鉆孔施工卡鉆的分析

摘要：鉆孔卡鉆事故的形成主要有兩種：一是某種巖性本身的膨脹導(dǎo)致；二是由于某種巖層良好滲透與強(qiáng)吸水性，使泥漿性能發(fā)生變化，泥皮迅速增厚所致。正確認(rèn)識(shí)和分析兩種不同的卡鉆原因，采取相應(yīng)措施預(yù)防避免事故發(fā)生。
關(guān)鍵詞：卡鉆事故  遇水膨脹  泥漿性能、鉆孔縮徑  滲水  失水  吸水   
        0 引言
        不論是在油田勘探，煤田勘探或其它勘探工作中，都有不同程度的卡鉆事故。由于對(duì)鉆孔卡鉆認(rèn)識(shí)的不同，往往都?xì)w結(jié)巖石遇水膨脹而導(dǎo)致卡鉆。其實(shí)不然，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐和參閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，作者認(rèn)為：鉆孔卡鉆事故的形成主要有兩種：一是某種巖性本身的膨脹導(dǎo)致；二是由于某種巖層良好的滲透，巖石的強(qiáng)吸水性，使泥漿性能發(fā)生變化，泥皮迅速增厚所致。就兩種卡鉆原因而言，后者居多，前者較少；就其危害性而言，后者嚴(yán)重，前者較小。因此，能否正確認(rèn)識(shí)和分析兩種不同的卡鉆原因，并采取相應(yīng)預(yù)防措施，避免卡鉆事故，十分必要。
        1 由于巖石本身膨脹形成的卡鉆事故
        所謂卡鉆事故，理論上，是由于鉆孔形成后，巖層中出現(xiàn)自由面，巖石本身失去壓力平衡，加之沖洗液（泥漿）對(duì)巖層的滲透，使巖石產(chǎn)生膨脹，巖石便向壓力小的方向凸出，使鉆孔直徑縮小，從而導(dǎo)致卡鉆；推理上，似乎存在這種卡鉆的可能性，但在鉆探穿過(guò)的各類巖層中，因巖石膨脹引起卡鉆為數(shù)極少。在煤田地質(zhì)勘探中常見(jiàn)的巖石有硅藻土、膨潤(rùn)土、泥巖、砂巖、礫巖、石灰?guī)r和火成巖等。其中，硅藻土、膨潤(rùn)土、泥巖具有遇水膨脹性。在同等條件下，膨潤(rùn)土膨脹率為10倍以上，其它的巖石膨脹率為3~5倍，在正常鉆進(jìn)中，不能突然膨脹，使孔徑縮小卡住鉆具。具有膨脹性巖層并不是無(wú)止境的向孔內(nèi)膨脹，它們只能在鉆孔周圍2~3 m的范圍內(nèi)產(chǎn)生微量膨脹。在該范圍以外的巖石，因受圍巖壓力的控制，不可能在某段時(shí)間內(nèi)，無(wú)止境的或突然向鉆孔內(nèi)凸出來(lái)，明顯使孔徑縮小，并且遇水膨脹的巖石又都比較松軟，硬度只達(dá)到二至三級(jí)，極易受到外力的破壞。此類巖石在一定時(shí)間內(nèi)膨脹凸起的部分，小于鉆具摩擦而削去的部分。加之松軟巖石極易被沖洗液（泥漿）沖刷破壞，只能使孔徑擴(kuò)大而不能縮小。縱觀鉆探工程，具有膨脹性巖層孔段的孔徑都大于堅(jiān)硬巖層孔徑。由此可見(jiàn)，由于某種膨脹性的巖層產(chǎn)生膨脹縮徑，危害鉆孔或造成孔內(nèi)事故的理由是不十分充足的，把一些擠夾事故分析判斷為鉆孔縮徑造成，歸結(jié)為現(xiàn)象是沒(méi)有根據(jù)的。
        2 巖層滲透率良好、巖石吸水性強(qiáng)，泥皮增厚而形成的卡鉆事故
