浅谈煤田钻孔漏失孔段堵漏技术范文

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《煤田地质与勘探》2017年第6期

摘要:煤田钻探施工，钻孔经常会遇漏水、缩径等等问题，而且会因下部岩层漏水处置不当，导致上部松散层垮塌造成卡、埋钻具，甚至有的钻孔因严重漏水事故恶化无法处理，使钻孔报废。为此，解决钻孔漏失问题是煤田钻探施工的重要保障。

关键词：煤田钻探；漏失；堵漏

煤田复杂地层钻进中如何处理好钻孔漏失是最普遍的一个难题。由于钻孔漏失，造成钻进施工的困难，钻孔严重漏、涌水进而引起钻孔垮塌、卡埋钻具，被迫停钻处理等。钻孔漏失处理不当会引发其它孔内事故，影响钻孔质量及施工效率，甚至报废钻孔。因此，找出钻孔漏失的原因进行分析，采取有针对性的防治对策具有重要意义。

1钻孔漏失的原因

1.1漏失原因分析

（1）客观条件，即钻孔的地质和水文地质条件。岩层中的孔隙环境、裂隙环境、溶隙性环境、上覆岩层的含水情况等，是产生漏失的重要原因。（2）工艺技术原因。冲洗液的种类、冲洗方法及钻头类型、钻速、钻进工艺参数、操作技术等。这些是能控制和调节的，是防止漏失的可控因素。

1.2漏失通道的分析

漏失一般发生在孔隙地层、裂隙地层和岩溶地层以及各种空隙相互穿插共存的混合地层。岩石孔隙率的大小取决于岩石的颗粒大小、形状及其相互堆积的状态。自然界松散岩石的孔隙率大体接近理论平均值（37%）,对于渗透性大的灰岩和砂岩来说，其实际孔隙率为20%~25%。岩石中的裂隙一般按矿体几何特征、形态和成因进行分类。对评估漏失有效的裂隙参数是：裂隙的开口、密度（裂隙间沿法线的距离）和频数（孔内裂隙间沿水平线的距离）。岩石中存在的0.1~1mm大小的裂隙就可能造成冲洗液的漏失。根据开口将裂隙分为：细微裂隙（小于0.1mm）、小裂隙（0.1~1.5mm）、中裂隙（5~20mm）、大裂隙（20~100mm）和极大裂隙（大于100mm）。洞穴常见于溶隙、溶洞发育地层（石灰岩、石膏、大理岩）分布的地区，大小从几毫米、几厘米到几米至几十米不等。在洞穴性地层中钻进，易产生冲洗液漏失，也可能导致埋钻事故发生。

2钻孔漏失的预防分析

钻孔漏失原因，可得出预防漏失应从2方面着手。一是尽量维持钻孔与地层系统的压力平衡，应采取：①降低孔内液柱压力；②降低环空循环压力损失；③降低激动压力；④增加液体在漏失通道中流动时的阻力。二是减小漏失断面或将漏失通道堵塞。因此，预防钻孔漏失主要采取以下4方面的措施。

2.1调节冲洗液的相对密度

孔内冲洗液的相对密度决定了冲洗液柱压力。降低冲洗液的相对密度是降低孔内液柱压力的主要方法，采用优质土造浆，它不仅可使泥浆的相对密度因加土量小而降至1.04~1.06，而且用优质土造浆，泥浆的流变参数较好，泥浆的粘度和切力低，流型较好，同时能降低环空循环中的压力损失和升降钻具时的激动压力。

2.2强化冲洗液的净化工作

冲洗液密度因岩屑混入而增大，使孔内静液柱压力也随之增大，因此，必须采取机械和化学除砂等方法在地面将岩屑除去。若净化仍不能达到所要求的低密度，则可向泥浆中加水进行稀释，以降低密度，同时适当补充化学处理剂。

