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1、复杂地层护壁与堵漏措施,复杂地层护壁与堵漏措施,钻进过程中，往往由于钻孔漏失、涌水而无法维持冲洗液的正常循环，或因冲洗液的性质以及冲洗液在环状空间流动的水力因素和孔壁的岩石性质不相适应而造成孔壁坍塌、膨胀、使钻孔直径扩大或缩小，钻进工作不能正常进行，导致出现各种孔内事故。这种情况，有时可能发展到极其严重的地步，被迫停钻进行长期地、反复地孔内处理，甚致钻孔报废。容易出现上述情况的地层，通称为复杂地层。在复杂地层中钻进，往往是孔内事故多，效率低、质量差、成本高。,孔壁不稳定的成因,（一）自然因素的影响：1.岩石性质:如均质的坚硬岩石，不会出现孔壁不稳定的问题。而水溶、水敏、膨胀、分散的岩盐、粘土或
2、泥岩、页岩地层，则往往出现超径，缩径、坍塌等孔壁不稳定现象。2.由于内动力地质作用(地壳运动、岩浆作用和变质作用)和外动力地质作用(风化、剥蚀，搬运、堆积，成岩等作用)使地层中存在着各种空隙，裂隙和溶隙。在这些空隙中，一般都有流体(水、油、气)和某些松软的固体堆积物或化学沉积物充填其中。使我们在钻进过程中经常遇到各种复杂的情况-冲洗液漏失、涌水、井喷，孔壁垮塌等问题。3.地下水的埋藏条件和运动状态，对地层的稳定性起着极共重要他作用。它是维持钻孔冲洗液的正常循环，平衡地层压力，防止漏水、涌水(油、气)和孔壁垮塌的重要问题。,在钻井过程中常遇到孔内掉块、坍塌、缩径、超径等孔壁不稳定现象，就护壁而言
3、不稳定的岩层主要包括：,不稳定岩层的分类,属于深部的主要有 硬脆碎岩层、断层破碎带等。,(二)岩层的空隙性,岩层的空隙性，是指岩层在形成过程中或形成以后，在内外动力地质作用下所产生的空间，按其成因类型，可分为：松散的孔隙岩层，坚硬的裂隙岩层，以及溶隙岩层等。A、松散的空隙岩层包括：冲积层，洪积层，风积层。B、坚硬的裂隙层包括：风化裂隙、成岩裂隙，构造裂隙。C、溶隙岩层包括：溶隙，溶孔，溶洞。,(A1)风积砂层 在干旱或半干早地区，风蚀作用是很强烈的，风携带砂粒，在搬运到一定距离后，由于风力减弱或受到阻碍物阻挡，所搬运物质就堆积下来，称为风积物。一般都以细砂和粉砂为主，由于风力搬运而磨圆，所以颗
4、粒均匀而圆度大。在我国主要分布在西北地区。风积砂层通常是很松散的，孔隙率在40以上，厚度可以是几米、几十米。地下水一般埋藏很深。在风积砂层地区钻进,只有使用泥浆护孔才能顺利施工，否则不能成孔。钻进过程中容易产生严重的冲洗液渗漏，孔壁坍塌，埋钻等复杂情况。,（A2）洪积层 洪积层广泛分都在山前地带，是由暂时性水流(洪水)和经常性水流的作用下形成的。由于水流出山口时，坡度减小，流速降低，使携带的砂砾不断地堆积下来形成洪积扇。当许多洪积扇毗连起来，而形成山前倾斜平原，在我国的天山，祁连山，大青山,太行山，大小兴安岭等地区广泛分布。根据冲洪积扇的物质成分，颗粒大小和厚度，在平面上可分三个带：洪积扇上部
5、砂砾带：分选不好，有砾石和砂，大小混杂，厚度可由十几米到数百米，如大兴安岭山前白城带为30一50米，而天山山前厚达百余米。地下水埋藏很深，在这种地带进行钻探时主要是冲洗液的大量漏失问题。洪积扇中部砂砾、粘性土交错带：离山口较远，颗粒有较好的分选和磨圆程度。主要有砂层和小砾石，夹有少量的砾石，并有粘土夹层，由于岩性是粗粒砂急剧变为细粒的粘性土，潜水流被阻而溢出地面，形成沼泽地带，在较深部经常埋藏有承压水，易产生涌水和坍塌事故。洪积扇的边缘地带，则多为亚砂土、亚粘土和粘土等比较简单的地层。,(A3)冲积层 冲积层是河流的沉积物，它是组成平原地区第四纪的主要沉积物，河流是在河谷中流动的常年水流，在河
