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摘 要：对于1000～3000m深的小口径岩芯钻探称之为超深孔岩芯钻探，采取绳索取芯钻井工艺，钻遇坍塌、缩径、漏失地层是深孔钻进的技术难题，根据多年的技术实践，提供应对策略。
关键词：深孔；缩径坍塌地层；绳索取芯；技术措施；泥浆使用
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0222-02
1 深孔绳索取芯钻井的特点
深孔取心具有以下特点：①孔壁与钻杆之间环状间隙小，清洗液背面阻力大，泵压高。②深井地层压力平衡问题。③钻杆柱在孔中受力复杂。
2 坍塌缩径的形成原因
分析原因：①地质因素。地层自重应力和叠加应力、构造应力释放、孔隙毛细管压力或承压水压力、岩层层理或片理构造、岩石松散破碎过程中未见胶结或少量胶结，或部分水蚀、水化、水溶液粘度高。②工程因素。具有钻井吸力、钻井液动压、钻井泵压力、井壁冲洗液侧压力平衡、冲洗液冲洗作用、钻杆碰撞等作用。③物理和化学因素。岩石层中湿陷性黄土和粘土（蒙脱石、伊利石、高岭石）含量较重，在有水存在的情况下膨胀和收缩。水敏感性（如辉长岩的一部分），水溶性（如碳质板岩破裂带，蚀变区，石膏），水化（如凝灰岩、白云岩），水的侵蚀，如煤层地层水减少，或者因为水浸泡后，强度降低的扰动引起的崩溃，崩溃后钻孔、干扰和旋转表面粘贴，泥浆和泥浆的形状，粘度增加，降低吸水膨胀；冲刷液和一些矿物盐在岩石层上的化学作用增加了岩石的脆性，降低了岩石的强度。或部分水腐蚀，水化后，水粘度高。
3 钻进坍塌缩径地层应对措施
针对深孔取心降穴地层的特点，通过多年不同矿区的施工实践，总结出以下对策：
（1）对于上部复杂性、无煤层的洞或有石灰岩洞穴的矿区，一般选用4-5级钻孔结构，通过技术套管隔离上部复杂地层后，采用S75钻具完成含煤地层的施工。开放？准130或更多，两个？准110年，三个开放？准95四开？准77洞，钻常用结构。
（2）在矿区的建设，首先，必须探索矿区的地层特点，直径和孔的部分倒塌，减少岩层应该及时发现，和复杂的岩石地层的钻井特点应该在同一时间。
（3）孔体结构预留的技术储备口径，尤其是HQ口径，应尽量与中深埋井径分离，为深部钻进遇到深埋井径形成创造有利条件。随着钻头钻井扩大，减少形成的环状间隙孔壁坍塌，减少泵的压力，降低转向阻力降低。
（4）选择Q系列绳索钻杆和钻杆对深孔钻杆系列进行优化。材料的强度和刚度满足深孔钻孔的需要。对于1500m以上的深孔，必须使用BW250、BW320及更大的泵，使泥浆泵的流量调节范围宽，耐压性高，避免在塌方地层钻孔时受到机械允许范围的影响。
（5）深孔钻进防止孔内事故的技术措施
①深孔钻杆能承受较高的扭矩和拉力。严禁将钢丝线放入磨损严重、弯曲、开裂的孔内，以防止钻头跳闸、运转、断裂。深孔钻杆接头较多，螺纹油应加在螺纹上，以防止钻杆螺纹螺丝处的冲洗液泄漏，致使钻头本体不能有效冷却，导致钻杆燃烧。同时，可以减少螺纹磨损。
②当钻杆上下运动时应严格防止钻杆运行，深孔上下重物重，钻杆运行后冲击力较大，会造成钻杆墩鼓、钻头墩裂。控制合理的起下钻速度，操作升降机要平稳，避免和减少令人兴奋的压力和吸入，以防止崩溃。
③在钻孔时要注意回水、泵压、电流变化和异常声音，防止钻孔和燃烧。
④遇到主要故障时，应及时更换新钻杆，并在钻杆上部选择几根新钻杆，防止疲劳断裂，预防复杂事故的发生。如果孔中有泄漏，且没有返水，则应在钻杆上涂上润滑脂，降低回转阻力。
⑤在复杂地层钻井时，如果由于机械原因或其他停车时间的原因，应将孔内的钻具抬起或从复杂井段取出。
（6）深孔提升钻孔，坚持充电；注意检查钻杆接头，及时更换钻杆。
