第四纪地层钻具起下钻受阻和岔孔事故处理

第四纪地层钻具起下钻受阻和岔孔事故处理

王强

江苏省地质矿产局第一地质大队江苏南京210041

摘要：对第四纪地层进行勘探钻进施工，极易产生钻具起下钻受阻和岔孔事故，对勘探施工造成严重的不良影响。本文浅析了地层对钻孔稳定的影响，探究了第四纪地层钻具下钻受阻和岔孔事故的原因以及处理措施，以期为第四纪地层勘探施工提供借鉴。

关键词：钻具受阻；岔孔事故；处理

前言：对第四纪地层进行勘探施工，极易产生钻具的起下钻受阻，并增加老孔的寻找难度。对钻具起下钻受阻采取不恰当的处理措施有可能导致岔孔，造成钻探进尺出现报废，甚至导致全孔出现报废。因此，有必要加强对钻孔缩径的正确认识，对第四纪地层钻具起下钻受阻和岔孔事故原因进行深入分析，并探究有针对性的处理措施，加强对钻探施工的现场指导。

一、地层对钻孔稳定的影响

第四纪地层的地质年代最晚，其各层岩石在性质上存在较大差异。对第四纪地层进行勘探钻进施工，不同地层会呈现出不同的物理现象。

1、上部松散浸透性地层

上部松散浸透性地层通常具有松散的地层结构，此类地层孔隙较大，且透水性较强，但不具备膨胀性[1]。钻孔形成之后，被钻掉岩石承受的载荷转移至孔壁周围的岩石，即导致应力集中于孔壁围岩。由于岩石具有较为松散的结构，且强度较低，受上覆岩层的压力作用影响，孔壁围岩的状态极其不稳定。同时，受孔内泥浆的液柱压力影响，孔壁围岩极易将泥浆水分吸收，而泥浆在其水分被孔壁吸收之后，渐渐变成胶体粘泥，并对钻孔孔壁进行贴附，进而成为泥皮，其泥皮的厚度会越来越厚，泥皮重量也相应地日渐增加。当孔壁的粘结力以及泥浆的悬浮力难以承受泥皮的重量时，泥皮即出现脱落现象，严重时，甚至会引起孔壁跨塌。

在对松散浸透性地层进行勘探钻进时，钻孔孔壁围岩会对泥浆所含的水分进行充分吸收，导致泥皮的厚度日渐增加。同时，高速旋转的钻具在钻孔施工过程中会对孔壁进行刮削，另外，循环泥浆也会不停冲刷孔壁，将导致泥皮渐趋变薄[2]。在趋势相反的两种作用共同影响下，泥皮厚度以及泥皮韧性会渐趋适当，实现对孔壁稳定性的有效增强。

因此，对上部松散浸透性地层进行勘探钻进施工，其钻孔孔壁不具备较为良好的稳定性。随之泥皮厚度逐渐增加，泥皮达到一定重量将坠入钻孔内部，但不会无限度地向钻孔内部进行持续性的延伸，因而，一般不会造成程度较为严重的泥皮缩径，也基本不会造成程度严重的泥皮缩实。但是，基于上部松散地层的结构特征，在勘探钻进施工中，对于泥浆的不恰当使用，极有可能造成钻孔超径现象的出现。泥皮脱落以及钻孔孔壁出现坍塌超径，其外在表现是粘泥及流砂等出现在钻进现场的循环泥浆中。

2、中部水敏性地层

蒙脱石以及高岭石是固结粘土的主要成份，其岩性呈现出显著的坚硬致密特征，且具有较强的水敏性[3]。在该层段中进行勘探钻进施工，极易产生钻具下钻受阻。钙质膨润土也是固结粘土的主要成份，其坚硬致密，缺乏良好的水化膨胀性能。蒙脱石是粘土主要的矿物成份，两层硅氧四面体中间夹一层硅氧八面体是其晶片结构，其钠、钙离子的交换较为缓慢，且泥浆中缺乏充足的钠离子。固结粘土通常由内而外发生水化膨胀，其水化膨胀通常保持较为缓慢的速度，且不会产生大量的能量。因此，对于水敏性地层进行勘探钻进施工，在钻具起、下钻的极为短暂的间隔时间以内，钻孔内基本上不会出现固结粘土发生具有较大体积的水化膨胀而导致的严重钻孔缩径或者缩实。