6、流上游主要以侵蚀为主，堆积物极少，而河流的中下游是以堆积为主。双层结构和牛轭湖相的沉积岩相是河流的沉积特点。具有双层结构(下部为砂卵石层，上部覆盖有亚粘上、粘土等)的岩层内常有承压水，钻探时易产生井喷和孔壁坍塌等事故。,(B1)风化裂隙 坚硬岩石裸露于地表，由于太阳幅射热的作用，在水和生物等参与下，使岩体破碎。风化作用分为物理的和化学的，物理风化是由于岩石在水和生物等作用下，发生溶解、氧化、水解等一系列的破坏，使岩石的矿物成分和化学成分发生显著的变化，不稳定矿物随水流失，一些稳定矿物残留下来。风化作用的产生，使岩石的强度大大降低。在基岩山区，岩石裸露的表层，裂隙发育，分布均勺，相互切割成网状。
7、风化裂隙从地表向深处迅速减弱，风化裂隙发育深度一般仅2030米，个别可达50l00米。在风化壳进行钻探，开始时的渗漏量较大，到达一定深度后漏失量就很快减少。,(B2)成岩裂隙 成岩裂隙是指各种岩石在成岩(冷凝收缩)过程中所形成的裂隙。如喷出岩(玄武岩)小的柱状节理,深成侵入体(花岗岩)中的边缘裂隙；沉积岩中的水平层理和某些变质岩的片理等。成岩裂隙的生成发育都与一定岩性有关，它的分布受岩性所控制。在钻探工作中，常遇到片岩，千枚岩，因岩层遇水膨胀，钻孔易变形，坍塌。而沉积岩多具有层型、层面、整合面和不整合面，它们的交界面都可能成为泥浆的流失通道，造成冲洗液的漏失，特别是当层面倾角很大时，使岩层更加
8、不稳定。,(B3)构造裂隙 构造裂隙是受地质构造运动所引起的各种应力作用造成的。地层受构造运动的破坏而产生断层破碎带和裂隙节理等。断层破碎带，大部由断层泥、糜棱岩、断层角砾岩、压碎岩、碎块岩和片状岩等组成的，这些组成断层破碎带的构造岩石，在强烈的挤压作用下，原岩的结构和构造大都被破坏，有些被碾磨成细粉，有些被破碎成颗粒，有些被切割成大小不等的块体，有些再结晶的矿物及细小碎屑组成定向排列的片状岩，它们的延伸，宽度可以很大，规模最大可达数十米，数百米，深度可达数千米，但方向性极强，呈脉状分布。构造裂隙除了与应力性质有关，还与岩石的力学性质有关，如断层通过脆性岩石时破碎带宽而破碎，常形成断层角砾岩，
9、裂隙发育良好，成为地下水贮存和活动的场所。当断层通过塑性岩石时，断层带多为泥质所充填，常形成地下水的隔水边界。所以钻进通过断裂带时，由于钻具的碰撞和冲洗液的冲刷，往往会造成严重坍塌或冲洗液的漏失。,C溶隙岩层 溶隙主要是由于水对可溶性岩石长期溶解作用形成的空隙，小的称为溶隙、溶孔，大的称为溶洞。可溶岩包括有：卤素岩(钠盐、钾盐及镁岩)，硫酸盐(石膏，硬石膏)及碳酸盐(石灰岩，白云岩)。按溶解度来说，碳酸盐类岩层为最小，但它分布最普遍。我国碳酸盐类岩层的分布遍及全国，但以华南分布最广，如云南、贵州、广西三省碳酸盐类岩层的出露面积，占三省总面积的一半，厚达五、六千米，华北次之，为一、二千米；华南由
10、于高温多雨，所以岩溶最为发育，东北则发育较差。岩溶按其发育程度可分为:(1)强烈发育的岩溶 以大型暗河，廊道、天然竖井、落水洞和较大规模的溶洞为主，地下洞穴系统已经形成或基本形成，有大量溶洞水涌出，溶洞间管道状连通性强。(2)中等发育的岩溶 沿断层、层理、不整合面等有显著溶蚀而发育成的串珠状小型洞穴，地下洞穴系统尚未形成，但有集中径流或小型暗河,呈岩溶裂隙水涌出，岩溶化裂隙连通性好。(3)弱发育的岩溶 沿裂隙、层理溶蚀扩大为小型洞穴或岩溶化裂隙。裂隙连通性差，很少有集中径流，常有裂隙水出露。(4)微弱发育的岩溶 以裂隙状岩溶或小溶孔为主，裂隙闭合，基本不透水。在碳酸盐类地层中钻进时，经常遇到大
11、小不等的溶洞，或大裂隙，引起钻具折断和卡钻,(三)地层的含水情况,地层存在空隙是含水的先决条件，根据地层的含水情况可分为三种；透水而不含水；含潜水；含承压水。在前两种情况，经常产生冲洗液的漏失，其漏矢量的大小与岩层的渗透性密切相关，当遇到渗透性良好的岩层时，由于水流速度快，会造成冲洗液的大量漏失；如果是渗透性较差的岩层，其渗漏量则较小。在承压水地区钻探时，根据含水层压力及所用冲洗液的比重情况，可能涌水也可能漏水，当含水层压力大于孔内液柱压力时则涌水；反之，则漏水。这种情况都是由于地层中含有不同状态的地下水所造成的必然结果。,（二）钻井工作对孔壁的影响,随着钻孔加深，一方面岩石连续暴露形成新的孔