（7）在地层发生崩塌的情况下，综合采取扩径、调整泥浆等措施，采取多扫少打，倒杆时预留活动余地，尽量不停车。在此过程中，尽量避免卡住，操作时不要过冲，多前后移动，多清扫，操作中严防打反车造成钻杆脱扣使事故复杂化。遇憋泵憋车，取下泵的压力释放，不要停止前后扫孔、重新开泵的方法。
（8）对于下陷缩径特别严重的地层，经过泥浆处理等措施后，钢丝绳钻孔仍无法将孔扫到底部。利用自产的钢丝绳钻杆、合金钻头和非泵连接头，在孔段前后扫掠，扩大钻杆与孔壁的环形间隙，减少因孔塌而产生的粗颗粒碎片。
4 复杂地层深孔钻井泥浆墙保护策略
复杂地层一般表现为崩塌、直径减小、地层压力不平衡三个方面，地层压力不平衡会引起崩塌、涌水、涌砂、直径减小。在钻井过程中，根据岩心和井眼条件，需要及时确定这三种条件下裂隙孔内岩层的走向，然后调整泥浆性质。对于塌陷中太重的地层，地层主要破碎，水蚀强度低，甚至颗粒状完全破碎，胶结成分很少或没有。这类地层的粘度可适当高，可高达25～30度，因此泥浆应加大粘土量10～15%，必要时加入少量重晶石粉。减少偏重的形成和特征岩石地层泥质含量过重，或水侵蚀后体积增加，水泡或破碎的岩石浆形式，粘贴，粘度是严重的，对于这种地层，增加的钻柱和孔壁环状间隙的同时，泥浆以减少水损失，缩小直径为主，在泥粘土用量，平衡地层压力的增加，应该同时增加如磺化沥青和防塌保护剂、低荧光用量，必要时调节腐殖酸钾或其他类型水处理剂的减损量，17～23s泥浆粘度，比重1.051.15；在地层压力不稳定的情况下，不严重的表现为钻孔下降或轻微塌陷或钻孔漏水、岩心涌水或轻微收缩直径。有时候，它们中的一些是组合在一起的。对于这种地层，尽量使用低固相泥浆，使泥浆粘度在20～25s之间，1.05～1.07之间成比例。严重的地层压力不稳定，粘土用量应适当增加重晶石粉量，尤其是砂地层，以及钻柱和孔壁之间的环形间隙应该增加，泥浆比重为1.1～1.17和25～28s的粘度。判断井中复杂的地层是非常重要的。泥浆应对策略的主要方向是平衡压力不稳定地层中的地层压力、松散塌陷地层中的低固相泥浆和收缩地层中的抑制（粘度和失水）泥浆。泥浆配方为：澎润土40%+0.5%纯碱+磺化沥青5%+1～2%重晶石粉+1～1.5%高粘NaCMC溶液+2%腐植酸钾+1%高效润滑剂+成膜剂1%，比重1.12，粘度28S。
在处理地层漏失或冲洗液损失时，最常用的方法是使用水泥浆堵漏。然而，当水泥浆一般被泵送时，水泥浆的水灰比由于孔中的冲洗液不可避免地稀释而增加。凝結时间延长，堵塞效果受到严重影响，甚至导致堵管失效。为了克服上述缺点，国外多年来使用的快速凝固干粉水泥已被用于封堵。使用时，用工具将干水泥送入孔的失段，泵送水，泵出水泥，现场使用相应的工具进行加工。
5 提高难取芯地层采取率的措施
为了圆满解决困难岩心地层的采用率问题，有必要对岩心取芯钻具的结构进行改进，选择适合于复杂地层的金刚石钻头，并采用优质的冲洗液进行考虑。从完善钻具结构的角度出发，首先要防止岩心岩心堵塞内管或卡环，其次要改善岩心内芯的贮存条件。根据国内外经验，在这方面可采取以下措施。
（1）选择镀铬内管，减少芯接触表面的摩擦力。
（2）使用半导管、三层管和内管，进入岩心取芯钻具，获得与地层结构基本相同的岩芯。在松散、松散的地层中钻进，采用双锥台阶或多台阶金刚石钻头，效果最好。钻头具有小的末端半径和短的内径部分。采用侧水眼钻头减少冲斜液对原矿芯的冲刷，提高了岩芯的采取。
6 结束语
综上所述，在深孔绳索取心钻孔中遇到卡钳地层的塌陷时，应采用钻孔体结构，保留预留直径，扩大钻柱的环形间隙，及时、准确地判断岩层特征，配制和地层相匹配的泥浆，精心操作，顺利完成钻探任务。
参考文献
[1]刘广志.金刚石钻探手册[M].地质出版社，2017.
[2]李世忠.钻探工艺学[M].地质出版社，2016.
[3]《煤炭地质勘查钻孔质量》（MT/T1042-2017）[S].
