淺談煤田鉆孔漏失孔段堵漏技術范文

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《煤田地質與勘探》2017年第6期

摘要:煤田鉆探施工，鉆孔經常會遇漏水、縮徑等等問題，而且會因下部巖層漏水處置不當，導致上部松散層垮塌造成卡、埋鉆具，甚至有的鉆孔因嚴重漏水事故惡化無法處理，使鉆孔報廢。為此，解決鉆孔漏失問題是煤田鉆探施工的重要保障。

關鍵詞：煤田鉆探；漏失；堵漏

煤田復雜地層鉆進中如何處理好鉆孔漏失是最普遍的一個難題。由于鉆孔漏失，造成鉆進施工的困難，鉆孔嚴重漏、涌水進而引起鉆孔垮塌、卡埋鉆具，被迫停鉆處理等。鉆孔漏失處理不當會引發其它孔內事故，影響鉆孔質量及施工效率，甚至報廢鉆孔。因此，找出鉆孔漏失的原因進行分析，采取有針對性的防治對策具有重要意義。

1鉆孔漏失的原因

1.1漏失原因分析

（1）客觀條件，即鉆孔的地質和水文地質條件。巖層中的孔隙環境、裂隙環境、溶隙性環境、上覆巖層的含水情況等，是產生漏失的重要原因。（2）工藝技術原因。沖洗液的種類、沖洗方法及鉆頭類型、鉆速、鉆進工藝參數、操作技術等。這些是能控制和調節的，是防止漏失的可控因素。

1.2漏失通道的分析

漏失一般發生在孔隙地層、裂隙地層和巖溶地層以及各種空隙相互穿插共存的混合地層。巖石孔隙率的大小取決于巖石的顆粒大小、形狀及其相互堆積的狀態。自然界松散巖石的孔隙率大體接近理論平均值（37%）,對于滲透性大的灰巖和砂巖來說，其實際孔隙率為20%~25%。巖石中的裂隙一般按礦體幾何特征、形態和成因進行分類。對評估漏失有效的裂隙參數是：裂隙的開口、密度（裂隙間沿法線的距離）和頻數（孔內裂隙間沿水平線的距離）。巖石中存在的0.1~1mm大小的裂隙就可能造成沖洗液的漏失。根據開口將裂隙分為：細微裂隙（小于0.1mm）、小裂隙（0.1~1.5mm）、中裂隙（5~20mm）、大裂隙（20~100mm）和極大裂隙（大于100mm）。洞穴常見于溶隙、溶洞發育地層（石灰巖、石膏、大理巖）分布的地區，大小從幾毫米、幾厘米到幾米至幾十米不等。在洞穴性地層中鉆進，易產生沖洗液漏失，也可能導致埋鉆事故發生。

2鉆孔漏失的預防分析

鉆孔漏失原因，可得出預防漏失應從2方面著手。一是盡量維持鉆孔與地層系統的壓力平衡，應采取：①降低孔內液柱壓力；②降低環空循環壓力損失；③降低激動壓力；④增加液體在漏失通道中流動時的阻力。二是減小漏失斷面或將漏失通道堵塞。因此，預防鉆孔漏失主要采取以下4方面的措施。

2.1調節沖洗液的相對密度

孔內沖洗液的相對密度決定了沖洗液柱壓力。降低沖洗液的相對密度是降低孔內液柱壓力的主要方法，采用優質土造漿，它不僅可使泥漿的相對密度因加土量小而降至1.04~1.06，而且用優質土造漿，泥漿的流變參數較好，泥漿的粘度和切力低，流型較好，同時能降低環空循環中的壓力損失和升降鉆具時的激動壓力。

2.2強化沖洗液的凈化工作

沖洗液密度因巖屑混入而增大，使孔內靜液柱壓力也隨之增大，因此，必須采取機械和化學除砂等方法在地面將巖屑除去。若凈化仍不能達到所要求的低密度，則可向泥漿中加水進行稀釋，以降低密度，同時適當補充化學處理劑。

