岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺分析林小嵘

岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺分析林小嵘

林小嵘

广西二一五地质队有限公司547200

摘要：在地质钻探工作之中，关于对复杂地层的钻孔护孔及堵漏工作一直是钻探工作所关注的焦点，同时其又是钻探技术的难点所在，严重影响着钻探工程的质量和效率。特别是针对小口径钻探来将，有效发挥金刚石钻探质量优、高效率为基础，确保小口径复杂地层钻探尤为重要，且具备一定的实际作用。本文基于常见的泥浆护孔工艺在岩芯钻探中的广泛应用，对复杂地层中孔壁的不稳定因素进行分析，同时阐述了护孔工艺的具体措施及相关改善建议。

关键词：岩芯钻探；复杂地层；护孔工艺；措施；建议

针对岩芯钻探中复杂地层的概念进行分析，主要指的是其受地质构造作用，同时在外界物理或化学作用以及水文地质等条件的影响下，在钻探的过程之中出现不同程度的孔内坍塌、漏失及涌水或三者同时发生的现象，通常将此类地层成为复杂地层。通常情况下，在针对复杂地层的实际钻探过程中，一般会使用质量良好的泥浆进行护孔，为有效降低对钻孔结构的复杂度通常尽量少用或不用套管的护孔工艺技术。但是，在实际的钻孔工作中，由于泥浆护孔会产生很大的阻力，假如钻探中采用泥浆护孔工艺，很有可能会发生堵塞裂隙及含水层，在成钻孔出水受阻。但是，如若在施工过程之中不采取泥浆护孔工艺，那么将会导致更多是施工事故发生，同时影响施工质量和效率。

一、关于复杂地层中孔壁的不稳定因素分析

1、复杂地层岩石性质因素

可以了解到，关于复杂地层中孔壁的不稳定性与复杂地层中的岩石性质之间存在着十分密切的关系。通常情况下，对于在岩石硬性指标较高的条件下作业时，孔壁失稳的几率相对较小；而对于在钻孔中岩石性质属于粘土或岩盐地层性质作业过程中，由于其具有较强的水敏感性和水溶性，因此在其与水接触之时，即会产生发生膨胀的现象发生，进而会造成孔壁孔径的增大、缩小，以致出现孔壁失稳或坍塌现象。

2、地下水状态因素

地层的稳定性很大程度上取决于地下水的状态和所处条件。地下水的状态和所处条件对钻探孔壁的稳定性影响十分重要，如地下水的活动状况直接关系到岩芯钻探中复杂地层的压力大小，同时其也影响到钻孔清洗液的良性循环，另外对于涌水、漏水及孔壁坍塌也有着直接关系。

3、内外地作用下的地质性质因素

由于在复杂地层中受到地壳运动、变质作用以及岩浆作用内动力性质的地质作用力，同时其又受到风化、侵蚀、堆积等外动力性质的地质作用，地层在这两种地质作用之下，即会产生复杂地层中出现裂隙、溶隙和空隙等现象，而在当复杂地层中的沉积物或堆积物对各种隙缝堵塞时，同时也会产生孔壁失稳、涌水或漏失等钻孔隐患发生。

二、关于岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺具体措施分析

1、长孔段第一、二类复杂地层

由于地壳的剧烈运动形成了复杂地层，其特点主要体现在对某一矿区进行钻探时，容易重复出现，同时钻探时容易出现倒塌现象。基于该复杂地层常发生的两种状况：钻探过程中坍塌严重，但漏失教轻的地层；钻探过程中严重坍塌和漏失的地层。在通常情况下，我们对第一种状况采用护孔工艺，主要采用低固相泥浆，以水泥和套管为辅助的护孔工艺，其在长孔段第一、二类复杂地层的岩芯钻探中的护孔效果较为明显。泥浆调和方法：在1m³中加入9袋3%-4%的粘土粉，粘土纯碱量大约占粘土总量3%-6%，通常提前一天进行搅拌，以便其产生基浆。另外，在基浆中加水解度50%，浓度为9%-12%的聚丙烯腈护胶0.3-0.6%。搅拌大约三十分钟加水解度30%，浓度为1%的聚丙烯酞胺100-150ppm，再搅拌约三十分钟既制成低固相泥浆。对于第二类情况来讲，通常采用高粘度、低水量的泥浆，该种泥浆护孔方法在长孔段第一、二类复杂地层的岩芯钻探中护孔效果较为明显。泥浆调和方法：在1m³泥浆中加入9袋17.5%的粘土粉，其中粘土粉的纯碱量为粘土量的0.3-0.5%，并加入浓度为2.5-3%的聚丙烯迳护胶，再加入500ppm的聚丙烯酞胺。