12、壁，失去了原始状态的平衡；另一方面钻具不断在孔内回转、升降，都会摩擦和碰撞孔壁。因此，保护孔壁是钻井工程的关键技术之一，除了在特殊孔段下套管外，最常用的办法是用钻井液护壁。,技术因素,钻孔出现复杂情况，地质因素是内因条件，可如果采取适当的技术措施，改变外因条件的作用，孔内复杂情况是可以减轻或消除的。影响孔内复杂情况出现的工艺因素有如下几方面：(1)钻孔直径 孔壁岩石由垂直地层所引起的侧压，可使胶结不好的岩石向孔内滑落与坍塌。由于钻孔断面呈圆形，孔壁岩石构成“承压带”，改变了原来的应力分心状态，孔壁岩石抗压强度提高，防止岩石滑入孔内。但随着钻孔直径的增大，结构支持力减小，使孔壁稳定性变差，这就是
13、小口径钻进比大口径钻进事故少的原因之一。,(2)钻孔深度,孔越深，孔壁越不稳定。究其原因：一是深部地层具有较大的内应力，可能发生崩解或塑性变形。二是孔较深时，有较高的孔内温度，增加了泥浆性能维护的困难。如地热井、深井和超深井，有较高的温度，此时许多化学药品失去效力，因而控制泥浆性能比较困难。由于泥浆性能变坏，容易引起地层的不稳定。,(3)裸眼时间,钻孔的裸眼时间直接影响孔壁的稳定性，特别是水敏性地层，它的破坏有一个变化过程，即需要一定的时间。裸眼浸泡时间越长，孔壁的破坏越严重，越易出现复杂问题。因此，在不稳定地层中钻进时，应尽量缩短钻进周期，或者迅速穿过以后，下入套管护壁。这一措施已在浅部钻进
14、中广泛应用。,(二)泥浆性能与地层的适应性,在复杂岩层内钻进，正确的使用泥浆是一个关键问题。钻孔内很多复杂情况，如漏失、坍塌、缩径、超径等，多数都是由于泥浆性能与地层岩性不相适应造成的。我们应该力求采用符合地层需要的优质泥浆。如在松散砂层中钻进，使用清水时，很容易被水冲毁，造成孔壁坍塌，但使用失水量较小的泥浆，却可以在泥皮的保护下不发生孔壁坍塌，如果使用失水量很大的劣质泥浆，则形成的泥皮松厚，孔径缩小，泥皮脱落，可导致严重的坍塌埋钻事故。,水敏地层适应性泥浆:在吸水膨胀的含粘土矿物较多的水敏性岩层中钻进时，使用清水或一般淡水泥浆往往出现缩径或严重的孔壁坍塌事故，但如果采用有抑制性的钙处理泥浆、
15、盐水泥浆或聚丙烯酰胺浆，则孔壁可以保持完好。,破碎程度较大的岩层:对破碎程度较大的岩层来说，在保持泥浆失水量极低的条件下，常常可以使用低固相泥浆而不致发生孔壁坍塌。低失水泥浆的防塌效果，只有在泥浆液柱压力与地层压力能平衡时，才能表现出来。从岩层稳定方面来看，高比重泥浆对防坍塌极为有利。但高比重泥浆的失水量应该很低。就是在这种情况下，泥浆也会不断失水，使孔壁逐渐由较稳定而变为不稳定，以致孔壁坍塌。因而减少裸眼时间，实行快速钻进，是消除孔壁坍塌的一项积极措施。,在同一钻孔中，有时出现对泥浆要求相互矛盾的情况，这时应先考虑共性，再考虑个性:如漏失层要求泥浆比重低，而坍塌层和高压层则相反，在这种情况下
16、，应抓住主要矛盾，先解决漏失层的问题，即先堵塞低压漏失层的通道或用套管及其它办法将性质差别很大的地层隔离开来，再采用高比重、低失水量的泥浆解决坍塌或高压地层。而高压地下水层与坍塌地层都需要较高的泥浆比重，但高压水层所需之液柱压力只能稍大于地层压力；而坍塌层所需之液柱压力，则可在较大范围内变动，在这种情况下调节泥浆比重时，则应以高压水层为准。对失水量来说，坍塌层要求失水量小，但这对高压含水层所需要的泥浆比重又是个矛盾的。,(三)钻进土艺,从钻进工艺方面来看，操作技术不当，会招致孔内复杂情况的发生和发展。钻进时，经常要回转钻具、升降钻具，冲洗液循环洗井时开泵、停泵等，都会造成孔内压力的波动，影响孔