2.3調節沖洗液的流變特性

在實際鉆進中，經常是鉆進循環時沖洗液漏失，停鉆便不漏，這是由于環空流動壓力造成的孔內漏失。環空流動壓力會隨著泥漿的粘度和切力增高而增加，進而壓裂地層造成漏失，因此應降低泥漿的粘度和切力。主要采用合理的沖洗液的流變特性及鉆孔結構、鉆具組合來降低環空流動壓力值。此外，在升降鉆具時，較高的粘度和切力會使激動壓力變大，造成壓裂地層而漏失。因此，調節沖洗液的流變特性，是預防漏失的重要一環。

2.4沖洗液中添加惰性充填材料

鉆進時在沖洗液中添加部分惰性充填材料，如植物果殼磨碎物、鋸末、云母片等和化學堵漏材料，在循環中堵塞漏失通道，達到減小漏失通道斷面或完全封堵通道，防止沖洗液的繼續漏失。

3堵漏方法

煤田鉆探中治理鉆孔漏失的方法按其特點可分為：增阻法、注漿固結法、隔離法和其它方法。

3.1增阻法

使用各種添加惰性充填材料的堵漏泥漿將漏失通道的斷面減小直至堵塞，這是非固結硬化性的方法。實施堵漏后鉆進仍需要使用堵漏前的泥漿作為沖洗液。

3.2注漿固結法

用泥漿難以堵漏時，可將水泥漿液、化學漿液、瀝青乳液等各種類型的堵漏漿液灌注到漏失帶，利用水泥（化學漿液、瀝青乳液等）的凝結硬化作用，把漏失通道封堵，是固結硬化性的方法。堵漏漿液與漏失巖層凝固成一個整體，停待一定時間后可用不同種類的沖洗液鉆進。

3.3隔離法

出現嚴重漏失，注漿固結堵漏難以奏效時，可下入大一口徑的金屬或其它材質的套管到孔內漏失孔段進行隔離的方法，套管隔離后可恢復正常鉆進。

3.4其它方法

將液體沖洗鉆進改為空氣泡沫、氣液混合液、無泵鉆進等，如果鉆遇地層相對完整不坍塌，在供水充足時可采取“頂漏”鉆進的方法。在實際施工中應用最普遍的是前2種方法，即灌注漿液（包括非固結硬化性和固結硬化性兩種類型），治理無效時才用套管隔離法。

4堵漏漿液

4.1非固結硬化的堵漏漿液

（1）這類漿液一般是各種類型的泥漿，主要用于治理輕微漏失。①稠泥漿。在停鉆狀態下利用稠泥漿粘土和攜帶的巖屑沉淀進入漏失通道堆積堵漏，這種方法需停鉆讓稠泥漿沉淀1d以上才有效。②優質泥漿。用優質膨潤土造漿，在孔內液柱壓力與漏失通道中液體壓力差的作用下失水，使粘土顆粒形成泥皮封閉微裂隙。③凍膠泥漿及其它結構泥漿。在泥漿中單獨或混合加入水泥、氯化鈣、水玻璃等，配成的高粘度凍膠泥漿，形成凝膠充填孔隙堵漏。④低固相泥漿。利用進入未水解聚丙烯酰胺漿液中的巖屑起絮凝作用，形成不分散絮凝團粒沉淀堵塞漏失通道，減小或消除漏失。⑤石灰乳泥漿。在泥漿中添加一定量的石灰乳形成適度絮凝而穩定的粗分散體系的泥漿，以絮凝物堵塞漏失通道達到堵漏目的。