2.3调节冲洗液的流变特性

在实际钻进中，经常是钻进循环时冲洗液漏失，停钻便不漏，这是由于环空流动压力造成的孔内漏失。环空流动压力会随着泥浆的粘度和切力增高而增加，进而压裂地层造成漏失，因此应降低泥浆的粘度和切力。主要采用合理的冲洗液的流变特性及钻孔结构、钻具组合来降低环空流动压力值。此外，在升降钻具时，较高的粘度和切力会使激动压力变大，造成压裂地层而漏失。因此，调节冲洗液的流变特性，是预防漏失的重要一环。

2.4冲洗液中添加惰性充填材料

钻进时在冲洗液中添加部分惰性充填材料，如植物果壳磨碎物、锯末、云母片等和化学堵漏材料，在循环中堵塞漏失通道，达到减小漏失通道断面或完全封堵通道，防止冲洗液的继续漏失。

3堵漏方法

煤田钻探中治理钻孔漏失的方法按其特点可分为：增阻法、注浆固结法、隔离法和其它方法。

3.1增阻法

使用各种添加惰性充填材料的堵漏泥浆将漏失通道的断面减小直至堵塞，这是非固结硬化性的方法。实施堵漏后钻进仍需要使用堵漏前的泥浆作为冲洗液。

3.2注浆固结法

用泥浆难以堵漏时，可将水泥浆液、化学浆液、沥青乳液等各种类型的堵漏浆液灌注到漏失带，利用水泥（化学浆液、沥青乳液等）的凝结硬化作用，把漏失通道封堵，是固结硬化性的方法。堵漏浆液与漏失岩层凝固成一个整体，停待一定时间后可用不同种类的冲洗液钻进。

3.3隔离法

出现严重漏失，注浆固结堵漏难以奏效时，可下入大一口径的金属或其它材质的套管到孔内漏失孔段进行隔离的方法，套管隔离后可恢复正常钻进。

3.4其它方法

将液体冲洗钻进改为空气泡沫、气液混合液、无泵钻进等，如果钻遇地层相对完整不坍塌，在供水充足时可采取“顶漏”钻进的方法。在实际施工中应用最普遍的是前2种方法，即灌注浆液（包括非固结硬化性和固结硬化性两种类型），治理无效时才用套管隔离法。

4堵漏浆液

4.1非固结硬化的堵漏浆液

（1）这类浆液一般是各种类型的泥浆，主要用于治理轻微漏失。①稠泥浆。在停钻状态下利用稠泥浆粘土和携带的岩屑沉淀进入漏失通道堆积堵漏，这种方法需停钻让稠泥浆沉淀1d以上才有效。②优质泥浆。用优质膨润土造浆，在孔内液柱压力与漏失通道中液体压力差的作用下失水，使粘土颗粒形成泥皮封闭微裂隙。③冻胶泥浆及其它结构泥浆。在泥浆中单独或混合加入水泥、氯化钙、水玻璃等，配成的高粘度冻胶泥浆，形成凝胶充填孔隙堵漏。④低固相泥浆。利用进入未水解聚丙烯酰胺浆液中的岩屑起絮凝作用，形成不分散絮凝团粒沉淀堵塞漏失通道，减小或消除漏失。⑤石灰乳泥浆。在泥浆中添加一定量的石灰乳形成适度絮凝而稳定的粗分散体系的泥浆，以絮凝物堵塞漏失通道达到堵漏目的。

