鉆孔施工卡鉆的分析

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致；二是由于某種巖層良好滲透與強吸水性，使泥漿性能發生變化，泥皮迅速增厚所致。正確認識和分析兩種不同的卡鉆原因，采取相應措施預防避免事故發生。
關鍵詞：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。由于對鉆孔卡鉆認識的不同，往往都歸結巖石遇水膨脹而導致卡鉆。其實不然，經過多年實踐和參閱國內外有關資料，作者認為：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致；二是由于某種巖層良好的滲透，巖石的強吸水性，使泥漿性能發生變化，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，后者嚴重，前者較小。因此，能否正確認識和分析兩種不同的卡鉆原因，并采取相應預防措施，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，巖層中出現自由面，巖石本身失去壓力平衡，加之沖洗液（泥漿）對巖層的滲透，使巖石產生膨脹，巖石便向壓力小的方向凸出，使鉆孔直徑縮小，從而導致卡鉆；推理上，似乎存在這種卡鉆的可能性，但在鉆探穿過的各類巖層中，因巖石膨脹引起卡鉆為數極少。在煤田地質勘探中常見的巖石有硅藻土、膨潤土、泥巖、砂巖、礫巖、石灰巖和火成巖等。其中，硅藻土、膨潤土、泥巖具有遇水膨脹性。在同等條件下，膨潤土膨脹率為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止境的向孔內膨脹，它們只能在鉆孔周圍2~3 m的范圍內產生微量膨脹。在該范圍以外的巖石，因受圍巖壓力的控制，不可能在某段時間內，無止境的或突然向鉆孔內凸出來，明顯使孔徑縮小，并且遇水膨脹的巖石又都比較松軟，硬度只達到二至三級，極易受到外力的破壞。此類巖石在一定時間內膨脹凸起的部分，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硬巖層孔徑。由此可見，由于某種膨脹性的巖層產生膨脹縮徑，危害鉆孔或造成孔內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，歸結為現象是沒有根據的。
        2 巖層滲透率良好、巖石吸水性強，泥皮增厚而形成的卡鉆事故
        鉆孔穿過的各類巖層中，性質各有不同，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生縮頸，直至堵死某段鉆孔。這種縮頸卡鉆事故，慢者幾十個小時，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卡鉆事故。
        在滲水巖層中，這種縮徑形式在不斷進行著，吸水巖石時刻都在吸附泥漿中的水分。正常鉆進，泥漿正常循環時，泥皮也與時間成一定比例增厚的同時，也被鉆具旋轉或上下磨削而變薄，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，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，迫使人們調整泥漿粘度。所以，在正常鉆進中，很少發現泥皮增厚擠夾鉆具。如果某種原因停鉆，停止泥漿循環時間較長，滲水巖層就會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，這種現象不僅在某一地區發生，其他地區也發生過。
        3 由于巖層滲透率良好而引起的鉆孔卡鉆事例
        3.1 長白5-1號孔，在孔深350m之前正常鉆進，350-400m漏水，采用加大泥漿粘度堵漏后，進行鉆進。當上余沒有時，掰開立軸加單根鉆具，停泵15min后，鉆具提拉不動，用反絲鉆具處理至350 m時，往下再也反不動，反絲鉆具扭斷多次，而正絲鉆具還是反不回來。后來采用粗徑鉆具套一根，反一根，在反上來的鉆桿上，固結著圓柱形失去水分的固體粘泥，用手難取下。這說明，滲水性好的地層對泥漿中水分的吸收作用是很強的。該孔多次在這一孔段發生過夾鉆事故，有時鉆具下到350m被托住，象掃巖芯一樣掃到孔底。這時，如果停泵十幾分鐘，鉆具就有可能被卡住。主要是因為：泥漿固相含量多，失水量大，泥漿失水后迅速將鉆具卡住，致使該鉆孔未達到設計深度而終止。         3.2 長白8-2號孔，孔深700m ，在300-400m孔段，是滲透率好、吸水性強、泥漿粘度增加迅速，先后發生2次卡鉆事故。參照長白8-2號孔處理辦法，解除了卡鉆事故后，加強了泥漿管理，加大泥漿處理劑費用的投入，使泥漿性能滿足該鉆孔地層要求，使該孔達到設計要求。
        3.3 1992年，在某油田油井，其巖層為泥巖，具有很強的吸水性。當油井達到設計要求深度時，由于某種原因未能及時測井，等電測井時間過長，而且又沒有經常循環泥漿，導致井徑縮小，測井儀器不能下到應測井段，采用向泥漿中加入泥漿處理劑，調整泥漿性能，減少泥漿失水量。后經再次掃孔得知，油井多處孔段發生縮徑。這說明，此種縮徑形式在認識上確認了吸水良好巖層對泥漿的吸水作用，導致卡鉆事故。
        在分析上述事故原因時，曾產生過爭論，部分人認為，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生的卡鉆事例，認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廢。而另一部分人認為，是由于鉆孔穿過滲水地層，巖石吸水性強，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，使鉆具牢牢固結住才是卡鉆事故的根本原因，并提出相應的依據。最后，共同認識到，劣質泥漿受某種吸水性強的巖石的作用，使泥漿性能發生變化所導致結果。
        4 結論
        長期以來，對鉆孔縮徑和孔徑堵塞的看法不同，有人認為，主要是巖層膨脹所致，也有人認為是泥皮脫落而致。經過多年的實踐，沒有找到準確的依據。但在，多次事故中發現了泥漿性能的變化與滲水巖層（或水敏地層）有密切關系。因此，把鉆孔縮徑擠夾鉆具的事故分析為巖層膨脹并歸結為事故是缺少依據的。
        在分析巖石的物理性時，應該承認某種巖石有一定的膨脹性，更重要的要認識它們的松軟性、碎弱性極易被鉆具的磨削和流體的沖刷而大量破壞，只能使孔徑擴大，而不會因巖層膨脹而出現卡鉆事故。
        在作者所從事鉆探工作的幾十年中，還沒有發現鉆孔因巖層膨脹而導致某種卡鉆事故，不能簡單的分析為巖層遇水膨脹而卡鉆事故。這樣錯誤判斷事故的性質，會影響制定正確的處理方案或錯誤結論也會誤導正確施工方案的實施，其損失也是很大的。
        鉆孔卡鉆的根本原因，是鉆孔穿過了滲水率強的巖層，泥漿中水分被巖石吸走，使泥漿的性能發生不利于護壁堵漏的變化。由液體變為膠體的粘泥。其對孔壁的附著力和對鉆具的握裹力越來越大。直至將鉆具牢牢固結在鉆孔中，即卡鉆事故。
        當認識了卡鉆的根本原因，就可以正確判斷事故的性質，就可以采取有效預防措施和處理方法，就可以減少卡鉆事故發生率和不應有的損失。

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