馬少華

[摘要]復(fù)雜地層鉆探問題一直是地質(zhì)勘探、工程勘察及工程施工鉆進(jìn)中的主要技術(shù)難題。在鉆探過程中，多數(shù)鉆孔都遇到不同程度的漏失問題，部分鉆孔由于漏失誘發(fā)了孔內(nèi)事故或機(jī)械事故，最終導(dǎo)致報(bào)廢。本文針對(duì)不同漏失地層進(jìn)行了分析，并提出了堵漏的方法。

[關(guān)鍵詞]鉆探；泥漿漏失；堵漏方法

井漏是鉆井過程中泥漿、水泥漿或其它工作液漏失到地層中的現(xiàn)象。它是鉆探過程中普遍存在的井下復(fù)雜情況之一。本文對(duì)漏失地層漏失原因，漏失類型進(jìn)行了分析，并對(duì)堵漏措施進(jìn)行了探討。對(duì)于漏失地層堵漏措施，也分析總結(jié)出了有效的堵漏措施。并且在實(shí)際鉆探中得到了有效的證明。針對(duì)不同的漏失原因，漏失地層應(yīng)選擇具有針對(duì)性的堵漏措施，以保證安全的經(jīng)濟(jì)的鉆進(jìn)。

1.鉆井漏失的原因

1.1漏失產(chǎn)生的條件

漏失的產(chǎn)生必須具備三個(gè)必要條件：其一是對(duì)地層存在著正壓差，即井筒工作液的壓力大于地層孔隙、裂縫或溶洞中液體的壓力（即地層孔隙壓力）。其二是地層中存在著漏失通道及較大的足夠容納液體的空間。只有當(dāng)?shù)貙又杏凶銐虼蟮娜菁{流體的空間時(shí)，才有可能構(gòu)成一定數(shù)量的漏失。其三是此通道的開口尺寸應(yīng)大于外來工作液中固相的粒徑。這三個(gè)條件是產(chǎn)生漏失的必要或者說是根本條件。

1.2影響漏失的因素

發(fā)生漏失的直接表征是泥漿的損失，并且具有一定的漏失速度，它和地層情況、井壁上的漏失面積、泥漿的性能、壓差等許多因素相關(guān)。我們把影響漏失的條件大致分為包括地質(zhì)條件和工藝技術(shù)原因。

（1）地質(zhì)條件

地層巖石中存在的空隙、裂縫、洞穴的大小，貫通性，上覆巖層的含水情況等是造成漏失的天然客觀條件，也是導(dǎo)致漏失的直接原因。地質(zhì)條件是客觀存在的，不可調(diào)控的因素。

（2）工藝技術(shù)條件

鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、沖洗液選擇的正確性、鉆具規(guī)格選擇的正確性、鉆機(jī)操作的合理性都是會(huì)影響鉆孔漏失，這些條件都是可主觀控制和調(diào)節(jié)的，是鉆孔產(chǎn)生漏失的可控制因素。所以設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)盡量避免其發(fā)生。

1.3漏失地層類型

我們通常把漏失總結(jié)出四大機(jī)理，滲透性漏失、壓裂性漏失、裂縫性漏失、溶洞性漏失。

（1）滲透性漏失

這里的滲透性漏失指的是多孔滲透性地層的漏失。這種地層孔隙度大，滲透率高，埋藏深度不一，漏失程度也不一樣。滲透性漏失的嚴(yán)重程度決定于泥漿柱壓力與地層壓力差值的大小和井壁上是否有泥餅形成。

（2）壓裂性漏失

這種漏失是人為造成的，是地層承受過高的壓力后產(chǎn)生和誘發(fā)裂縫的結(jié)果。主要因素有：工作液密度太高；下套管速度太快；泥漿或水泥漿流變性能差；開泵太猛，循環(huán)排量過大；產(chǎn)生過高的激動(dòng)壓力。

（3）裂縫性漏失

這里是指天然裂縫性地層的漏失。其裂縫是地質(zhì)作用的結(jié)果，這種地層的漏失往往是突然性的，漏速大，一般情況下均出現(xiàn)失返，堵漏難度相當(dāng)大。

（4）溶洞性漏失

溶洞性漏失與裂縫性漏失具有相似的特點(diǎn)，例如突然性，漏速大，泥漿失返，堵漏難度大等。通常，溶洞性漏失的危害要比裂縫性漏失尤為明顯和嚴(yán)重。但是，我國大部分地區(qū)，溶洞性漏失并不多見；主要出現(xiàn)在喀斯特地形發(fā)育的地區(qū)。