（2）惰性充填材料的应用。在泥浆中使用惰性充填料，既是预防漏失的手段，又是治理漏失的方法。其主要功用：使漏失通道中的惰性颗粒因失水而堆积充填堵塞漏失通道，以此解决钻孔冲洗液的漏失。可以单独使用，也可以配合使用，根据泥浆的浓度需要而改变。惰性充填材料大致分为纤维状、片状和颗粒状，堵漏效果与堵漏材料的颗粒大小、形状、粒度、数量（浓度）和颗粒的级配等有关。正确选择颗粒的粒度和级配，对堵塞漏失有重要意义。根据计算和实验得出，堵塞漏失通道的惰性充填材料的最大尺寸应等于裂缝张开量的1/2，且不同大小的填充材料应按照一定的比例配合，才能得到最佳效果。粗颗粒在裂缝中造成堵塞骨架，而细小颗粒则充填其中，可减少渗透性、提高稳定性。常用的堵漏用惰性材料有锯末、云母、棉子壳、核桃壳、赛璐珞、塑料粒、碎橡皮、纺织纤维的废料等。表1是广泛应用的惰性充填材料堵塞性能的试验结果，供现场应用参考。

4.2固结硬化的堵漏浆液

4.2.1对堵漏浆液的要求

（1）在岩石孔隙中形成坚固的堵塞物。

（2）硬化时不形成砂眼和裂缝，水、气均不能渗透。

（3）浆液在压差作用下能够渗入微裂隙，但由于自重作用不会沿裂隙流动。

（4）对裂隙壁有良好的粘结性，对被封堵的岩石能产生加固作用。

（5）浆液因物理化学作用而逐渐固结硬化，其结构的形成和固结硬化速度能够任意调节。

（6）浆液具有沉降稳定性，有抵抗地下水冲刷的能力。

（7）在低温和高温条件下不改变其堵塞性能。

4.2.2固结硬化堵漏浆液的种类

（1）水泥浆液。近年来以水泥为主要材料，加入其它成分（如速凝剂、早强剂、减水剂等外加剂）材料形成的混合浆液或速凝混合物，堵漏效果较好。如水泥和聚丙烯酰胺配成的混合浆液，具有速凝、抗水性强、有弹性等特点。经验配方：①普通硅酸盐水泥按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，氯化钙3%；②水泥和泥浆配合形成的冻胶水泥浆液；③水泥和脲醛树脂形成的速凝混合物等，均可封堵大裂隙漏失地层。

（2）合成树脂浆液（化学浆液）。脲醛树脂以人工合成树脂为主要原料的一种常用的有机高分子化学浆液，在酸的催化作用下快速形成有一定强度的固结物，封堵裂隙、洞穴等漏失地层，具有流动及渗透性好、固化时间可控、配制简单等优点。

5漏失地层堵漏对策

在堵漏对策的选择上，既要关注漏失量的大小，同时也要了解漏失层的地层特征及地下径流情况，要针对钻遇的具体问题采取不同的应对措施。

5.1孔隙或微裂缝漏失

钻遇孔隙或微裂缝漏失，漏失量小，孔口能够返流，可采取如下措施：

（1）静止堵漏。发现冲洗液漏失后立即停泵停钻几个小时，并提出几根钻杆，利用冲洗液中岩屑沉淀堵塞孔隙。（2）惰性材料堵漏。冲洗液中加入一定量的锯末等惰性堵漏材料，随钻封堵。

（3）交联封堵。在部分水解聚丙烯酰胺或水解聚丙烯腈钠盐冲洗液加入氯化钙、石灰或水泥作交联剂进行堵漏。5.2压差引发的漏失钻进中使用的冲洗液的液柱压力过大会压裂（漏）地层，应降低冲洗液的密度。一是通过及时清除冲洗液中的岩屑并可逐步稀释泥浆；二是通过加入发泡剂、稳泡剂等制成充气泥浆，降低比重，达到止漏目的。5.3裂缝和涌漏交替层的堵漏（1）向漏失孔段灌注堵漏剂。（2）水泥护壁堵漏。使用普通建筑用硅酸盐水泥加水泥外加剂（速凝剂、早强剂、堵漏剂等）或专用早强水泥（硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥），对漏失孔段灌注水泥浆液堵漏。