收稿日期：2018-8-2
作者简介：张吉祥（1967-），男，汉族，云南曲靖人，钻探工程师，中专，主要从事煤田钻探工作。
关键词：深孔；缩径坍塌地层；绳索取芯；技术措施；泥浆使用
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0222-02
1 深孔绳索取芯钻井的特点
深孔取心具有以下特点：①孔壁与钻杆之间环状间隙小，清洗液背面阻力大，泵压高。②深井地层压力平衡问题。③钻杆柱在孔中受力复杂。
2 坍塌缩径的形成原因
分析原因：①地质因素。地层自重应力和叠加应力、构造应力释放、孔隙毛细管压力或承压水压力、岩层层理或片理构造、岩石松散破碎过程中未见胶结或少量胶结，或部分水蚀、水化、水溶液粘度高。②工程因素。具有钻井吸力、钻井液动压、钻井泵压力、井壁冲洗液侧压力平衡、冲洗液冲洗作用、钻杆碰撞等作用。③物理和化学因素。岩石层中湿陷性黄土和粘土（蒙脱石、伊利石、高岭石）含量较重，在有水存在的情况下膨胀和收缩。水敏感性（如辉长岩的一部分），水溶性（如碳质板岩破裂带，蚀变区，石膏），水化（如凝灰岩、白云岩），水的侵蚀，如煤层地层水减少，或者因为水浸泡后，强度降低的扰动引起的崩溃，崩溃后钻孔、干扰和旋转表面粘贴，泥浆和泥浆的形状，粘度增加，降低吸水膨胀；冲刷液和一些矿物盐在岩石层上的化学作用增加了岩石的脆性，降低了岩石的强度。或部分水腐蚀，水化后，水粘度高。
3 钻进坍塌缩径地层应对措施
针对深孔取心降穴地层的特点，通过多年不同矿区的施工实践，总结出以下对策：
（1）对于上部复杂性、无煤层的洞或有石灰岩洞穴的矿区，一般选用4-5级钻孔结构，通过技术套管隔离上部复杂地层后，采用S75钻具完成含煤地层的施工。开放？准130或更多，两个？准110年，三个开放？准95四开？准77洞，钻常用结构。
（2）在矿区的建设，首先，必须探索矿区的地层特点，直径和孔的部分倒塌，减少岩层应该及时发现，和复杂的岩石地层的钻井特点应该在同一时间。
（3）孔体结构预留的技术储备口径，尤其是HQ口径，应尽量与中深埋井径分离，为深部钻进遇到深埋井径形成创造有利条件。随着钻头钻井扩大，减少形成的环状间隙孔壁坍塌，减少泵的压力，降低转向阻力降低。
（4）选择Q系列绳索钻杆和钻杆对深孔钻杆系列进行优化。材料的强度和刚度满足深孔钻孔的需要。对于1500m以上的深孔，必须使用BW250、BW320及更大的泵，使泥浆泵的流量调节范围宽，耐压性高，避免在塌方地层钻孔时受到机械允许范围的影响。
（5）深孔钻进防止孔内事故的技术措施
①深孔钻杆能承受较高的扭矩和拉力。严禁将钢丝线放入磨损严重、弯曲、开裂的孔内，以防止钻头跳闸、运转、断裂。深孔钻杆接头较多，螺纹油应加在螺纹上，以防止钻杆螺纹螺丝处的冲洗液泄漏，致使钻头本体不能有效冷却，导致钻杆燃烧。同时，可以减少螺纹磨损。
②当钻杆上下运动时应严格防止钻杆运行，深孔上下重物重，钻杆运行后冲击力较大，会造成钻杆墩鼓、钻头墩裂。控制合理的起下钻速度，操作升降机要平稳，避免和减少令人兴奋的压力和吸入，以防止崩溃。
③在钻孔时要注意回水、泵压、电流变化和异常声音，防止钻孔和燃烧。
④遇到主要故障时，应及时更换新钻杆，并在钻杆上部选择几根新钻杆，防止疲劳断裂，预防复杂事故的发生。如果孔中有泄漏，且没有返水，则应在钻杆上涂上润滑脂，降低回转阻力。
⑤在复杂地层钻井时，如果由于机械原因或其他停车时间的原因，应将孔内的钻具抬起或从复杂井段取出。
（6）深孔提升钻孔，坚持充电；注意检查钻杆接头，及时更换钻杆。
（7）在地层发生崩塌的情况下，综合采取扩径、调整泥浆等措施，采取多扫少打，倒杆时预留活动余地，尽量不停车。在此过程中，尽量避免卡住，操作时不要过冲，多前后移动，多清扫，操作中严防打反车造成钻杆脱扣使事故复杂化。遇憋泵憋车，取下泵的压力释放，不要停止前后扫孔、重新开泵的方法。