        鉆孔穿過(guò)的各類巖層中，性質(zhì)各有不同，有的滲水，有的不滲水，也有的涌水。在滲水巖層中，滲透率也有差異，有的滲水率良好，也有的滲水率較差。滲透率良好的巖層，加上鉆孔泥漿柱的壓力作用，極易使泥漿中迅速失去水分。失去水分的泥漿變成膠體的粘泥吸附在井壁上，形成泥皮逐漸增厚或迅速增厚而產(chǎn)生縮頸，直至堵死某段鉆孔。這種縮頸卡鉆事故，慢者幾十個(gè)小時(shí)，快者十幾分鐘，即可將某段鉆孔部分或全部堵死而造成孔內(nèi)卡鉆事故。
        在滲水巖層中，這種縮徑形式在不斷進(jìn)行著，吸水巖石時(shí)刻都在吸附泥漿中的水分。正常鉆進(jìn)，泥漿正常循環(huán)時(shí)，泥皮也與時(shí)間成一定比例增厚的同時(shí)，也被鉆具旋轉(zhuǎn)或上下磨削而變薄，其被削去的泥皮又被沖洗液（泥漿）帶走，加入沖洗液之中，而隨沖洗液循環(huán)，從而不致于堵死鉆孔。但是，泥漿中的水分子在不斷減少，而泥漿的粘度在不斷加大，迫使人們調(diào)整泥漿粘度。所以，在正常鉆進(jìn)中，很少發(fā)現(xiàn)泥皮增厚擠夾鉆具。如果某種原因停鉆，停止泥漿循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，滲水巖層就會(huì)很快將泥漿中的水分子吸走，使這一孔段的孔徑縮小或堵死，致使不能下入鉆具，這種現(xiàn)象不僅在某一地區(qū)發(fā)生，其他地區(qū)也發(fā)生過(guò)。
        3 由于巖層滲透率良好而引起的鉆孔卡鉆事例
        3.1 長(zhǎng)白5-1號(hào)孔，在孔深350m之前正常鉆進(jìn)，350-400m漏水，采用加大泥漿粘度堵漏后，進(jìn)行鉆進(jìn)。當(dāng)上余沒(méi)有時(shí)，掰開(kāi)立軸加單根鉆具，停泵15min后，鉆具提拉不動(dòng)，用反絲鉆具處理至350 m時(shí)，往下再也反不動(dòng)，反絲鉆具扭斷多次，而正絲鉆具還是反不回來(lái)。后來(lái)采用粗徑鉆具套一根，反一根，在反上來(lái)的鉆桿上，固結(jié)著圓柱形失去水分的固體粘泥，用手難取下。這說(shuō)明，滲水性好的地層對(duì)泥漿中水分的吸收作用是很強(qiáng)的。該孔多次在這一孔段發(fā)生過(guò)夾鉆事故，有時(shí)鉆具下到350m被托住，象掃巖芯一樣掃到孔底。這時(shí)，如果停泵十幾分鐘，鉆具就有可能被卡住。主要是因?yàn)椋耗酀{固相含量多，失水量大，泥漿失水后迅速將鉆具卡住，致使該鉆孔未達(dá)到設(shè)計(jì)深度而終止。         3.2 長(zhǎng)白8-2號(hào)孔，孔深700m ，在300-400m孔段，是滲透率好、吸水性強(qiáng)、泥漿粘度增加迅速，先后發(fā)生2次卡鉆事故。參照長(zhǎng)白8-2號(hào)孔處理辦法，解除了卡鉆事故后，加強(qiáng)了泥漿管理，加大泥漿處理劑費(fèi)用的投入，使泥漿性能滿足該鉆孔地層要求，使該孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
        3.3 1992年，在某油田油井，其巖層為泥巖，具有很強(qiáng)的吸水性。當(dāng)油井達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度時(shí)，由于某種原因未能及時(shí)測(cè)井，等電測(cè)井時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且又沒(méi)有經(jīng)常循環(huán)泥漿，導(dǎo)致井徑縮小，測(cè)井儀器不能下到應(yīng)測(cè)井段，采用向泥漿中加入泥漿處理劑，調(diào)整泥漿性能，減少泥漿失水量。后經(jīng)再次掃孔得知，油井多處孔段發(fā)生縮徑。這說(shuō)明，此種縮徑形式在認(rèn)識(shí)上確認(rèn)了吸水良好巖層對(duì)泥漿的吸水作用，導(dǎo)致卡鉆事故。