2.鉆孔漏失堵漏

2.1漏失地層堵漏機(jī)理

對(duì)于鉆孔漏失地層堵漏機(jī)理主要分兩種：

（1）隔離

用套管或注漿隔離漏失地層孔身與漏失通道口隔離。注漿隔離就是用能夠形成一定的結(jié)構(gòu)和硬度并且比較穩(wěn)定的漿液，注入漏失段地層在孔內(nèi)形成一個(gè)隔離帶，將漏失地層孔身漏失通道口進(jìn)行堵塞，以達(dá)到堵漏的目的。由于其使用方便，成本低，目前使用比較廣泛。

（2）填充材料堵漏

將一些填充材料（一般為惰性材料）加入泥漿中，填充材料由于濾失形成的顆粒物，隨著泥漿的流入，這些顆粒物將于漏失通道堆積，最終將堵塞漏失通道。由于加入填充材料，使泥漿的流動(dòng)阻力增大。因此在鉆進(jìn)也起到預(yù)防漏失的作用。

2.2漏失地層堵漏措施和處理方法

根據(jù)鉆遇地質(zhì)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征、成巖情況、漏失性質(zhì)和漏失情況，應(yīng)該有針對(duì)性地提出相應(yīng)的預(yù)防措施和處理方法。

（1）調(diào)整泥漿性能：主要是增加泥漿的粘度、降低泥漿的密度和失水量及增強(qiáng)泥漿的靜切力等。處理方法主要是在泥漿中添加纖維素、腐植酸鉀和胺鹽等，這主要針對(duì)滲透漏失型地層。

該方法適用于泥漿漏失速度較小地層，堵漏特點(diǎn)是施工方便，不必占用鉆進(jìn)時(shí)間，只在鉆進(jìn)泥漿中隨鉆添加泥漿處理劑或惰性堵漏材料即可。

（2）隨鉆堵漏：該方法是不須起鉆去鉆頭，直接在需堵漏位置按用量灌注設(shè)定水灰比的水泥漿或凝膠橋接堵漏泥漿（混合泥漿），然后再起鉆待凝后繼續(xù)鉆進(jìn)。

該方法工藝簡單，處理速度快，但只適用于堵漏位置較淺、孔內(nèi)通暢孔段。應(yīng)用時(shí)，必須保證起鉆速度快、孔內(nèi)通暢，泥漿或凝膠橋接堵漏泥漿一旦凝固，將出現(xiàn)埋鉆等事故。

（3）灌注水泥漿堵漏：與隨鉆堵漏法相比，該方法處理時(shí)必須先起鉆，去鉆頭后下入光鉆桿到達(dá)需堵漏位置，再灌注設(shè)計(jì)水灰比、設(shè)計(jì)堵漏材料比例的純水泥漿或混合泥漿堵漏。待水泥漿或混合泥漿凝固后再掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)。

該方法的特點(diǎn)是操作較復(fù)雜，能滿足壓裂漏失型及溶隙、溶洞漏失型地層，適應(yīng)性較廣，但占用時(shí)間較長。

（4）壓差平衡法堵漏：有時(shí)因地下水活動(dòng)較頻繁、孔內(nèi)出水等地層，在采用灌注速凝水泥漿堵漏無法堵漏時(shí)，需要根據(jù)孔內(nèi)及地層內(nèi)的壓力差，采用壓差平衡法堵漏，確?？變?nèi)有一定高度的水泥漿柱。該方法往往進(jìn)行一次堵漏難以達(dá)到效果，需多灌注幾次，每次堵住一小段漏層。

（5）投泥球堵漏：在采用灌注水泥漿、速凝水泥漿和壓差平衡法不能滿足堵漏要求時(shí)，可采用孔口用塑料袋或簡易布袋裝泥球（主要成分為粘土、水及水泥，有時(shí)添加部分惰性堵漏材料）的方法解決。

2.3漏失情況分析

在陜西省韓城某井田施工中，在黃土層與基巖交界處、礫巖層、粉砂巖層等地層中均存在不同程度的漏失問題。漏失量一般從7～8m³/d到40m³/d不等，情況嚴(yán)重時(shí)甚至有完全漏失（不返水）的情況發(fā)生。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研分析和室內(nèi)評(píng)價(jià)，現(xiàn)將韓城地區(qū)煤田鉆探防漏堵漏對(duì)策分述如下。