（8）对于下陷缩径特别严重的地层，经过泥浆处理等措施后，钢丝绳钻孔仍无法将孔扫到底部。利用自产的钢丝绳钻杆、合金钻头和非泵连接头，在孔段前后扫掠，扩大钻杆与孔壁的环形间隙，减少因孔塌而产生的粗颗粒碎片。
4 复杂地层深孔钻井泥浆墙保护策略
复杂地层一般表现为崩塌、直径减小、地层压力不平衡三个方面，地层压力不平衡会引起崩塌、涌水、涌砂、直径减小。在钻井过程中，根据岩心和井眼条件，需要及时确定这三种条件下裂隙孔内岩层的走向，然后调整泥浆性质。对于塌陷中太重的地层，地层主要破碎，水蚀强度低，甚至颗粒状完全破碎，胶结成分很少或没有。这类地层的粘度可适当高，可高达25～30度，因此泥浆应加大粘土量10～15%，必要时加入少量重晶石粉。减少偏重的形成和特征岩石地层泥质含量过重，或水侵蚀后体积增加，水泡或破碎的岩石浆形式，粘贴，粘度是严重的，对于这种地层，增加的钻柱和孔壁环状间隙的同时，泥浆以减少水损失，缩小直径为主，在泥粘土用量，平衡地层压力的增加，应该同时增加如磺化沥青和防塌保护剂、低荧光用量，必要时调节腐殖酸钾或其他类型水处理剂的减损量，17～23s泥浆粘度，比重1.051.15；在地层压力不稳定的情况下，不严重的表现为钻孔下降或轻微塌陷或钻孔漏水、岩心涌水或轻微收缩直径。有时候，它们中的一些是组合在一起的。对于这种地层，尽量使用低固相泥浆，使泥浆粘度在20～25s之间，1.05～1.07之间成比例。严重的地层压力不稳定，粘土用量应适当增加重晶石粉量，尤其是砂地层，以及钻柱和孔壁之间的环形间隙应该增加，泥浆比重为1.1～1.17和25～28s的粘度。判断井中复杂的地层是非常重要的。泥浆应对策略的主要方向是平衡压力不稳定地层中的地层压力、松散塌陷地层中的低固相泥浆和收缩地层中的抑制（粘度和失水）泥浆。泥浆配方为：澎润土40%+0.5%纯碱+磺化沥青5%+1～2%重晶石粉+1～1.5%高粘NaCMC溶液+2%腐植酸钾+1%高效润滑剂+成膜剂1%，比重1.12，粘度28S。
在处理地层漏失或冲洗液损失时，最常用的方法是使用水泥浆堵漏。然而，当水泥浆一般被泵送时，水泥浆的水灰比由于孔中的冲洗液不可避免地稀释而增加。凝結时间延长，堵塞效果受到严重影响，甚至导致堵管失效。为了克服上述缺点，国外多年来使用的快速凝固干粉水泥已被用于封堵。使用时，用工具将干水泥送入孔的失段，泵送水，泵出水泥，现场使用相应的工具进行加工。
5 提高难取芯地层采取率的措施
为了圆满解决困难岩心地层的采用率问题，有必要对岩心取芯钻具的结构进行改进，选择适合于复杂地层的金刚石钻头，并采用优质的冲洗液进行考虑。从完善钻具结构的角度出发，首先要防止岩心岩心堵塞内管或卡环，其次要改善岩心内芯的贮存条件。根据国内外经验，在这方面可采取以下措施。
（1）选择镀铬内管，减少芯接触表面的摩擦力。
（2）使用半导管、三层管和内管，进入岩心取芯钻具，获得与地层结构基本相同的岩芯。在松散、松散的地层中钻进，采用双锥台阶或多台阶金刚石钻头，效果最好。钻头具有小的末端半径和短的内径部分。采用侧水眼钻头减少冲斜液对原矿芯的冲刷，提高了岩芯的采取。
6 结束语
综上所述，在深孔绳索取心钻孔中遇到卡钳地层的塌陷时，应采用钻孔体结构，保留预留直径，扩大钻柱的环形间隙，及时、准确地判断岩层特征，配制和地层相匹配的泥浆，精心操作，顺利完成钻探任务。
参考文献
[1]刘广志.金刚石钻探手册[M].地质出版社，2017.
[2]李世忠.钻探工艺学[M].地质出版社，2016.
[3]《煤炭地质勘查钻孔质量》（MT/T1042-2017）[S].
收稿日期：2018-8-2
作者简介：张吉祥（1967-），男，汉族，云南曲靖人，钻探工程师，中专，主要从事煤田钻探工作。