17、内压力平衡。因为在钻进时，冲洗液由静止到流动或由流动到静止的变化，水泵往复运动的不均匀性，特别是小口径金刚石钻进升降钻具所引起的抽吸力、高压及冲洗液的不均匀流动等，都是造成孔内压力变化的因素。钻进过程中，由某些外力而引起的孔内压力的突变，叫做压力波动。压力波动是钻进过程中不可避免的现象，是破坏平衡的一个经常性因素，它可以导致漏失、坍塌或井喷。若使用泥浆洗井，开泵时泥浆由静止到流动，产生很大的阻力，引起憋泵或孔内漏失，泥浆流入不稳定地层的裂缝中，当循环正常时，又从裂缝中流出来，这样，使坍塌岩层，尤其是倾角大的岩层变得极不稳定；停泵时，泥浆继续从孔口流出，不能立刻停止，因此液柱压力会短暂地低于静止
18、条件下的数值，引起高压地层中的介质浸入泥浆，甚至坍塌。提升钻具时，孔内泥浆量减少，也是一种压力波动，也会造成水侵或孔壁坍塌的后果。下降钻具时速度过大，会使孔内压力瞬时剧增而导致漏失。,漏失和井喷会引起严重的压力波动现象，这种现象多数是由于孔壁间隙过小，并采用高速升降钻具造成的。泥浆质量不好，泥皮过厚，泵量不足等均能引起钻头泥包现象，升降钻具更容易引起压力波动而造成坍塌和漏失事故。根据实验资料认为：钻孔愈深，压力波动愈大；当孔深一定时，升降钻具速度愈快，钻具与孔壁间隙愈小，泥浆粘度与切力愈大，则压力波动也愈大，且下降钻具时较提升钻具时的压力波动值大；切力较粘度的影响大。由此可见，压力波动是破坏平
19、衡的经常因素。为了减小压力波动，必须对泥浆的性能进行调整，还要注意钻具的尺寸配合和水泵、升降机的操作技术。提升钻具时，要坚持向孔内回灌泥浆以减少孔内压力波动。,(四)钻孔环空间隙大小与水力因素 钻杆与孔壁间隙愈大，钻杆柱愈易弯曲，在回转状态下的弯曲钻柱，对孔壁的敲击破坏作用是很大的，特别是对强度不大的软岩，或具有裂隙的水敏地层，是极易引起掉块，坍塌超径现象的。当然，小口径钻进对孔壁的稳定作用是比较好的，但升降钻具时的压力波动对孔壁的冲刷破坏作用是不能忽视的，特别是在正常钻孔冲洗过程中，环状空间水力因素的控制是值得重视的问题。泥浆或清水在环状空间的上返速度过高，往往导致孔壁稳定性的破坏。一般说来
20、，采用小口径金刚石钻头钻进坚硬岩石时的岩粉颗粒一般都很小，环空间隙也小，洗井是不成问题的，应该在保证钻头正常工作的条件下，尽量减小冲洗液的上返流速，以减轻冲洗液对孔壁不稳定地层的冲涮作用。,钻井液对孔壁的影响 1钻井液对岩层的水化作用 钻井液引起岩层遇水不稳定的水化机理主要是表面水化作用和渗透水化作用,由于水化作用将造成孔壁坍塌、剥落、塑性滑动、膨胀、脆碎掉块、造浆等复杂情况。2.钻井液对岩层的直接冲刷 钻井液对岩层的直接冲刷使孔壁失稳破坏的程度取决于流体循环时的流速和流态。当环空上返速度过高，形成紊流时，对孔壁的冲刷作用大，不利于孔壁稳定(小口径钻进尤为突出)。3.滤液的抑制性 钻井液滤液的
21、成分直接影响膨胀型粘土矿物的交换容量、分散作用、亲水性和其他特性。钻到以蒙脱石矿物为主要成分的粘土岩层时，这些影响就特别显著。因此，可以认为抑制性钻井液滤液对孔壁上粘土矿物的影响，对于护壁有着重要的意义。,2遇水不稳定岩层 岩层被钻穿以后，随着与钻井液接触，逐渐出现分散、溶胀、坍塌、剥落等复杂情况的岩层属于遇水不稳定岩层，常简称为水敏性岩层。根据遇水产生的情况又可分为：(1)遇水溶解地层,如岩盐,钾盐,石膏,芒硝及天然碱等。(2)遇水溶胀地层,如粘土、泥岩、软页岩和绿泥石等。(3)遇水松散地层，如风化黄铁矿、泥质砂岩、风化大理岩和风化花岗岩等。(4)遇水剥落地层，如剥落页岩、片岩、千枚岩、滑石
22、化高岭土化板岩、硬煤层等。除岩层本身性质、结构等决定性原因外，水的存在是遇水不稳定岩层的主要客观因素，力学不稳定与遇水不稳定岩层既有区别又互相联系，因为水的存在可使力学不稳定加剧。,第三节复杂情况的分析判断,一、钻进过程中复杂情况的分析判断 根据施工地区的地层、岩性、构造及水文地质条件，在钻探施工设计中，应该对可能发生或必然发生复杂情况的地层孔段、位置有明确的指示及预防处理措施。这是顺利钻进复杂地层必要的先决条件。在钻进根据设计提供的复杂孔段时，应特别详细的记好原始报表，注意观察钻进过程中的各种异常现象，发生异常时的准确深度，动力机及钻机的运转异状，水泵压力突变时的孔深，泥浆性能的变化，水量消