3、砾石地层

第四纪地层下部是厚度较薄的砾石地层。在对该地层进行勘探钻进施工时，该地层出露探头石的现象较为频繁，极易产生钻具下钻受阻。对此，可采用优质泥浆加强护壁，实现对钻具下钻受阻的有效处理和控制。

二、第四纪地层钻具下钻受阻和岔孔事故的原因以及处理措施

1、钻具下钻受阻和岔孔事故的原因

钻具下钻受阻，其根本原因在于地层中的固结粘土发生水化膨胀造浆对泥浆性能造成了严重的不良影响，使其稳定性在极大程度上丧失。同时，引发的液柱压力波动对松散地层造成的恶劣影响更为严重，甚至导致钻孔坍塌以及钻孔超径。这就造成漏斗型台阶在钻孔孔壁上产生。第四纪地层的固结粘土极易产生造浆。在对第四纪地层进行勘探施工的过程中，地层中包含的固结粘土通常会发生剧烈的水化膨胀，其钻具会受到旋转剪切作用的重要影响，而削去固结粘土的部分凸起，并使被削去的固结粘土凸起进入到钻孔内部的泥浆之中。这部分被削去进入泥浆中的固结粘土，会伴随泥浆循环，而继续对泥浆中所含的水以及水化钠离子进行吸收，加剧水化膨胀造浆的程度。并有效改善施工，通常采用“全孔换浆法”以及“清水稀释法”对泥浆进行稀释[4]。在继续钻进的过程中，将不断有固结粘土浸入，且泥浆稠度将继续增加。对于不规则孔壁，受钻孔偏斜以及钻具弯曲等不良因素影响，极易导致下钻钻具捣在孔壁处的漏斗型台阶上。在这种情况下，采取盲目墩、捣以及冲扫孔措施将导致岔孔出现，引发岔孔事故。

2、钻具下钻受阻和岔孔事故的处理措施

要深入考察钻具下钻受阻的具体原因，在此基础上制定具有较强针对性的有效技术措施加以防范，并对钻探工艺进行修正完善，对勘探施工形成科学有效的现场指导。对于厚隐蔽区进行勘探钻进施工，对固结粘土要强力抑制其水敏性质。PHP低固相泥浆的造浆粘土在性质上与固结粘土极为相近，难以有效对选择性絮凝剂进行选择。另外，KHM-PHP低固相泥浆在常规井温及井压下难以实现对蒙脱石六方晶格的良好嵌入，无法有效促进蒙脱石转化为伊利石。因此，可采用“可控全絮凝”低固相泥浆加强对其在泥浆中的浓度控制，实现部分固相的絮凝，并保留部分固相。其次，要加强钻孔设计、钻具操作等多种因素配合，有效保障孔壁的完整性。

结语

综上所述，在第四纪地层的勘探钻进施工中，由于其固结粘土缺乏良好的水敏性能而引发严重的钻孔缩径，并造成下钻受阻。固结粘土以及松散地层互层孔段缺乏良好的规则性，产生了不同的漏斗形状，造成下钻钻具对钻孔轴线的严重偏离，导致下钻钻具捣在孔壁处的漏斗型台阶上，加之盲目墩、捣以及冲扫孔，即导致岔孔出现，引发岔孔事故。对下钻受阻和岔孔事故处理要有效保障并加强泥浆性能的稳定性，深入考察固结粘土的具体成分，并有效结合水化膨胀造浆的具体特点，对“可控全絮凝”等措施进行科学采用，有效保障泥浆比重、泥浆粘度以及泥浆固相含量保持在适当的程度。

参考文献

[1]李效生.第四纪地层钻具起下钻受阻和岔孔事故处理[J].安徽地质,2015(2):129-131.

[2]童强,杨丕祥.地质岩心钻探施工中吸附卡钻事故处理与认识[C]//全国探矿工程.2013.

[3]董润平,胡忠义.煤矿井筒检查孔施工工艺探讨[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2012,39(10):12-15.

[4]张汉跃.钻探孔内钻具事故原因分析及处理措施[J].山西建筑,2009,35(12):97-99.