刍议两种复杂情况下的钻进护孔方法

李德成，刘东成

(黑龙江省庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨150080)

1 坍塌层的钻进护孔方法

坍塌层(或称不稳定岩层)有两种不同的特点，即易受机械破坏或水力冲刷破坏的松散、破碎、无胶结岩层和水敏岩层。坍塌层的分类至今没有很理想的分法，在岩心钻探中过去只是按钻进中感觉到的情况分为轻微坍塌、中等坍塌和严重坍塌。国外有人提出用坍塌系数来表示钻孔状态，即以坍塌后钻孔实际体积与钻孔理论体积之比来表示孔壁坍塌的程度。坍塌岩层的有效处理方法主要有以下4种:

1.1 泥浆护孔处理方法

泥浆护孔是处理坍塌层最常用和主要的方法。对于没有胶结或胶结弱的松散破碎层来说，应当使用黏度较大、失水量较小、泥皮致密，静切力和泥浆比重合适的泥浆。适当提高泥浆黏度，对松散破碎层有一定的胶结堵塞作用，有利于稳定孔壁。一般用黏度25 s的泥浆就能顺利通过20 m厚的含水流砂层(岩心钻孔中)。黏度、切力过大会使下钻时的抽吸作用和激动压力增大，特别是小口径金刚石钻进中反而会引起破坏孔壁的作用。控制泥浆失水量，可减少渗入孔壁的自由水，特别是能形成薄而致密的泥皮，有利于稳定破碎层的孔壁。对破碎不稳定地层，适当提高泥浆比重以增加泥浆柱对孔壁的压力是有利于孔壁稳定的，但也不必为此而使用加重泥浆。除合理使用泥浆外，还要采取其他的工程措施如做到在提钻过程中向孔内不断补充泥浆以维持泥浆柱的高度;控制冲洗液量以减小上返速度，减少冲刷破碎作用;下钻速度不能过高以减少激动压力的破坏作用等。

1.2 水泥及化学浆液等材料胶结堵塞护孔

这也是一种有效的方法，只要水泥或化学浆液能进入破碎松散岩石的孔隙或裂隙中，就能起胶结作用。这样，即使改用清水钻进也不会造成孔塌。一些岩心钻现场就是采取水泥或化学浆液(301聚酯、氰凝水泥或石灰浆液等)护孔并配合清水钻进的，而没有使用泥浆。

灌注浆液是一个关键问题，采用压力灌注的方法，使浆液在孔壁岩石中扩散半径达0.5 m左右时，即使固结物强度很低(抗压强度在20 kg/cm2以内)，也能将流砂固住而不坍塌;相反，浆液进不到岩石裂缝中而自由上返，且固结后用同径钻头钻掉了，即使固结物强度再高(达500 kg/cm2以上)，也不能达到护壁的目的。

浆液的黏度、流动度或稠度的选择应根据岩层孔隙或裂隙大小而定。黏度和稠度过大的水泥浆液是不能进入孔隙小的流砂层中的。相反，存在较大裂缝时靠自重就能使大黏度的浆液流失。

1.3 快速通过坍塌层

对松散破碎及黏土质岩层，冲洗液浸泡时间愈长，钻孔坍塌的可能性愈大，特别是已坍塌破坏的钻孔更是如此。如用清水钻进黏土层时，钻进30～50 h后开始坍塌;如改用比重为1.2，失水量为15～18 mL/30 min和黏度20 s的普通泥浆冲洗钻孔，则几个月内仍能保持孔壁稳定。根据这一道理对松散破碎层来说，采用快速通过的方法以相对地减少钻孔坍塌所造成的影响。油井中钻进千米厚的流砂卵石层往往只花几天时间就可顺利通过。岩心钻探百米以内的表土松散层也可采用快速通过的方法，然后再下入孔口管(表层套管)。

1.4 隔离法处理孔壁坍塌

在岩心钻进时采用跟管钻进法、小径透大径跟、边钻边下管等方法来隔离松散破碎层。

2 水敏层的钻进护孔方法

水敏岩层包括一些遇水后产生溶解、溶蚀、膨胀剥落等岩层，如岩盐遇水会产生溶解作用，石灰岩、白云岩等遇水(水中含有CO2时)会产生溶蚀作用，黏土质等岩层遇水会产生水化、膨胀作用，片理发育的变质片岩、千枚岩等遇水会产生沿片理面的滑落或剥落等等。本文主要介绍水化、膨胀岩层的黏土岩、页岩和易产生滑落的片岩、千枚岩的护孔方法。

由于水化膨胀会产生钻孔缩径和岩石内部联结力的削弱，在冲刷及回转振动等机械作用下也会产生坍塌。在钻进中也会产生造浆作用，泥浆中黏土固相含量上升以至泥包钻头，影响钻进效率和回次进尺，使起下钻的激动压力增加，造成孔壁的破坏。对水敏层的处理，主要是从泥浆着手。根据石油钻进多年经验证实只有采取对水敏层抑制的方法，即抑制(或防止)水化造浆的方法，才能有效地解决这类地层的井塌问题。

属于抑制型的泥浆有:钙处理泥浆、盐水泥浆、聚丙烯酰胺泥浆等。这些泥浆的滤液中，共同特点是存在较多能对页岩等水化、膨胀和造浆起抑制作用的成分，如存在较多钙离子，过量的钠离子，和对黏土颗粒起絮凝作用的聚丙烯酰胺分子等。因此，即使这些抑制型或絮凝型泥浆的失水量较大，甚至采用有机和无机絮凝剂的水溶液也能起到防止页岩坍塌的目的。

在岩心钻探中，对付不太厚或不太严重的水敏层，采用一般低失水、低黏度、低切力的淡水泥浆亦是可行的。其中低失水是主要的，因为失水小，可以减少黏土质岩层的水化膨胀，减少自由水进入岩层片理面而造成的滑落，如我们采用失水量12 mL左右，黏度17～18 s和切力很小的泥浆，就顺利地钻进厚层千枚岩，而无坍现象。

［1］ 鲁凡，陈志超.钻探工艺学［M］.北京:人民教育出版社，1981.

［2］ 曾祥熹，陈志超.钻孔护壁堵漏原理［M］.北京:地质出版社，1986.