泾川高平矿区堵漏工艺总结及应用实例分析

纪卫军1  , 蔡晓文2  , 付帆1

(1. 北京探矿工程研究所，北京 100083 ; 2.  甘肃煤田地质局一 四五队，甘肃 张掖 734000)

摘  要：泾川高平矿区地质条件复杂，钻孔漏失严 重，给钻探施工带来了严重的困扰 。 通过多年的堵漏施工实践， 逐渐摸索出从漏层情况判断、堵漏方法选择到堵漏现场实施的一整套堵 漏 工 艺，现场应用取得了很好的效  果。

关键词：钻孔漏失；堵漏；钻探施工

中图分类号：P634 . 64                    文献标识码：A            文章编号：1009-282X(2014)02-0037-03

泾川 高平矿 区位于甘肃 省 泾 川县城 东 25km 。 该矿区钻孔设计孔深较深，地质条件复杂，施工过程 中经常遇到钻孔漏失 的情况 。 2012 年该矿 区施工  的钻孔在黄土层段和白垩系都发生过不同程度的漏  失，漏失严重的钻孔共有 12 个 。 由于钻孔漏失同时  易引发孔壁掉块、坍塌等地层失稳现象，严重时会造 成孔内卡钻、埋钻事故，最终导致钻孔报废 。严重影 响了钻探施工进度，增加了施工成本 。 因此，护壁堵 漏便成为该矿区钻探施工中急需解决的技术问题。

我队在该矿区施工多年，遇到过多种不同程度 的漏失，采用过多种堵漏方法，如套管堵漏、桥塞堵 漏、水泥堵漏等 。通过技术人员不断的摸索和实践， 逐步形成多套完整成熟 的堵漏工艺，实施效果十分 显著。

1    工程地质概况

该区第四系黄土层厚度大约 200~350m , 白垩 系地层厚度大约 700~1000m , 以砂岩、泥岩为主，砂 质泥岩、泥岩互层，胶结松散 。侏罗系地层厚度大约 100~150m , 以灰色泥岩、细砂岩、粉砂岩、炭质泥岩 为主 。钻孔漏失层大多位于黄土层和白垩系地层。

钻机采用 XY-2000 型岩芯钻机，配备 NBB260/ 7 型泥浆泵 。 该 区钻孔全 部 使 用 Φ98 钻 头 一 径 到 底，采用普通单 管钻进 取 芯 工 艺，设计孔深 一般在 1000~1500m 之间。

2    施工中存在的问题

由于第四系黄土层较厚，该区黄土层段每个钻

孔都有漏失现象，白垩系地层破碎带较多，裂隙发育 明显，多个钻孔在这一层位发生冲洗液失返现象，漏 失严重，如 X4806 、X5004 、X5204  、X5205 等钻孔。

前期由于对本矿区地层情况不熟悉，漏失发生 后通常不能对漏失性质、漏层位置等有一个准确的 判断，所以堵漏成功率低、堵漏成本高，严重 的影 响 钻探施工的进度和经济效益。

3    孔内漏失的危害性

钻孔孔 内发生漏失后，如果堵漏不及 时或不成 功会给钻探工程带来较多的危害，具体如下：

(1) 由于钻孔漏失，孔壁缺少了冲洗液液柱压力 的支撑，对于坍塌压力大的地层极易发生掉块、坍塌 等失稳现象，从而导致卡钻、埋钻等孔内复杂事故。

(2) 由于钻孔漏失，冲洗液液面下降，钻具与孔 壁直接接触的面积增大，从而增加了钻具的磨损，大 幅降低了管材的使用寿命。

(3) 由于钻孔漏失，冲洗液消耗量增大，造成冲 洗液材料成本的不断增加。

(4) 由于钻孔漏失，需要花费大量的时间和精力 去堵漏，严重影响施工工期和施工质量。

4    常用堵漏工艺

钻孔漏失给现场施工造成极大的困扰，严重影 响钻探施工进度，所以组织技术骨干力量针对本地 区漏失问题进行研究攻关，并通过大量的实践，取得 了比较成熟的经验，形成了从漏层情况判断、堵漏方 法选择到堵漏现场实施一整套完整的堵漏工艺。

收稿 日期：2014-01-22

作者简介：纪卫军(1985-),男（汉族），江苏沭阳人，北京探矿工程研究所工程师，毕业于中国地质大学（北京）勘查技术与工 程专业，目前从事冲洗液方面的研究工作，北京市海淀区学院路 29 号，Tel:13241896840 , E-mail:weijuncugb@163 . com。

4.  1    准确判断漏失情况

(1) 记录发生漏失时的相关情况[1]

