【类型】期刊

【作者】胡晓斌，郑勇军，张礼，张定国，沈建（新疆地矿局第一地质大队）

【作者单位】新疆地矿局第一地质大队

【刊名】西部探矿工程

【关键词】 砂砾石层；钻孔漏失；泥浆溶蚀；堵漏

【ISSN号】1004-5716

【页码】P33-35

【年份】2019

【期号】第4期

【期刊卷】4;|5;|2

【摘要】矿区第四系地层由亚砂土,砂砾石层以及黄土层等组成,疏松多孔,无层理,层厚几十米到上百米不等。钻探施工中漏失层位多、裂隙大,遇到砂土、砾石层孔隙率大、裂隙多,易造成严重漏失,故在施工中是常要解决的问题。

【全文】 文献传递

沙尔湖煤田第四系地层漏失堵漏的应用实践

胡晓斌*，郑勇军，张 礼，张定国，沈 建

（新疆地矿局第一地质大队，新疆鄯善838204）

摘 要：矿区第四系地层由亚砂土，砂砾石层以及黄土层等组成，疏松多孔，无层理，层厚几十米到上百米不等。钻探施工中漏失层位多、裂隙大，遇到砂土、砾石层孔隙率大、裂隙多，易造成严重漏失，故在施工中是常要解决的问题。

关键词：砂砾石层；钻孔漏失；泥浆溶蚀；堵漏

1 矿区工程地质条件

矿区第四系地层分布于本区中北部的地表-浅表层处。上部为松散胶结的砾石、砂、黄土层；下部为一套灰褐色半胶结—胶结的砾石层，砾石成分以火山岩、砂岩、花岗岩为主。勘探区第四系地层主要由淡黄色亚砂土、冲洪积砂砾石层以及风成沙、黄土层等组成，疏松多孔，无胶结，无层理，厚度不稳定，分布广泛。RQD值为0，属岩石质量极劣的散体结构岩体，结构体呈颗粒碎屑状，遇水塌陷，属极不稳固型。该层透水性较好，为透水不含水层组。

2 施工所遇问题

在钻遇矿区第四系地层时，常出现垮孔、掉块、漏失等问题。遇到胶结力差的砂土层，在泥浆循环和钻具机械扰动下，岩芯不易取出，会随着冲洗液排出地表，使孔内孔径变大，易出现垮孔、掉块等现象。另外遇到砂砾石层，此地层疏松多孔，弱的泥质胶结—无胶结，含有裂隙，胶结物遇水溶蚀，施工中常有漏失严重的现象。在遇到黄土层时，泥浆会溶蚀裂隙地层，加大裂隙的宽度，形成孔洞造成泥浆成本的急剧增加。

3 漏失处理措施

沙尔湖矿区第四系地层的施工中，漏失类型主要有渗透性漏失、裂隙性漏失、压裂漏失等。沙尔湖煤田漏失主要发生在易溶蚀的弱泥质胶结地层、黄土层，裂隙度较高的砂砾岩层、含裂隙或易产生裂隙的不稳定地层。

3.1 渗透性漏失

渗透性漏失主要发生在渗透率和孔隙率较高的砂岩、砾石层等层位。主要表现在泥浆压力大于地层压力产生的压差作用下的渗漏，漏失量较小，选用优质泥浆利用泥浆的失水造壁性，在孔壁上形成泥皮，能阻止渗漏。

3.2 裂隙性漏失

裂隙性漏失有自然裂隙的漏失和压裂裂隙的漏失。有裂隙的地层中，裂隙形态各异并且分布不均匀，只要有正压差泥浆就可以漏失到地层里，成为自然漏失的通道。在黄土层遇到的裂隙漏失，常常伴有裂隙的溶蚀现象，一般钻遇此种裂隙地层，浆液会全漏失。当泥浆液柱压力超过地层破裂的压力时，钻孔孔壁容易被压开裂缝造成压裂性漏失，此现象容易出现在绳钻工艺施工中，钻杆外壁与孔壁环状间隙小，易压裂地层。