23、耗情况(循环系统中的正常消耗量和漏失量)，沉淀池沉砂粒度的变化和形状，岩心的性状、破碎程度、节理、片理、裂隙的发育程度，升降钻具过程中，孔内发生异常阻力时的孔深。提钻后，下钻前的孔内水位等。这些情况与数据，都是提供对复杂情况进行分析判断的必不可少的重要资料。,(一)对钻孔坍塌、掉块与缩径的分析判断 在松散的孔隙地层，如砂砾层，坚硬的构造裂隙地层，含粘土矿物的泥页岩层、片岩、千枚岩等地层中钻进时，若泥浆抑制性能不好，则往往出现掉块与坍塌现象。掉块会出现钻具挤夹征兆，如回转钻具阻力大，提动困难，动力机工作不正常(柴油机转速降低甚至熄火，电动机电流增加)，在这种情况下，水泵工作正常，返水没有问题。若
24、是在地层倾角比较大的节理裂隙地层中钻进，有时发生卡钻事故，其特点是卡钻位置一定，升降钻具有阻留现象，有的下钻没困难，提升时有困难，有的则情况相反，有时在升降钻具中都有困难，一般无鳖泵现象，这往往是孔壁上的活动石块(探头石)造成的。,在水敏性地层钻进时，地层因吸水膨胀而使钻孔直径变小，钻进及升降钻具阻力大，憋泵，泥浆比重、粘度增加为其特点。在松散流砂砾石地层中钻进时，有时因泥浆质量不好而发生坍塌埋钻事故。在钻进时坍塌，水泵压力增高，泥浆含砂量、比重增加。在这个时候不能停泵，以免埋钻。在升降钻具时坍塌，表现为阻力大下钻不到底，很多地质队都曾出现过下钻时几十米不到底、钻孔却愈来愈浅。这是很严重的孔壁
25、垮塌现象。往往导致严重的孔内钻具事故。上述情况出现的一些现象，有时与孔斜出现的一些问题类似。应进一步分析判断相互区别。,(二)钻孔漏失的分析判断 钻孔的涌水漏水，是由含水层的类型、岩石性质决定的。通常，钻孔漏失情况居乡，有孔隙地层的渗漏，也有裂隙、溶洞等的严重漏失。钻孔漏失量的大小，不仅取决于漏失通道的大小，最重要的是决定于地下水的压力与钻孔中液柱的压差，地下水水位越低，漏失量愈大。目前，按漏失程度对地层分类，还没有一个比较理想的判断方法和标准。因为漏失不仅仅取决岩层漏失通道的形状、大小和地层压力，而且也与冲洗液的种类、性质，以及操作技术有关。,根据钻进时孔内冲洗液的漏失现象概略地分为：(1)
26、轻微漏失 有的叫小漏或渗漏，其表现为孔内返出的冲洗液数量减少，水源箱水位降低冲洗液不断消耗，但尚能维持循环；(2)普通漏失 又叫中漏或一般漏失，表现为循环中止，冲洗液面低于孔口，冲洗液消耗量等于泵入井内的冲洗液量；(3)严重漏失 又称大漏或全漏，即孔内冲洗液几乎全部漏失，没有水位或水位很低。,冲洗液的消耗量Q，与岩层的渗透系数K和冲洗液流动时的压力损失H的关系式为：K值表示岩层的渗透速度。K值愈大，则漏失愈严重。,渗透系数K的测定。测定K值，用压水试验方法进行，在没有向孔内注水之前，先用水位计测得静止水位深度;然后将钻杆下至静止水位下5-10米处，每在钻杆内测量一次静止水位后，用水泵向钻杆外环
27、状间隙注水10-20分钟，同时调节水量大小，使孔内水位上升并稳定在某一位置。测水位要在钻杆内进行。此时用秒表计时，测得单位时间内泵入孔内的水量即为漏失孔段水的消耗量Q立方米/小时;静水位与动水位的深度差值即为H米，此两值已定即可求得K值。,二、钻孔漏失的原因及分类 1渗透性漏失 2天然裂缝、溶洞性漏失 3地层被压裂造成的钻孔漏失三、钻孔漏失的分析判断(1)从岩层结构判断 因为在钻探中，初次漏失往往发生在孔底。发现漏失后，首先应对钻探取上的岩心进行分析，观察接近孔底的岩心是否有松散、裂隙、节理发育或溶蚀等情况，完整程度如何。同时，也可以联系水文地质情况，搞清楚靠近孔底这一层位的岩性，是否是含水层