（3）复合材料封堵。通过灌注水玻璃—水泥、聚丙烯酰胺—水泥浆液或脲醛树脂水泥球等复合材料，灌注到漏失处封堵。或配制出特制快干水泥配方，根据涌漏大小，使用初凝时间适宜的快干水泥进行封堵。

5.4大裂缝和溶洞漏失

（1）充填与堵漏液复合封堵。将水泥装袋（或制成掺和碎石粗砂水泥球）投入至孔内，也可将水灰比小的水泥浆利用导管灌注至注浆孔段，再下入钻具冲击挤压。

（2）大型尼龙网袋桥堵。将钻杆用特制接头与有弹性的大尼龙网袋上下口连接，底部连接堵塞物，下放至溶洞部位，灌注水泥浆至袋中，充满浆液的尼龙网袋堵塞在溶洞上下口，待灌注的水泥浆达到一定强度后再扫孔钻进。

（3）套管隔离。采取上述方法不能有效封堵时，下入套管隔离。

5.5止涌和抑涌

（1）钻进遇承压水层导致较大涌水时，可在泥浆中加入重晶石粉、石灰石粉等加重剂来提高泥浆密度,增大钻孔液柱压力来抑涌或止喷。

（2）涌水量大或其它原因使抑涌控制困难时，可采用软胶塞速凝浆液封堵止涌。5.6顶漏钻进在孔壁相对完整，无需泥浆护壁仍可维持正常钻进，且用水供应充足时，可采取顶漏钻进工艺。顶漏钻进，需做好钻杆的润滑工作。

6护壁堵漏技术实践

6.1福建永安黄年山矿区ZK5601破碎漏失孔段堵漏实践

（1）孔在孔深65~80m出现全孔漏失，根据岩芯观察有明显裂隙，处理方法：在搅拌桶内泵入1m3钻进原浆液，加入约10kg云母片、12kg锯末，搅拌均匀，从钻杆中灌入。灌入时均匀掺入PHP干粉﹙加入量小于0.5%﹚，开泵循环，30min后返浆正常，堵漏成功。

（2）孔深115~132m、271~292m处孔段漏失，岩芯松散、破碎、裂隙发育，有小气孔。采取前述方法，增加掺入量，加入云母片25kg，锯末18kg，经多次实施堵漏后返浆恢复正常，达到堵漏目的。钻进至410m时又出现渗漏、冲洗液消耗大。在冲洗液中添加803堵漏剂和细颗粒锯末等，进行随钻循环堵漏，取得明显效果。后续施工中又3次遇到渗漏的情况，采取上述堵漏方法，均达到了堵漏的目的。

6.2福建漳平东山崎矿区

ZK7001漏失地层堵漏实践该钻孔施工至孔深88.26~118.88m时，因地层破碎造成孔内浆液漏失严重，水位48.30m，采用灌注水泥（150kg）浆堵漏后，返水正常，水位升至22.05m；在118.88~886.73m孔段处，因地层破碎，造成孔内再次漏失，使用803堵漏剂、木屑、云母片、棉花壳、麻丝等材料随钻堵漏，每班2~3次，最终达到堵漏目的，保证了钻孔的正常施工。

7结语

（1）在煤田矿区钻探施工中遇孔内漏失，首先要根据孔内实情，认真分析漏失原因，合理选用堵漏材料，并据实情采用不同材料的配比方法进行堵漏实践。

（2）对于地层裂隙大、漏失严重的地层，采用水泥浆液进行堵漏时，必要时可添加一定配比量的木屑、云母片、棉花壳、麻丝，效果将更为显著。灌注前先在地面做好小型的水泥性能试验，以测定其流动性和凝固时间等指标、优选出合理的水灰比。

（3）套管隔离堵漏无疑是钻探施工最佳的堵漏方法。因此，施工前了解矿区地层情况尤为重要，必要时征得地质同意，大一口径开孔，为深部套管隔离法的实施提供有效保障。

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作者：刘建标 单位：福建省第二地质勘探大队