4 漏失处理措施

4.1 渗透性漏失地层的泥浆护壁

在钻探施工中泥浆起着关键作用，是保护孔壁稳定，预防渗漏的主要手段。在砂岩、砾石层轻微漏失地层中，地层的渗透率和孔隙率较高，需选用优质膨润土造浆。矿区选用腐植酸钾泥浆，施工中要控制好泥浆的粘稠度、比重、失水性等。针对地层渗透率较大的情况，利用泥浆失水造壁性在孔壁形成一层薄且具有韧性的泥皮防止渗漏。在提下钻过程中速度要慢，防止破坏泥皮。如若仍有渗漏发现泥浆消耗，可采取加土提粘，泥浆中加堵漏剂和锯末等颗粒细小的固相材料进行堵漏。

4.1.1 渗透性漏失地层泥浆配制及性能

沙尔湖矿区渗透性漏失层主要出现在砂岩、砾石层，矿区泥浆配置方法是700～800kg清水中加入纯碱4kg，膨润土40～50kg，腐植酸钾40～50kg，聚丙稀酸钾溶液60kg，Na-CMC溶液60kg。其中聚丙稀酸钾和Na-CMC要提前按配方浓度侵泡成溶液。泥浆主要性能为失水量8mL/30min,泥饼厚度0.8mm,粘度23s,比重在0.98，pH值13。

4.1.2 泥浆材料的选用及作用

矿区造浆粘土选用钠基膨润土，可直接配浆不需预水化，并且粘土颗粒在水中的分散度高，粘土—水分散体系相对稳定。造浆用水选用低矿化度的软水造浆，水质矿化度高时，可加入纯碱提供钠离子，有利于粘土的水化分散，并且可以起到除钙作用，如下反应式：

Ca粘土+Na2CO3→Na粘土+CaCO3↓

所选腐殖酸钾、聚丙稀酸钾、Na-CMC有机处理剂的作用分别是：腐殖酸钾在泥浆中有降失水和防塌的作用；聚丙稀酸钾起到提粘，减轻钻头磨损，降低钻具与孔壁泥皮之间的摩擦阻力，交联堵漏及剪切稀释作用；Na-CMC在泥浆中起增粘降虑失作用，Na-CMC的长分子链能够与多个粘土颗粒吸附，增强孔壁泥皮的胶结力，起到巩固孔壁的作用。

4.2 裂隙性漏失地层的水泥浆液、泥球堵漏及套管隔离

裂隙地层漏失根据漏失程度可分为中等漏失和严重漏失：中等漏失即钻孔钻遇漏失层孔内有水位，浆液循环不能返出地表，一般采用水泥浆液或泥球堵漏；严重漏失即钻孔钻遇漏失层浆液全漏失，一般采用泥球堵漏，堵漏无效时，为了保证孔内安全，则必须下入套管隔离漏失地层。

4.2.1 水泥浆液堵漏

采用水泥浆液对漏失地层的堵漏，常需加入如水玻璃、CaCl2等速凝剂，提高水泥浆早期凝固强度，减少钻孔堵漏辅助时间。一般采用普通硅酸盐325或425水泥加速凝剂配制水泥浆。

由于受野外生产条件的限制，矿区一般采用胶质水泥，水泥浆加惰性材料从孔口灌入或泵送的方法进行堵漏。胶质水泥配制方法是先将膨润土和清水调成泥浆后，在倒入水泥搅拌均匀即可。也可加入石灰提高早期凝结强度。配制方法（重量比）为水泥92%～96%+膨润土4%～8%，加入石灰为水泥72%+膨润土22%+石灰6%。采用加惰性材料水泥浆液堵漏时，水泥浆终凝时间5～8h,一般堵漏水泥强度达到标准强度的20%即能满足钻探生产条件，考虑到水泥进入裂隙固化强度的问题，需候凝24h透孔。

4.2.2 泥球堵漏

对于出现中等-严重漏失的裂隙地层，矿区一般采用粘土球、水泥球堵漏的方法。制作泥球时可掺入粒径和长度不同的惰性材料，如锯末、棉籽壳或其他纤维物质，制成直径为孔径的一半左右并且具有一定塑性的泥球。为避免投入时被泥浆分散，可在CMC溶液中浸泡，也可用保鲜膜包裹后投入孔内。

矿区钻孔为直孔，可以直接从孔口投入。投泥球时要逐个投入，防止在孔壁架桥。投入后用带有丝锥的钻杆下钻挤压，挤压时应慢转，多上下活动。特别要防止绳索钻杆被抱死，发生孔内事故。当采用水泥球堵漏时，可用水泥，膨润土按1∶1的比列制成泥球，投入孔内将其挤入到孔壁裂隙后，需候凝3～5h后透孔。

