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利用压力封堵涌漏地层方法及效果分析
  【摘 要】本文针对小口径钻探施工过程中,破碎层和裂隙带钻进时漏浆、停钻后涌水的问题,通过加工一个单向密封接头利用水泥封孔的方法将裂隙充填、破碎带胶结固化,解决了漏浆和涌水的问题。
  【关键词】压力封堵;涌漏地层;方法;效果分析
  1.前言
  1.1问题的出现
  在河南省舞阳地区深部铁矿整装勘查项目zk20700钻孔的钻探施工过程中,在695.45.0—728.16米遇到一层破碎带:岩石破碎,不完整,局部风化,有裂隙和小溶洞存在(岩心如图1所示)。钻进时泥浆全部漏失,孔口不反水,停钻后,从孔口往外涌水。
  1.2初步分析及采取的措施
  出现这种情况的原因在于没有钻至该地层之前,该地层内部的液体是保持一个压力平衡状态的,由于钻机的钻进破坏了该处的压力平衡,钻进的过程中由于泥浆泵的压力大于裂隙内液体的压力,泥浆沿孔内裂隙流走,所以孔口不反水;而停钻以后,水泵不再工作,没有了外压,孔内液柱压力小于裂隙内液体压力,泥浆在压力差作用下从孔口溢出。
  钻进过程中由于泥浆漏失严重,为了减少泥浆漏失,一般情况下将水泵回水管开启一部分,使泥浆仅部分进入孔内,即减少了水泵压力又可以钻进。但这样做风险比较大,进入孔内的泥浆若控制不好会引起烧钻现象,长时间钻进孔内岩粉排不出去,再加上孔内岩心破碎还会引起卡钻、埋钻现象,最后的方法还是要解决泥浆漏失和岩心破碎的问题。我们首先想到了水泥封孔。
  2.水泥封孔
  2.1水泥封孔方法和步骤
  ⑴确定要封堵的地层高度,水灰比取0.5,计算需用水泥浆量和替浆水量。wwW.11665.cOm
  ⑵按确定的水灰比搅拌水泥浆,为了加重水泥浆比重,在水泥浆中加入重晶石粉,为了使水泥浆快速凝固,按比例加入玻璃水。
  ⑶下钻至距孔底两米处,用泥浆泵连续泵送水泥浆和替浆水。
  ⑷起钻,封孔结束。
  2.2封孔效果及原因分析
  2.2.1封孔效果
  水泥封孔24小时后,下钻透孔,水泥凝固较差,断断续续,水泥心有冲孔和裂隙,如图2所示。
  图2
  2.2.2原因分析
  出现这种情况的原因在于封孔的过程中,由于水泵的压力大于孔内液体的压力,部分水泥浆直接沿裂隙流走,部分水泥浆即使在孔里,停泵后孔内液体上涌致部分水泥浆上涌,出现不连续现象和裂隙甚至出现如图2所示的冲孔等。
  2.3拟采取的方法
  综上所述,要想将这类钻孔封好,需要解决封过水泥后孔内仍然涌水的问题,我们决定加工一个装置,这个装置安装在套管口,水泥封孔时水泥浆和替浆水都可以从此处进去,封完孔后可以立即将套管口从内向外封闭,孔内液体不再外涌,保持相对静止,水泥浆可在裂隙内和要封堵段孔内凝固,达到封堵裂隙、加固孔壁的目的。
  3.利用压力封孔
  3.1方法及步骤
  ⑴水泥浆水灰比按0.5,水泥比重按3,水泥浆比重为1.8。
  ⑵如图3所示,为了安全起见,设计将水泥封堵至675.45米,即高于破碎层以上20米,计算需用水泥浆用量为:3.14×0.038m×0.38m×(733.0-675.45)m=0.262m3,实际封堵时水泥浆量按计算量的两倍考虑即0.524 m3,需水泥314.4kg,水628.8kg。
  ⑶自设计要封堵水泥位置顶部至套管口,计算替浆水量为:
  3.14×0.038m×0.38m×(675.45-303)
  +3.14×0.04m×0.04m×303.0m=3.211 m3
  可按1.2的系数准备即3.85 m3。
  图3 钻孔结构图
  ⑷加工单向密封接头(如图4所示)。
  图4 单向密封接头示意图
  ⑸按设计水灰比搅拌水泥浆,水泥浆中可加入重晶石粉以提高泥浆比重和水泥强度,按水泥浆重量的3%加入水玻璃使水泥浆快速凝固,水泥浆要搅拌均匀;准备替浆水。
  ⑹在ф89套管口放入ф75橡皮球,在封孔时不至于水泥浆与泥浆混合离析水泥浆,另外还可使孔内泥浆全部排走。
  ⑺把单向密封接头下部与ф89套管连接,上部与立轴连接;ф89套管与ф108套管之间、ф108套管与孔壁之间要密封好。
  ⑻用泥浆泵依次泵送水泥浆和替浆水,水泥浆和替浆水在泵压作用下推动钢球下行,打开单向阀,水泥浆和替浆水依次进入孔内而无法上返,使得孔内压力随泵压的升高而升高,替浆水按计算量的1.1倍泵送,停泵后,钢球在弹簧的作用下上行,封堵单向阀口,相当

于给液柱一个压力,这个压力使孔内保持稳定,水泥浆不再流动。
  ⑼水泥浆在压力的作用下流进裂隙通道,并与地下液体压力保持平衡,使得水泥浆在裂隙通道内及孔内凝固,起到堵漏和加固孔壁作用。
  ⑽水泥封孔结束24小时后,用钻杆探扫水泥柱强度,若强度可以则可透孔,若强度不够再停12小时透孔。
  3.2封堵效果
  封孔24小时后透孔将孔内水泥柱取出,水泥柱连续、完整、无冲沟,达到了封堵效果,如图5所示。封堵完成后,下钻钻进,破碎带由于水泥浆的侵入胶结完好,形成一个整体,不再掉块,孔口反水也正常,从而使该孔20天后顺利终孔,终孔深度1204.795米,见矿厚度15.78米,化验矿石品位30%左右,钻孔质量等级一级,达到了理想效果。
  图5
  4.结论
  在该矿区已经完成的六十多个钻孔中,有三十多个钻孔在不同部位出现了类似于该孔的情况,采用该方法封堵后,均达到了满意的效果。该方法的实施使该矿区的钻进效率大大提高,节省了大量的人力、物理、财力,为各施工单位创造了可观的经济效益。
  参考文献:
  [1]黄汉任,等.泥浆工艺原理[m].北京:石油工艺出版社,1985.
  [2]李世忠,等.钻探工艺学(下册)[m].北京:地质出版社,1989.
  [3]刘希圣,等. 钻进工艺原理[m]. 北京:石油工艺出版社,1981.
  作者简介:
  冯军山(1976-),男(汉族),河南长葛人,河南省有色金属地质矿产局第四地质大队工程师,地质工程专业,从事钻探、岩土工程施工技术管理工作。
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  •  作者:佚名 [标签: 地层 地层 地层 压力 防火 地层 压力 ]
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