28、、漏失层和破碎带等。(2)从钻进过程中判断 如果在钻进过程中突然出现漏失，并伴有钻速突然加快或钻具坠落，则应考虑是否遇到了破碎带、大裂隙或大溶洞。(3)从孔内水位判断 当在不含水地层中发生孔底漏失时，则孔内没有稳定水位，即所谓全孔漏失。当在含水的漏失层中发生孔底漏失，稳定水位与地下水位一致。而在孔壁产生漏失时，若漏失层为非含水层，则稳定水位将在漏失层之下；若漏失层为含水层，则稳定水位可能在漏失层之上，也可能在漏失层中，根据动水位与稳定水位可以大致判断漏失量。,四、漏失层的测定 1.现场简便测定法(1)止水测定法 利用橡皮胶囊充水把孔内漏失层隔开，来测得漏失层的顶部(2)隔离压力试验法 用逐孔段
29、开泵检查压力变化的办法来判断漏失层底部。(a)胶囊隔离法 仍是使用上面介绍的止水胶囊，只需把安全阀门装在胶囊的下部即可。如果胶囊下部不漏失，开泵后，泵压会一直升得很高。如压力升高不多，则可以把胶囊继续下放，直到测得漏失层底部为止。(b)隔离体隔离法 就是用某些特殊物质(如海带等)做成隔离体，把它用细铁丝缠到钻杆上，下入孔内预定的位置12小时后，利用海带等物质遇水后膨胀与孔壁紧密密结合，把钻孔上下部隔开，然后开泵试验，如泵压大幅度升高，也可以说明其下部不漏。用上面几种方法，都要求漏失层顶部或底部孔壁比较完整，否则难于达到预期目的。,2.井温测定法 利用地温梯度的突然变化，以电测井温的办法来确定漏
30、失位置。在正常条件下，孔内水的温度总是随孔深增加而逐渐变大的。当有漏失层存在时，往孔内泵人钻井液后，由于钻井液漏入地层，而使漏失层处的井温曲线突变。3.钻孔测漏仪(钻孔流量计)测漏仪可测定钻孔漏失的位置、厚度和漏失量相对大小。其井下部分就是一个涡轮流量计。常用的有LWJ-73井内涡轮流量计、JCL-1型钻孔漏仪等。4.盐水跟踪测定法 就是利用清水和盐水的电阻率不同来判断测定漏失位置。这种方法是在电缆线头上挂一盐包，在盐包的稍上方，固定两根铜的探针，两根探针分别和电缆线的两根导线连接好，然后下入孔内，孔口灌水，把电缆上下移动几次，再从下至上，匀速提升，在漏失底部，因无液流存在，水被盐化，地表用万
31、用表可测得一电阻值；当进入漏失层后，由于漏失，盐分被带走，地表测得的电阻值会较前增大，这样反复测定几次，就可以确定漏失层的位置。,第四节 复杂地层护壁堵漏的技术措施,一、泥浆护壁与堵漏 钻进复杂地层时，钻孔护壁与堵漏的根本措施是根据不同地层选用不同的泥浆类型。(一)未胶结或胶结很差的第四纪松散覆盖层(包括松散砂层、砾石层、土层或其混合物)这类地层不稳定。钻进这类地层时，最好是快速穿过，然后下入套管封隔。因为裸眼时间短，泥浆的要求最简单，如果地层不漏失，采用普通泥浆即可，失水量无需严格控制。如果发现漏失，可提高粘度，降低比重。如果覆盖层很厚，裸眼时间较长时，为避免掉块和坍塌，泥浆的类型和性能，都
32、必须慎重选择。此时选用抑制性较强的泥浆，例如钙处理泥浆，盐水泥浆等。同时泥浆的失水量也必须很好控制，尽可能不要超过5-8毫升/30分钟。泥浆的比重必须大于地层压力(水层压力)，而且必须保持稳定，切忌忽高忽低。,(1)吸水膨胀或分散性地层 例如含蒙脱石、伊利石，绿泥石，高岭石等粘土矿物的地层。这类矿物具有良好的吸水性，吸水后发生体积膨胀，同时本身强度降低，严重时会引起缩径和坍塌。在钻进各种类型的页岩和泥岩时，经常可以碰到这类矿物。对于高岭石类矿物的膨胀和坍塌，用一般石灰泥浆或低含盐度(例如NaCI35万毫克/升)的泥浆就可收到良好的抑制效果。但对于蒙脱石类粘土矿物，则必须用高含盐度的泥浆(例如饱