4.2.3 套管隔离

隔离前要顶漏钻进至泥岩等定地层中，然后下套管隔离漏失层位。套管下完后要保证套管底部封闭，避免出现套管底部漏失现象。

5 工程实例

5.1 实例一

矿区钻孔2816孔上部覆盖第四系砂砾石层，此地层结构松散，胶结力差，RQD值为零。在钻进过程中，钻进至47m处出现漏失，突然不返浆，有一点泵压，继续钻进。随后的钻进过程中，孔内开始返浆，但仍有漏失。钻至49.9m处取芯后，孔内彻底不返浆，出现全漏失。

机台进行堵漏措施，将植物胶、膨润土、堵漏剂等堵漏材料和成稠浆液，灌注在钻杆内，用泵压入孔底的过程中，泵压升高一段时间降回原位，堵漏不成功。随后用膨润土制成含有锯末的粘土球投入孔内，在将锥子上在钻杆上，下钻挤压，当时锥子能压到孔底，下钻开泵后孔内不返浆。

当时考虑是不是粘土球没有投到漏失层位，所以挤压没有效果。随后向孔内投粘土球孔底以上18m，下钻挤压粘土球，压至离孔底3m处压不下去（上部15m的粘土球受挤压后全部压入裂隙中）。再下钻开泵通孔，仍不返浆。随后下袋子架桥测漏失地层的位置，在37～43m的层位上，出现少量漏失，循环一段时间后返浆正常。46.25～47m处为主要漏失段，层位漏失情况：钻具下至46.25m处，孔内返浆三分之二；下至46.65m处，孔内返浆三分之一；下至46.85m处至孔底，不返浆。

测完后用水泥，膨润土按1∶1比例制成水泥球投入孔内，距离孔底10m，后下钻挤压水泥球，压至3m压不动。待干3h后通孔，堵漏成功。此地层后续钻进过程中出现3次同样的严重漏失问题，都按这种投水泥球方法堵住漏失。

5.2 实例二

ZK3264孔在砂砾石层钻进至23m处，出现全漏失，顶漏钻进至25m。机台考虑到设计孔深700m，必须先进行堵漏，当时用了3袋棉籽壳、25袋锯末制成稠泥浆灌堵，通孔后没有堵住。随后用纤维袋、膨润土袋切碎，掺入棉絮用稠泥浆加水泥搅拌，灌入孔内仍不见效。后投入泥球、砂土仍无效。分析钻进中无掉杆现象，并非孔洞，存在大的裂隙，只能下套管隔离。扩孔至25m隔离后钻进2h又漏失，分析是套管底部漏失。随后拔出套管在漏失层以下灌入水泥浆，用木楔将套管底部封死，强行将套管下入孔底，将灌入的水泥浆挤到套管外环间隙里封闭套管，隔离漏失。候凝通孔后堵漏成功。

6 总结及认识

（1）沙尔湖矿区上部第四系各地层漏失层位多，必须结合各钻孔的地层及漏失情况做深入分析，确定漏失类型，才能选择正确的堵漏工艺。并且施工中应加强技术经验交流，研究新的堵漏工艺。

（2）有些钻孔需采用多种堵漏方法进行处理，在选择堵漏方法时，应根据钻孔漏失情况综合考虑，提出方案，确定堵漏工艺先后顺序，尽量减少堵漏辅助时间。

（3）当必须采用套管隔离漏失层时，因确保套管底部坐实并且封闭严密，防止松动和套管底部漏失。另外，在选用套管时，应尽量选择反丝套管，这样能避免钻杆敲击套管发生脱扣现象。

参考文献：

[1]曾祥熹.钻孔护壁堵漏与减阻[M].地质出版社，1981.

[2]乌效鸣，胡郁乐，等.钻进液与岩土工程浆液[M].中国地质大学出版社，2002.

[3]王扶志，张志强，宋小军.地质工程钻探工艺与技术[M].地质出版社，2010.

中图分类号：TE249

文献标识码：B

文章编号：1004-5716(2014)04-0033-03

*收稿日期：2013-02-16

第一作者简介：胡晓斌（1986-），男（汉族），新疆霍城人，技术员，现从事地质勘探工作。