① 确定孔内易发生漏失段的位置；

② 钻进中是否有钻速突然加快或有钻具放空 现象；

③ 泵压变化情况和孔口返浆量；

④ 根据孔内冲洗液液面深度判断动水位和静  水位 。钻具全 部提 出 后，观察钻杆湿痕计算水位。 测绳能够测上时，用测绳测量孔内水位。

(2) 漏失层岩心情况

(3) 了解钻孔 附近地质情况和邻孔钻进漏失情 况

综合以上信 息，判 断漏 失层位置、漏 失 通道 大 小、地层压力大小等相关情况。

4.  2    泾川高平矿区处理孔内漏失的主要方法

(1) 套管隔离法

该方法主要适用于钻孔上部黄土层的堵漏，在 其他堵漏方法无效的情况下可采用。

(2) 水泥堵漏法

水泥堵漏法具有货源广、成本低、使用方便、强 度高等优点 。尤其是对漏失层位较深，无法准确判 断漏失层位置，该方法成功率较高 。 使用水泥堵漏 时应注意水泥的流动性、初凝时间及替浆量的计算， 防止钻杆被水泥浆固住。

(3) 惰性材料堵漏法

本矿区常用的惰性材料有植物果壳、工业废料 和某些矿物原料 。 经过粉碎，分选制成不同规格的 粉状或纤维状材料 。 惰 性材料堵漏法具有成本较 低、操作简单、堵漏风 险性较小等特 点，对于一般性 漏失，使用此方法成功率较高。

根据不同的漏失情况，施工时可选用以下几种 不同方法：

① 循环堵漏法 。 该方法适用于深孔段 的渗漏 地层，将粒径小于 3mm 的惰性材料加入冲洗液中， 加量为冲洗液总方量的 2%~3% , 随冲洗液循环起 到堵漏作用。

② 泵灌堵漏法 。 该方法主要针对 中等漏 失或  大漏失地层 。 当孔 口基本不返冲洗液 时，则 需要采  用此方法停钻堵漏 。 先将光钻杆下到漏失层位上部  5~10m , 用泥浆泵将堵漏浆泵入漏失层，观察到返  浆后，则将孔口封住，憋压 2~6MPa , 1~2h 后提钻， 最后加钻头下钻扫孔钻进。

③ 惰性材料加粘土球堵漏法 。 该方法主要针

对大裂隙恶性漏失 。 首先把惰性材料与粘土或水泥 混合制成粘土球，漏失层位比较浅时，可从孔口把风 干的粘土球直接投入孔内，漏失层位较深时，则需要 将粘土球装入岩芯管，用岩芯管送入漏失层才能起 到堵漏效果。

(4) 高粘堵漏剂堵漏法

高粘堵漏剂主要采用黄原胶、羟乙基纤维素和 阳离子聚合物等高粘处理剂 。 一般在 700mL 清水 中加入 1.  4g 高粘堵漏剂，搅拌 30min , 测试其漏斗 粘度达到 100s 以上 。 该堵漏剂进入漏失通道后能 与孔隙岩石牢牢地粘 附在一起，阻止冲洗液继续向 深处流动 。 该堵漏剂具有较高粘度，其进入漏失通 道后可形成胶冻状态，能够降低冲洗液的流速直至 停止 。这种方法在深孔段渗透性漏失地层中堵漏效 果明显，对于大的孔隙或裂隙漏失也可加入锯末、果 壳等惰性材料，效果会更理想。

(5) 膨胀堵漏剂堵漏法

膨胀堵漏剂是一种 白色颗粒，其吸水量是自身 的质量 50~100 倍，膨胀量可达到是自身的体积的 10~15 倍，吸水膨胀 时 间 约 5 ~ 10min 。 该堵漏剂 进入漏失层后能够吸水膨胀直 至塞满封 闭漏 失通 道，从而起到堵漏的作用，适用于大裂隙漏失。

5    具体施工实例

泾川高平矿区钻孔漏失最严重的钻孔主要分布 在 48 线、50 线和 52 线三条勘探线上 。 这里 以具有 代表性 的 X4806 、X5004 、X5205  三个 钻 孔 为 例，对 堵漏工艺进行介绍。

(1) X4806 孔堵漏情况

X4806 孔设计孔深 1460m , 施工 日期 2012 年 7 月 6  日~2012  年 12 月 25  日 。 该钻孔在前期施工 的过程中由于堵漏方法不 当，造成 700m 深 的钻孔 报废，耗 时 88 天 。 挪孔钻进后，在黄土层再次遇到 严重漏失，吸取前次教训，决定采用套管封隔法，将 黄土层钻穿后，下入 Φ160 的套管封 闭黄土层，彻底 解决上部地层漏失问题。