（1）黃土覆蓋層的裂縫性漏失

韓城地區(qū)的地表黃土經(jīng)過多年日曬風(fēng)吹，失水后收縮，以及植物的根系、動(dòng)物窩穴錯(cuò)縱復(fù)雜，造成裂縫、微洞異常發(fā)育，容易發(fā)生裂縫性漏失（如HK11-3、HK16-1和HK16-2孔等）。針對(duì)這種漏失，一般可采用投泥球和水泥灌漿等堵漏措施。此外，由于黃土覆蓋層的厚度一般在200m以內(nèi)，故也可以采用在穿過黃土覆蓋層后下入表層套管以徹底封隔漏失層的技術(shù)方法。

（2）砂巖、粉砂巖和礫巖層的滲透性漏失

這種漏失多發(fā)生在滲透性良好、孔隙度大的砂巖及砂礫巖地層中，其中的巖石顆粒較粗，顆粒之間未膠結(jié)或膠結(jié)差。其漏失量較小，漏速<10m³/h（如HK7-1、HK27-1、HK11-2孔）；當(dāng)膠結(jié)性不好時(shí)，漏失后也可能誘發(fā)垮孔事故（如HK11-2孔）。對(duì)于這種地層，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)粘土造漿，適當(dāng)提高泥漿粘度，降低泥漿失水量，在漏失層上部50m左右在泥漿中加入鋸末和馬糞等堵漏材料，將普通泥漿轉(zhuǎn)化為防漏泥漿進(jìn)行鉆進(jìn)。

2.4漏失地層的防漏堵漏配方設(shè)計(jì)

（1）裂縫地層的防漏堵漏配方設(shè)計(jì)

選取各種橋接堵漏材料如鋸末、核桃殼（2～4mm）、貝殼粉、棉籽殼和稻殼等，采用DS-2型堵漏材料試驗(yàn)裝置，模擬地層不同的裂縫寬度（1～6mm），進(jìn)行橋接材料堵漏室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，獲得能封堵不同裂縫寬度的橋接堵漏配方如表1所示。

同時(shí)，為了橋接堵漏配方達(dá)到最優(yōu)的應(yīng)用效果，應(yīng)遵循如下實(shí)施細(xì)則：

（1）分析井漏發(fā)生的原因，確定漏層位置、類型及漏失嚴(yán)重程度；

（2）施工前要建立科學(xué)的施工設(shè)計(jì)，精心施工；

（3）堵漏漿液的配制必須按要求保質(zhì)保量；

（4）施工時(shí)如果能起鉆，應(yīng)盡可能采用光鉆桿，下至漏層頂部；

（5）使用正確的堵劑注入方法，確保2/3的堵劑進(jìn)入漏層近井筒處；

（6）施工過程中要不停地活動(dòng)鉆具，避免卡鉆；

（7）施工完成后，各種資料必須收集整理齊全、準(zhǔn)確。

3結(jié)論

目前，鉆孔堵漏是鉆井過程中面臨的技術(shù)難題之一。隨著鉆孔技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于堵漏的要求也會(huì)越來越高。防漏堵漏所面臨的最大問題就是地質(zhì)情況的復(fù)雜性和不確定性，簡單、方便、直觀地監(jiān)測(cè)漏失層和簡單有效的應(yīng)急措施成為解決問題的關(guān)鍵。

在鉆探設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮重視漏失地層，盡量預(yù)防其發(fā)生。在施工過程中，對(duì)于漏失地層應(yīng)首先做出判斷是哪種類型的漏失，針對(duì)不同地層，不同漏失類型采取針對(duì)性方法進(jìn)行治理，以確保安全經(jīng)濟(jì)有效的鉆進(jìn)。對(duì)于鉆孔全孔嚴(yán)重漏失、不返水，地層較完整，不塌坍、不掉塊，無需進(jìn)行護(hù)壁的地層，在礦區(qū)水源充足的條件下，簡單的清水頂漏鉆進(jìn)或許是最好的方法。不同的漏失地層，漏失量選取的措施都是不同的，應(yīng)該綜合考慮各種因素，在安全鉆進(jìn)的前提下，盡量降低鉆進(jìn)成本。