        在分析上述事故原因時(shí)，曾產(chǎn)生過(guò)爭(zhēng)論，部分人認(rèn)為，是巖層本身的膨脹縮徑造成的鉆具擠夾事故，并列舉了以往施工中鉆孔發(fā)生的卡鉆事例，認(rèn)為巖層膨脹縮徑造成多起卡鉆事故，有的處理不了而將鉆孔報(bào)廢。而另一部分人認(rèn)為，是由于鉆孔穿過(guò)滲水地層，巖石吸水性強(qiáng)，使用了固相含量多、失水量大的泥漿，加上泥漿柱的壓力，因巖石吸走了泥漿中的水分，使部分孔段泥漿由流體變成固體，使鉆具牢牢固結(jié)住才是卡鉆事故的根本原因，并提出相應(yīng)的依據(jù)。最后，共同認(rèn)識(shí)到，劣質(zhì)泥漿受某種吸水性強(qiáng)的巖石的作用，使泥漿性能發(fā)生變化所導(dǎo)致結(jié)果。
        4 結(jié)論
        長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)鉆孔縮徑和孔徑堵塞的看法不同，有人認(rèn)為，主要是巖層膨脹所致，也有人認(rèn)為是泥皮脫落而致。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，沒(méi)有找到準(zhǔn)確的依據(jù)。但在，多次事故中發(fā)現(xiàn)了泥漿性能的變化與滲水巖層（或水敏地層）有密切關(guān)系。因此，把鉆孔縮徑擠夾鉆具的事故分析為巖層膨脹并歸結(jié)為事故是缺少依據(jù)的。
        在分析巖石的物理性時(shí)，應(yīng)該承認(rèn)某種巖石有一定的膨脹性，更重要的要認(rèn)識(shí)它們的松軟性、碎弱性極易被鉆具的磨削和流體的沖刷而大量破壞，只能使孔徑擴(kuò)大，而不會(huì)因巖層膨脹而出現(xiàn)卡鉆事故。
        在作者所從事鉆探工作的幾十年中，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鉆孔因巖層膨脹而導(dǎo)致某種卡鉆事故，不能簡(jiǎn)單的分析為巖層遇水膨脹而卡鉆事故。這樣錯(cuò)誤判斷事故的性質(zhì)，會(huì)影響制定正確的處理方案或錯(cuò)誤結(jié)論也會(huì)誤導(dǎo)正確施工方案的實(shí)施，其損失也是很大的。
        鉆孔卡鉆的根本原因，是鉆孔穿過(guò)了滲水率強(qiáng)的巖層，泥漿中水分被巖石吸走，使泥漿的性能發(fā)生不利于護(hù)壁堵漏的變化。由液體變?yōu)槟z體的粘泥。其對(duì)孔壁的附著力和對(duì)鉆具的握裹力越來(lái)越大。直至將鉆具牢牢固結(jié)在鉆孔中，即卡鉆事故。
        當(dāng)認(rèn)識(shí)了卡鉆的根本原因，就可以正確判斷事故的性質(zhì)，就可以采取有效預(yù)防措施和處理方法，就可以減少卡鉆事故發(fā)生率和不應(yīng)有的損失。

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