇到孔內坍塌、掉塊以及產生不同程度的遇阻、卡鉆、埋鉆事故和鉆孔縮徑、超徑等情況,發生這些情況的地層統稱為不穩地層。不穩地層有力學不穩地層和水敏不穩地層。
    1.1  力學不穩地層:指受地質成因或受構造運動產生多向擠壓作用。地層內部受力不平衡,一旦被鉆穿后,就破壞了原來處于的原始平衡狀態,加之受重力作用使孔壁產生不穩定的坍塌、掉塊現象。例如,我們在金川公司二礦區56行施工的5個鉆孔就屬這種地質特征,0~15m雜填土,15~35m為卵石層,35~55m為礫砂層,55~80m片麻閃長巖,從上不難看出55m以前便是力學不穩地層。對付這種地層,我們一開孔就采用傳統的泥漿,調整稠度使其達到流塑狀態,然后用擅長輸送泥漿的螺桿泵給鉆孔送漿循環,來保證鉆孔施工,此護孔工藝基本上能完成該地層的護孔要求;在采芯要求嚴格的卵礫層,我們就用SM植物膠鉆進液,濃度4%,粘度在300秒以上,鉆進時護孔效果較好,而且能取出膠結成柱狀的“巖芯”;對于地層深部的斷裂破碎帶,本著“少振動,快通過”的原則,用性能優良的鉆井液快速通過。如采用大分子量的PHP,濃度調整為500~1000ppm,在不蹩泵的情況下,進行成孔鉆進,在ZK56-3的280m~300m孔段便采用這種特別的護井液,孔壁相對穩定,沒有出現掉塊、卡鉆現象,這說明在深層破碎層應用這種護孔工藝是成功的。
    1.2  水敏地層:簡單的定義是,受沖洗液侵入產生水解,水化作用,使孔壁巖層發生松散、松軟、膨脹、剝落,對有這種現象的地層稱之為水敏地層。比如,在金川公司二礦區ZK56-3孔的170m~185m孔段,地層綠泥石化嚴重,層間的破碎閃長巖又大量以粘土質膠結,鉆進該段時,鉆孔明顯地表現為縮徑、坍塌、裹鉆現象,而且沖洗液被侵染嚴重。這種地層最突出的特征表現為怕水,因此在鉆進工藝上,首先應該設法不讓自由水接觸或侵染這些地層,盡量避免這些地層的巖土表面被水化;另外,還須補充和增加沖洗液介質中的離子濃度,比如K+、Na+、Ca2+等,使之與巖層中水的離子濃渡相平衡,阻止巖層的滲透水化,以利于孔壁的穩定。綜合這些水化作用機理,對水敏地層,應該讓鉆井沖洗液具備這樣二個特點:一是失水量小,二是有相當的離子濃度,為此我們對鉆進該特殊孔段制定了相應對策,將沖洗液及有關處理劑參數進行了調整:①選用高效降失水劑,如腐植酸鉀和改性淀粉PGS雙重降水劑;②選用優質的絮凝劑,如分子量在300萬以上、30%的水解度的聚丙烯酰胺PAM;③添加最優的無機鹽,如防塌的KCL。我們選用的具體參數為1000ppmmPHP,5%的PGS和5%的腐植酸鉀,又補充2~5%的KCL。在該孔段時,基本上起到了“防水、護孔”的目的。
    2  涌漏地層
    對于一般漏失地層,處理起來相對容易,只要在鉆進時,控制沖洗液的比重并輔之于惰性材料或堵漏漿液,基本上能阻隔漏失通道。金川公司二礦區ZK56-3孔,可以說是全孔漏失,對一般漏失層我們主要采用801堵漏劑和高濃度PAM為主,輔之以惰性材料如鋸末、羊糞。對付較大的漏失孔段,一般采用灌漿來封堵,可用試用一種抗水性強、速凝性能好的粘彈性注漿混合液,其實用配方為:水灰比為0.5的普通硅酸鹽水泥、3%氯化鈣、1%濃度的未水解的分子量在300~600×104的PAM水溶液。對于既漏又涌的地層采用化學洗井液處理起來費錢、費時,而且效果不很理想,所以在施工ZK56-3孔時,我們采用了傳統的泥漿護孔工藝快速通過涌漏層,然后下套管隔離,效果較好。
 
    三  結論
    在復雜地層實施巖芯鉆孔時,應優先進行組織工藝設計,科學地組織施工。對于不穩地層,采用傳統泥漿與科學配方的化學沖洗液相結合的方法,進行護孔;對于涌漏地層,應側重傳統的泥漿和下套管隔離的護孔工藝。

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