岩心钻探中复杂地层的护孔工艺

     摘要：在岩芯钻探的工程施中常遇到二种复杂地层：一种是力学不稳地区，一种是涌漏地层，本文结合实例重点介绍了二种复杂地层的护孔工艺。

     复杂地层钻孔的护孔工艺，乍看起来，似乎大而空、广而抽象，好像尽可以泛泛而论，侃侃而谈。其实也不尽然，它实际上很小，而且很具体，以至于只要钻机一开动，便时时与你伴随，而且围绕它有解决不完的“麻烦”。

     一  概论

     所谓复杂地层，大家都知道，就是某些地层由于受地质构造运动，外界环境的物理化学作用及水文地质条件的影响，在钻孔钻进时。会产生不同程度的孔内坍塌、漏失、涌水和漏、涌、塌同时发生的现象。人们对产生这些复杂情况的地层，统称为复杂地层。有关资料统计，复杂地层在地质钻探时发生的工程米数只占30%左右，而完成这些工程量所要花费的工程成本，却占整个工程成本的60%以上，而且95%以上因事故而报废的工程量又都发生在这些复杂地层的钻进中。进一步分析原因，我们不难看出，这些令人痛心的报废工程量，又多半是因为在钻进复杂地层时，护孔工艺跟不上而造成的。 

     二 复杂地层的护孔工艺

    (1)不稳地层  在钻进中常遇到孔内坍塌、掉块以及产生不同程度的遇阻、卡钻、埋钻事故和钻孔缩径、超径等情况，发生这些情况的地层统称为不稳地层。不稳地层有力学不稳地层和水敏不稳地层。

     1)力学不稳地层：指受地质成因或受构造运动产生多向挤压作用。地层内部受力不平衡，一旦被钻穿后，就破坏了原来处于的原始平衡状态，加之受重力作用使孔壁产生不稳定的坍塌、掉块现象。例如，我们在金川公司二矿区56行施工的5个钻孔就属这种地质特征，0～15m杂填土，15～35m为卵石层，35～55m为砾砂层，55～80m片麻闪长岩，从上不难看出55m以前便是力学不稳地层。对付这种地层，我们一开孔就采用传统的泥浆，调整稠度使其达到流塑状态，然后用擅长输送泥浆的螺杆泵给钻孔送浆循环，来保证钻孔施工，此护孔工艺基本上能完成该地层的护孔要求；在采芯要求严格的卵砾层，我们就用SM植物胶钻进液，浓度4%，粘度在300秒以上，钻进时护孔效果较好，而且能取出胶结成柱状的“岩芯”；对于地层深部的断裂破碎带，本着“少振动，快通过”的原则，用性能优良的钻井液快速通过。如采用大分子量的PHP，浓度调整为500～1000ppm，在不蹩泵的情况下，进行成孔钻进，在ZK56-3的280m～300m孔段便采用这种特别的护井液，孔壁相对稳定，没有出现掉块、卡钻现象，这说明在深层破碎层应用这种护孔工艺是成功的。

     2)水敏地层：简单的定义是，受冲洗液侵入产生水解，水化作用，使孔壁岩层发生松散、松软、膨胀、剥落，对有这种现象的地层称之为水敏地层。比如，在金川公司二矿区ZK56-3孔的170m～185m孔段，地层绿泥石化严重，层间的破碎闪长岩又大量以粘土质胶结，钻进该段时，钻孔明显地表现为缩径、坍塌、裹钻现象，而且冲洗液被侵染严重。这种地层最突出的特征表现为怕水，因此在钻进工艺上，首先应该设法不让自由水接触或侵染这些地层，尽量避免这些地层的岩土表面被水化；另外，还须补充和增加冲洗液介质中的离子浓度，比如K+、Na+、Ca2+等，使之与岩层中水的离子浓渡相平衡，阻止岩层的渗透水化，以利于孔壁的稳定。综合这些水化作用机理，对水敏地层，应该让钻井冲洗液具备这样二个特点：一是失水量小，二是有相当的离子浓度，为此我们对钻进该特殊孔段制定了相应对策，将冲洗液及有关处理剂参数进行了调整：①选用高效降失水剂，如腐植酸钾和改性淀粉PGS双重降水剂；②选用优质的絮凝剂，如分子量在300万以上、30%的水解度的聚丙烯酰胺PAM；③添加最优的无机盐，如防塌的KCL。我们选用的具体参数为1000ppmmPHP，5%的PGS和5%的腐植酸钾，又补充2～5%的KCL。在该孔段时，基本上起到了“防水、护孔”的目的。

     (2)涌漏地层

     对于一般漏失地层，处理起来相对容易，只要在钻进时，控制冲洗液的比重并辅之于惰性材料或堵漏浆液，基本上能阻隔漏失通道。金川公司二矿区ZK56-3孔，可以说是全孔漏失，对一般漏失层我们主要采用801堵漏剂和高浓度PAM为主，辅之以惰性材料如锯末、羊粪。对付较大的漏失孔段，一般采用灌浆来封堵，可用试用一种抗水性强、速凝性能好的粘弹性注浆混合液，其实用配方为：水灰比为0.5的普通硅酸盐水泥、3%氯化钙、1%浓度的未水解的分子量在300～600×104的PAM水溶液。对于既漏又涌的地层采用化学洗井液处理起来费钱、费时，而且效果不很理想，所以在施工ZK56-3孔时，我们采用了传统的泥浆护孔工艺快速通过涌漏层，然后下套管隔离，效果较好。 

     三  结论

     在复杂地层实施岩芯钻孔时，应优先进行组织工艺设计，科学地组织施工。对于不稳地层，采用传统泥浆与科学配方的化学冲洗液相结合的方法，进行护孔；对于涌漏地层，应侧重传统的泥浆和下套管隔离的护孔工艺。