（2）惰性充填材料的應用。在泥漿中使用惰性充填料，既是預防漏失的手段，又是治理漏失的方法。其主要功用：使漏失通道中的惰性顆粒因失水而堆積充填堵塞漏失通道，以此解決鉆孔沖洗液的漏失。可以單獨使用，也可以配合使用，根據泥漿的濃度需要而改變。惰性充填材料大致分為纖維狀、片狀和顆粒狀，堵漏效果與堵漏材料的顆粒大小、形狀、粒度、數量（濃度）和顆粒的級配等有關。正確選擇顆粒的粒度和級配，對堵塞漏失有重要意義。根據計算和實驗得出，堵塞漏失通道的惰性充填材料的最大尺寸應等于裂縫張開量的1/2，且不同大小的填充材料應按照一定的比例配合，才能得到最佳效果。粗顆粒在裂縫中造成堵塞骨架，而細小顆粒則充填其中，可減少滲透性、提高穩定性。常用的堵漏用惰性材料有鋸末、云母、棉子殼、核桃殼、賽璐珞、塑料粒、碎橡皮、紡織纖維的廢料等。表1是廣泛應用的惰性充填材料堵塞性能的試驗結果，供現場應用參考。

4.2固結硬化的堵漏漿液

4.2.1對堵漏漿液的要求

（1）在巖石孔隙中形成堅固的堵塞物。

（2）硬化時不形成砂眼和裂縫，水、氣均不能滲透。

（3）漿液在壓差作用下能夠滲入微裂隙，但由于自重作用不會沿裂隙流動。

（4）對裂隙壁有良好的粘結性，對被封堵的巖石能產生加固作用。

（5）漿液因物理化學作用而逐漸固結硬化，其結構的形成和固結硬化速度能夠任意調節。

（6）漿液具有沉降穩定性，有抵抗地下水沖刷的能力。

（7）在低溫和高溫條件下不改變其堵塞性能。

4.2.2固結硬化堵漏漿液的種類

（1）水泥漿液。近年來以水泥為主要材料，加入其它成分（如速凝劑、早強劑、減水劑等外加劑）材料形成的混合漿液或速凝混合物，堵漏效果較好。如水泥和聚丙烯酰胺配成的混合漿液，具有速凝、抗水性強、有彈性等特點。經驗配方：①普通硅酸鹽水泥按0.5的水灰比，加入1%未水解的分子量（300~600）×104的聚丙烯酰胺水溶液，氯化鈣3%；②水泥和泥漿配合形成的凍膠水泥漿液；③水泥和脲醛樹脂形成的速凝混合物等，均可封堵大裂隙漏失地層。

（2）合成樹脂漿液（化學漿液）。脲醛樹脂以人工合成樹脂為主要原料的一種常用的有機高分子化學漿液，在酸的催化作用下快速形成有一定強度的固結物，封堵裂隙、洞穴等漏失地層，具有流動及滲透性好、固化時間可控、配制簡單等優點。

5漏失地層堵漏對策

在堵漏對策的選擇上，既要關注漏失量的大小，同時也要了解漏失層的地層特征及地下徑流情況，要針對鉆遇的具體問題采取不同的應對措施。

5.1孔隙或微裂縫漏失

鉆遇孔隙或微裂縫漏失，漏失量小，孔口能夠返流，可采取如下措施：

（1）靜止堵漏。發現沖洗液漏失后立即停泵停鉆幾個小時，并提出幾根鉆桿，利用沖洗液中巖屑沉淀堵塞孔隙。（2）惰性材料堵漏。沖洗液中加入一定量的鋸末等惰性堵漏材料，隨鉆封堵。

（3）交聯封堵。在部分水解聚丙烯酰胺或水解聚丙烯腈鈉鹽沖洗液加入氯化鈣、石灰或水泥作交聯劑進行堵漏。5.2壓差引發的漏失鉆進中使用的沖洗液的液柱壓力過大會壓裂（漏）地層，應降低沖洗液的密度。一是通過及時清除沖洗液中的巖屑并可逐步稀釋泥漿；二是通過加入發泡劑、穩泡劑等制成充氣泥漿，降低比重，達到止漏目的。5.3裂縫和涌漏交替層的堵漏（1）向漏失孔段灌注堵漏劑。（2）水泥護壁堵漏。使用普通建筑用硅酸鹽水泥加水泥外加劑（速凝劑、早強劑、堵漏劑等）或專用早強水泥（硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥），對漏失孔段灌注水泥漿液堵漏。