33、和盐水，饱和CaCI2泥浆等)，聚丙烯酸胺泥浆、K-聚合物泥浆或其他强抑制性泥浆才能见效(有时，即使采用这种泥浆也收不到抑制效果)。钻进中大量碰到的水敏地层是含伊利石，绿泥石类矿物的地层。前者多存在于一般沉积地层中，后者多存在于蚀变带，这类地层的水敏性能介于蒙脱石与高岭石之间。泥浆的抑制性要求也介于上述二者之间，依据孔内地层的具体情况，可以选用合钙泥浆(例如石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆等)或合NaCI410万毫克/升或更高含盐量的泥浆。,(2)遇水剥落的地层 这类地层遇水并不膨胀，但由于组成不均一，沿节理面上的胶结物易于溶解，破坏了岩层的连结。在较陡的倾角下。极易片状剥落并掉入孔内。这是造成
34、孔内掉块、超径现象的主要因素。对于这类地层，必须认真研究节理面物质溶解破坏的机理，根据不同的破坏形式，采用不用的方法，例如，节理面为石膏、碳酸钙类物质所充填时，可以采用石膏泥浆，或其它含较高钙离子浓度的泥浆；节理面为岩盐、芒硝类物质允填时，可以采用具有相应盐类的泥浆；节理面为各种类型的粘土矿物充填时可采用含任何一种电解质的泥浆。通常，填充物不可能是单一物质，大多数情况下，均为各种易溶盐类与粘土及其它水不溶性物质的混合物。这种填充物，在淡水泥浆中，虽然容易引起溶解或膨胀，但在含有中等程度的电解质(例如含NaCI 5-7%，或含Ca2+离子300-700毫克/升)的泥浆中，就可受到良好的抑制，无需
35、要采用饱和溶液配制泥浆。,(三)构造破碎带(包括破碎地层及构造应力地层)由于地层被钻开，在孔壁自由面上应力失去约束，可产生孔壁的破坏和不稳定。这类地层一般是疏水的，并不产生水敏性破坏(如果其中夹有水敏性填充物时例外)。在这类地层钻进时，可能出现掉块、坍塌，也可能存在漏失或涌水现象。对于漏失，可采用适当的堵漏措施或用防漏泥浆。坍塌、掉块及涌水可以采用适当的泥浆措施来解决。对于破碎带的掉块，泥浆必须具有良好的造壁性，即失水量和泥饼厚度应小，要注意泥饼质量的控制。薄而韧的泥饼，对于防止掉块是有利的。切忌厚而松散的泥饼，这种泥饼附壁能力差，而且容易堵死钻孔环形空间，由于提钻抽吸，极易脱落，引起掉块或坍
36、塌。在漏水的情况下，适当提高泥浆的比重对孔壁的稳定往往具有良好的效果，同时钻进过程中应保持比重的稳定，避免忽高忽低。至于涌水地层，应当首先测出含水层的静压高度，依据涌水层的深度，计算出用于压住该涌水层的必要的泥浆比重。这里必须强调指出，许多涌水层往往也是漏水层，当泥浆柱压力低干含水层压力时，将涌水，在高于含水层压力时，则将漏水。在这种含水层钻进时，必须正确掌握泥浆比重提钻时速度不宜过快，以防止抽吸；起出三、四根立根后应向孔内灌浆(有连续灌浆的装置最好)，防止液面过度降低，造成地层中水的涌出及坍塌掉块。,必须指出，在不稳定的地层中钻进时，灌浆是很重要的。这一点，在小口径金刚石钻进中更为突出，因为
37、钻杆与钻孔尺寸相差很小，钻具在孔内所占的体积很大。提钻后若不灌浆势必造成孔内泥浆液面的大幅度降低，掉块、探头石、坍塌、地层水的涌出(冲稀泥浆)等现象都可能伴随着出现。为达到提钻过程中连续灌浆的目的，在安装孔口管时，最好在孔口管的上端接一支管，在支管上接一专用灌浆管线，借助于水泵，也可以借助于专设的高位槽，使泥浆自动流入孔内，保持孔内一直充满泥浆。但在小口径金刚石钻进中，由于间隙太小，回灌问题仍未能很好解决。,(四)易溶地层(包括岩盐，钾盐，石膏，天然碱等)可采用含有相同盐类的饱和泥浆，或采用油基泥浆，油包水(水中含饱和量的相应盐类)，乳化泥浆来钻进。此外，必须保持低的粘度、切力和失水量，泥饼厚
38、度要小，并富于韧性。泥浆比重以其所形成的泥浆拄压力等于或稍超于地层的压力时即能起到应有的护壁作用。,对于漏失地层，特别是漏失通道尺寸较大，而且孔内水位很低时，则应在泥浆中加入用以充填堵塞裂隙的各种架桥材料，如锯末、纸屑、麻刀、马粪等纤维材料，以及各种果壳、棉籽壳、云母片、蛭石等比较坚硬的材料。各野外队的生产经验证明：锯末泥浆，锯末石灰泥浆，胶冻泥浆等具有很好的堵漏效果。锯末石灰泥浆是在泥浆中加入15(重量比)锯末和24的石灰，均匀搅拌而成。一次灌入量由于漏失程度不同约为610立方米。某队在地质构造复杂、裂隙十分发育的岩层中钻进，当用各种办法处理无效时，用锯末石灰泥浆，一般一次即可止漏，效果很好