当钻进 到孔深 568.  52m 时，钻 具 突然放 空，孔 口冲洗液失返，测不到水位 。 根据上述情况判断漏 失层位于钻孔底部，属于大型裂隙漏失，决定采用水 泥浆堵漏法 。 配制水灰 比为 0.  6  的水泥浆，并在水 泥浆中加入 2%的氯化钠，在钻 穿漏层 2m 后，将水 泥浆泵入孔内 。 采用这一方法堵漏效果 明显，冲洗 液返出量约为泵量 的 2/3 。 由于冲洗液消耗量依然

较大，在冲洗液中补入高粘堵漏剂和锯末随钻循环堵  漏，当钻进至孔深 610. 62m 时，孔内冲洗液上返正常。

当继续钻进至孔深 705. 48m 时，孔 内又 出现漏 失，但是在该层位取的岩心非常完整 。经过分析，该 层位发生漏失可能性极小，漏失层应该还是位于孔 深 568. 52m 处的漏 失层 。 最后研 究决定进行扩孔 施工，将孔径由原来的 Φ113 扩成 Φ146 , 扩 至孔深 620m , 在 620m 位置架桥，用高强度水泥加 2%氯化 钠配制成的水泥浆封堵至孔深 500m 的位置，水泥 凝固后用 Φ98 钻头钻进 。 在后续的施工过程中，孔 内再没有发生漏失，直至终孔。

(2) X5004 孔堵漏情况

X5004 钻孔设计孔深 1420m , 施工日期 2012 年 10 月 5  日~2012 年 12 月 29  日 。 该钻孔钻进至孔 深 90m 时发生漏失，顶漏钻进至孔深 120m , 冲洗液 失返，采用惰性材料和粘土球堵漏法，经过五天的封 堵，冲洗液返量正常 。在白垩系地层中钻进时，冲洗 液渗漏严重，把高粘堵漏剂和锯末补入到冲洗液中， 采用随钻循环堵漏法封堵漏层，大大降低了冲洗液 消耗量，取得了很好的效果。

(3) X5205 孔堵漏情况

X5205 钻孔设计孔深 1350m , 施工日期 2012 年 9 月 13  日 ~2012 年 12 月 5  日 。 该孔钻进至孔深 120m 时发生漏失，顶漏钻进至孔深 130m 时冲洗液 失返，采用孔口投干料的堵漏方法，封堵住 了漏层， 冲洗液返量正常 。 钻进至孔深 230m 时，孔 内又发 生了严重的失返漏失，经过反复堵漏，堵漏效果不太 明显，为了防止黄土层坍塌造成事故，最后决定采用 套管封隔黄土层 。 当钻进至孔深 560. 58m 时，孔内

又出现失返漏失 。 根据取上岩芯分析，该层位有大 量裂隙存在，所以在冲洗液 中加入锯末、果壳、石灰 石粉等一些惰性材料配合膨胀堵漏剂，一起注入漏 失层，返浆后把孔口封住，蹩压 2h , 压力 3MPa , 起钻 加钻头扫孔钻进，冲洗液上返量基本正常，堵漏非常 成功。

6    结语

(1) 钻孔漏失不仅严重影响岩心钻探施工的正 常进行，增加钻探施 工 的难度和 成本，降低钻进 效 率，还容易引发严重孔 内事故，甚至造成钻孔报废， 危害性极大。

(2) 在岩 心钻探施 工 中，应 高度重视钻孔 的 防 漏、堵漏问题 。 发现孔内漏失，应综合分析孔内情 况，采用合理堵漏方法，及时进行有效的处理，以预 防由此而引发的孔内事故。

(3) 通过在泾川高平矿区的成功堵漏实践证明 上述堵漏工艺针对该矿区是非常有效的，可 以进行 推广示范。

参考文献：

[1]    鄢泰宁．岩土钻掘工程 学[ M] .  北 京 ：中 国地质大 学 出版社，2001.

[2]    陶士先． 复杂地层钻井液技术[ M] .   北 京 ：中 国地质 大学 出版社，2009.

[3]    王发 明，石永泉，韩永 昌． 大裂 隙岩溶地层的有效钻 孔堵漏方法[J] .  探矿工程，2007(3) :  15-17.

[4]    路学忠，李春光 ，蔡记华． 宁夏彭阳草庙地区煤田钻 探防漏堵漏技术研究与应用[J] .  探矿工程，2009(2) : 1-4.