2、砂卵砾石层

砂卵砾石层的结构较为分散、松弛，同时胶结性差等特点，在钻进过程中容易出现坍塌和漏失的问题。此时一般采用粘度高且失水率较低的聚丙烯醚胺泥浆处理，因为其具有较低的固相。泥浆调和方法：在1m³泥浆中加入含量为5%黑山粘土粉，同时加入含量为粘土重量5%的纯碱和含量为0.2%的羟甲基纤维素，再加入500ppm的聚丙烯酞胺，保持其水解度范围在25-30之间。该泥浆具有较高的粘度，同时范围保持在27-32s，失水率较低，且每三十分钟失水率为9ml。

3、裂隙性漏失地层

针对漏失较轻的复杂地层中，一般采用聚丙烯酸铵聚丙烯腈泥浆，由于该泥浆具有低固相性能；对于漏失情况中等的复杂地层来讲，一般采用套管或水泥进行封闭的护孔技术。根据漏失的实际情况而言，发生在浅部的可采用套管护孔方法，而出现中等漏失，同时发生部位较深的，可采用水泥封闭的方式处理。需要注意的是，该护孔方法中所采用的水泥一般为油井水泥或地质勘探R型水泥；针对漏失情况较为严重的复杂地层来讲，通常采用套管封闭以及固体颗粒状物体向配合的方法进行堵漏。如若孔壁发生不稳定状况时，可采用清水或清水加减阻剂来实现护孔。

4、复杂地层泥浆的技术保障

在制作泥浆的过程中，要严格遵守分散、增稠及增粘的顺序进行，同时要定时对泥浆进行测量与记录。在对泥浆的操作过程中，若出现钻进遇阻、扭矩速度升高等不稳定现象时，首先应把钻头调至安全位置，同时进行上报。在泥浆护孔操作过程中，做好严格的监管工作，由于复杂地层钻探过程中漏失现象较为普遍，因此需要做好全程监控。

三、岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺改善建议

近些年来，随着我国现代化科学技术的不断进步，我国岩芯钻探中对复杂地层的护孔工艺技术取得了十分突出的成绩，但是我国幅员辽阔，地质地形十分复杂，地质条件较差，在护孔堵漏的工作上尚未能形成统一的行业工作标准，另外，在科学技术不断发展下新的技术对护孔堵漏的工艺上也会不断产生新的问题。进而，提出以下相关改善建议：首先，通过地复杂地层进行定性分类，在技术的支持下来不断提高定量的理念，以此来有效规范护孔堵漏操作技术；其次，加强对数据的收集工作。认真分析数据，以实现以最优的方法来治理孔内坍塌、漏水及涌水问题；再次，基于对处理剂、粘土粉的选择问题上，由于它们均可解决单层护臂问题，因此，选择时尽量选择价格低廉、质量优质的产品；最后，针对当前金刚石绳索取心钻探技术中，由于人为因素导致的孔壁环应力密集及钻探坍塌现象中，应尽量坚持以金刚石钻探质量优、效率高为基础，有效实现小口径的复杂地层钻探，其实际作用影响更为深远。

结束语：

总而言之，岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺是一项十分复杂的系统工程。钻探过程中，首先需对地层状况进行充分了解分析，掌握其地质类型及复杂程度，针对地质实际情况采取适当的护孔技术进行处理。文章分析了岩石性质、内外地质作用力及地下水状态等影响孔壁不稳定的因素，同时对不同的复杂地层采取的护孔工艺技术，并对长孔段第一、二类复杂地层、砂卵砾石层及裂隙性漏失层进行的重点探索，通过对地形特点、泥浆配方及泥浆护孔技术的分析阐明岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺关键在于泥浆护孔技术。注重因地制宜进行泥浆调配，以确保实现最佳护孔效果。

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作者简介：林小嵘（1980）姓别：男，籍贯：广东云浮市职称：探矿助理工程师，学历：函授本科