（3）復合材料封堵。通過灌注水玻璃—水泥、聚丙烯酰胺—水泥漿液或脲醛樹脂水泥球等復合材料，灌注到漏失處封堵。或配制出特制快干水泥配方，根據涌漏大小，使用初凝時間適宜的快干水泥進行封堵。

5.4大裂縫和溶洞漏失

（1）充填與堵漏液復合封堵。將水泥裝袋（或制成摻和碎石粗砂水泥球）投入至孔內，也可將水灰比小的水泥漿利用導管灌注至注漿孔段，再下入鉆具沖擊擠壓。

（2）大型尼龍網袋橋堵。將鉆桿用特制接頭與有彈性的大尼龍網袋上下口連接，底部連接堵塞物，下放至溶洞部位，灌注水泥漿至袋中，充滿漿液的尼龍網袋堵塞在溶洞上下口，待灌注的水泥漿達到一定強度后再掃孔鉆進。

（3）套管隔離。采取上述方法不能有效封堵時，下入套管隔離。

5.5止涌和抑涌

（1）鉆進遇承壓水層導致較大涌水時，可在泥漿中加入重晶石粉、石灰石粉等加重劑來提高泥漿密度,增大鉆孔液柱壓力來抑涌或止噴。

（2）涌水量大或其它原因使抑涌控制困難時，可采用軟膠塞速凝漿液封堵止涌。5.6頂漏鉆進在孔壁相對完整，無需泥漿護壁仍可維持正常鉆進，且用水供應充足時，可采取頂漏鉆進工藝。頂漏鉆進，需做好鉆桿的潤滑工作。

6護壁堵漏技術實踐

6.1福建永安黃年山礦區ZK5601破碎漏失孔段堵漏實踐

（1）孔在孔深65~80m出現全孔漏失，根據巖芯觀察有明顯裂隙，處理方法：在攪拌桶內泵入1m3鉆進原漿液，加入約10kg云母片、12kg鋸末，攪拌均勻，從鉆桿中灌入。灌入時均勻摻入PHP干粉﹙加入量小于0.5%﹚，開泵循環，30min后返漿正常，堵漏成功。

（2）孔深115~132m、271~292m處孔段漏失，巖芯松散、破碎、裂隙發育，有小氣孔。采取前述方法，增加摻入量，加入云母片25kg，鋸末18kg，經多次實施堵漏后返漿恢復正常，達到堵漏目的。鉆進至410m時又出現滲漏、沖洗液消耗大。在沖洗液中添加803堵漏劑和細顆粒鋸末等，進行隨鉆循環堵漏，取得明顯效果。后續施工中又3次遇到滲漏的情況，采取上述堵漏方法，均達到了堵漏的目的。

6.2福建漳平東山崎礦區

ZK7001漏失地層堵漏實踐該鉆孔施工至孔深88.26~118.88m時，因地層破碎造成孔內漿液漏失嚴重，水位48.30m，采用灌注水泥（150kg）漿堵漏后，返水正常，水位升至22.05m；在118.88~886.73m孔段處，因地層破碎，造成孔內再次漏失，使用803堵漏劑、木屑、云母片、棉花殼、麻絲等材料隨鉆堵漏，每班2~3次，最終達到堵漏目的，保證了鉆孔的正常施工。

7結語

（1）在煤田礦區鉆探施工中遇孔內漏失，首先要根據孔內實情，認真分析漏失原因，合理選用堵漏材料，并據實情采用不同材料的配比方法進行堵漏實踐。

（2）對于地層裂隙大、漏失嚴重的地層，采用水泥漿液進行堵漏時，必要時可添加一定配比量的木屑、云母片、棉花殼、麻絲，效果將更為顯著。灌注前先在地面做好小型的水泥性能試驗，以測定其流動性和凝固時間等指標、優選出合理的水灰比。

（3）套管隔離堵漏無疑是鉆探施工最佳的堵漏方法。因此，施工前了解礦區地層情況尤為重要，必要時征得地質同意，大一口徑開孔，為深部套管隔離法的實施提供有效保障。

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作者：劉建標 單位：福建省第二地質勘探大隊