39、。,采用如下两种胶冻泥浆堵塞孔隙、裂隙型漏失层，较其它方法效果为好，其配方是：1立方米粘度大于50秒的泥浆，加50公斤水泥，15公斤水玻璃和适量锯末。1立方米上述泥浆，加100公斤熟石灰，25公斤水玻璃(无水玻璃可加40公斤氯化钙)和适量锯末。泥浆数量均应为钻孔体积的3-4倍。先加石灰或水泥搅匀，开泵送浆的同时，在孔口投锯末，在吸水龙头处细水长流地加入水玻璃。,二、水泥堵漏与护壁,水泥价格低廉，材料来源很广，与岩石颗粒或裂隙层面胶结强度大，是一种应用很久，效果很好的堵漏材料。对处理孔内坍塌、漏失，曾应用过很多类型的水泥浆液，如普通水泥浆，胶冻水泥浆，早强与超早强水泥浆，速凝早强水泥浆等。在不同
40、条件下，选用不同的浆液均能有效的胶结孔壁裂隙岩石，堵塞孔隙、裂隙岩层的漏失通道；水泥浆可用泵注入，也可以采用专用灌注器送入孔内后混合。如果钻孔很浅时，可将水泥作成球后投入孔内。当地下水活动强烈时，可将水泥混以速凝剂，或其它惰性材料做成快干水泥球或装入塑料袋，从孔口投入或用岩心管送入需要封闭的孔段，用捣实的方法将其挤入裂隙内。随着我国水泥品种的不断增加，新的水泥外加剂(减水剂、速凝、早强或缓凝剂)的陆续出现，水泥护孔堵漏方法的应用范围越来越广。,三、化学浆液堵漏与护壁 化学浆液用于防渗堵漏的历史虽然不长，但不同有程度地收到了较好的效果。当前应用的品种类型水玻璃类(水玻璃-氯化钙、水玻璃-铝酸钠、
41、水破璃-水泥浆-氯化钙等)，丙烯酰胺类，本质素类(铬木素，木铵等)，聚胺脂类(氰凝、PM)和尿醛树脂等。上述浆液多用于工程基础加固，坝基防渗处理等的灌浆方面。钻探中应用化学浆液，特别是有机高分子化学浆液，是近十几年的事情。脲醛树脂堵漏应用的早一些，后来又试用了氰凝和301聚脂等浆液堵漏并取得了初步成果。,四、惰性材料充填堵塞法 往钻孔内投入粘土球(有的表面沾一层CMC)、水泥球、砂子、石头、桐油石灰、纤维物质等，可使破碎岩层相互粘结，防止坍塌，或充填堵塞裂隙、溶洞以增加渗漏阻力,在其它浆液的配合下，达到护壁与堵漏的目的。在这方面各野外队部有极其丰富的实践经验。如甘肃四队采用砂于充填堵漏的经验指
42、出，砂子充填部位有较大的抗压强度，具有冲不垮，压不开的特点。他们曾用此法对15个钻孔中出现的31次不同情况的漏失，如破碎带、裂隙、溶洞等进行了充填堵漏，都收到了良好效果。砂子可采用0.4一0.9的天然砂，每分钟投入0.02一0.06立方米，送砂泵量控制征90一100升/分。当砂超过漏水面以上0.5-1米左右时即可用粘度为25-30秒的泥浆冲孔，捞出孔内多余的砂子后,继续用泥浆护壁，正常钻进。,五、套管隔离法 对严重的坍塌超径，老窿、大熔洞、地下河等的严重漏失，当用其它方法无法控制时必须采用下套管(暗管、局部套管)的办法护壁堵漏、套管底部必须封闭止水。六、其它方法 当水源不足，漏失层上部岩层稳定
43、，可采用局部反循环，边漏边钻(有进无出钻进法）等办法，钻低压漏失层也可采用泡沫泥浆。在大裂隙岩层的漏失部位，进行孔内爆破，使裂隙变形，封闭，并配合其它方法堵漏，有时是有效的。当溶洞较大，地下水活动剧烈时，可用帆布袋，尼龙袋等包在表面有孔的钻杆或竹杆下入孔内注水泥浆，以防水泥稀释或被冲散。有时也可用水泥伞封闭孔壁中部漏失段。,孔内事故是直接影响钻探工程施工进度的。严重的事故还会报废钻探进尺和管材，造成大量人力、物力的浪费，使成本增高，生产任务不能完成。在处理过程中，如果处理不当，还会带来机械和人身事故等，造成生命财产损失。因此必须引起高度重。孔内事故的发生，不外乎主观和客观两个方面的因素。主观因素，是指责任心不强思想麻痹大意、操作人员技术不熟练、预防技术措施不当及违章作业等。客观因素主要是指地质条件复杂和设备、管材质量不好等。,END,
