岩石深水井施工过程中如何护壁浅谈

刘继光，王洪齐，贾福浩，付和智，房 涛

（蓟县水务局，天津 301900）

在岩石深水井的施工过程中，经常遇到岩石坚硬难进尺（即岩石可钻性级别高）或岩石可钻性级别相对较低时钻井效率也不高的情况。岩石可钻性好，只代表孔底碎岩速度高。钻进不仅要破碎孔底岩石，还要保证连续碎岩，使钻孔不断延伸。

孔底可钻性级别低的岩石易被破碎，同时孔壁也易被破坏，出现孔壁不稳定的现象，造成孔段坍塌掉块或孔底淤塞，使钻进难于进尺。当然，中硬以上可钻性级别高的岩石，在长期地质作用下，也可能产生裂隙或破碎，使孔壁不稳定。

岩石深水井的井位确定，一般要求静水位以下岩石裂隙发育。只有这样，才能保证井的出水量。在岩石可钻性级别高的砂岩、火山角砾岩、花岗岩等地层找深水井位时，一般要求井位确定在岩石断层破碎带上。以200 m深岩石井为例，定井位置应是井深在120～160 m段通过岩石断层破碎带且岩石断层破碎带在地下静水位60 m以下。这就形成了一个矛盾，完整岩石地层成井井壁稳定，但很难保证井的出水量。井的出水量特别好的井的位置一般都在断层破碎带上或断层破碎带附近。

井下岩石地层情况复杂与否并不是绝对的，针对这些地层采取一定技术措施是可以随工艺技术的进步解决钻进问题的。

在复杂岩石地层钻进时，钻进效率低、钻孔质量差、施工不安全，主要原因是钻进造成了地层岩石压力不平衡，出现坍塌、掉块、剥落、缩径等孔壁不稳定现象，这就需要护壁钻进。护壁是在复杂地层钻进对钻探工艺提出的客观要求。

影响孔壁稳定的因素有地质因素和技术因素。地质因素包括岩石松散、破碎、裂隙、多孔隙及地下水活动等。技术因素包括孔深、孔径、裸眼时间、冲洗液及钻进工艺的运用等。

为了维持孔壁的相对稳定，合理的钻进工艺显得尤其重要。这就对钻井操作者提出了一些必须严格遵守的操作要领：控制起下钻速度，不要在起下钻上抢时间；根据岩石地层破碎情况，调整好钻井液的性能；保持孔底清洁，但要避免长时间大泵量冲孔；钻具结构及级配要合理；不使用弯曲过大的钻具；使用合理钻压钻速钻进；开泵要稳，应逐渐加大冲洗泵量，防止压力波动对孔壁的冲击；出现孔壁不稳定征兆，应立即采取措施，以防卡钻事故；快速穿过复杂地层，并对其进行护壁处理。

在岩石井的钻进过程中，还要求操作工人多动脑筋，勤于观察，善于观察，以判断钻进时井壁的情况。应根据取出的岩心和已施工井段揭露的地层剖面，初步确定不稳定地层位置及岩性；钻进中别、蹩车，取粉管内或岩心顶部有掉块，可对照岩性确定崩落层的位置及岩性；冲洗液中含沙量增大，下钻不能直接到底，接近孔底时钻具缓慢下沉，管口冒水夹带较多岩粉，可确定孔内岩粉过多，对照岩粉性质，确定是否上部因层位坍塌引起；钻进中回转阻力大、泵压高、设备运转滞重、加大冲洗泵量可减轻，亦为孔内岩粉过多征兆，可能是上部坍塌所致；引起下钻有阻碍，位置固定，可能是缩径、地层错动或探头石造成的，可根据软硬感觉予以区分；孔径超径在钻进中不易判断，只有在钻杆折断频繁且找头不易时可以觉察。要想掌握确切孔径超径位置，只能用井径仪测量。

岩石深水井的护壁，是为了成井后有一定的稳定的单井出水量。单井出水量一般要求不能低于30 t/h，且要求总抽总有，不能断流及水量减小。在成井过程中，一般要求清水钻进，用孔内液柱压力来维持钻孔形成后的孔壁稳定。在钻遇主要含水层前及水位以上的破碎地层，可用红黏土造泥浆护壁钻进。当钻遇大的断层破碎带时，可投黏土球、灌注水泥浆来固结不稳定孔壁并造出泥壁、水泥壁以保证钻进。同时，应注意减少钻柱对孔壁的机械破坏作用。直至完成该设计井径段的钻进，并保证顺利下入套管，隔离不稳定孔壁。但是，必须穿过不稳定层位方可下套管，如设计井径段变径下口正好处于井壁不稳定地层内，应加深该井径段至完整地层，再下套管护壁。在钻遇主要含水层时，应尽最大可能用清水钻进。如只是井口不返水，无坍塌、掉块现象，就用清水钻进。如局部井段少量掉块，应在该井段上下重复扫孔，力求把掉块扫干净，以杜绝卡钻事故的发生。如扫孔不能清除干净掉块，可考虑用钠土粉造浆护壁钻进。如因地下水活动等原因造成浆液漏失严重时，可考虑用水泥浆灌注造壁后钻进。

由于受钻机分散施工的限制，钻机之间相对距离较远，钻进施工中泥浆及水泥浆的配制多在钻井施工现场进行。只要加强计量工作，按规定比例加入原材料，并提高搅拌能力，每台钻机都能自己配制出合乎质量要求的浆液。

在野外配制水泥浆工艺要求与配制泥浆工艺要求相比要复杂得多。在配制水泥浆时，要根据灌注孔段长度、直径并考虑到超径、漏失、地面损耗等因素的影响，计算出需灌浆孔段所需的浆液浓度及灌浆量。同时，需注意以下几个方面：水泥不能受潮、过期或硬化结块；按灌浆前确定的配方配浆，不得任意改变；如加入外加剂，必须与水泥浆充分搅拌，使之分散均匀；水灰比的确定受气温、水泥品种、外加剂种类的影响；温度有促凝作用，当水温高、水化热大时可适当加大水灰比，反之适当减小水灰比；水泥有刺激性，操作时应佩戴防护用品，如口罩、风镜、橡胶手套等。

水泥灌浆前要确定方案、检查原材料及工具是否准备到位；灌浆用水泵运行是否良好；灌浆用钻具及管线是否畅通、不泄露；利用钻具灌浆时，不得带有扩孔器；要尽可能掌握灌浆孔段的孔径、孔壁、地下水等情况；灌注水泥浆前要冲孔、扫孔，视情况用清水或稀泥浆扫孔；还要保证浆液的可泵期，防止泵送困难或在钻杆内凝固。

用水泵灌注水泥浆时，应将钻具下到距孔底0.3～0.5 m处。泵送扫孔所用冲洗液待畅通后，将莲蓬头置水泥浆内，开泵并打开回水阀，排除水泵及管线中冲洗液，排光后改向孔内送浆。全部浆液一次送完，不得中途停泵和提动钻具。如中途修理水泵，修好后应排净泵体及吸水管中清水再继续灌注。从配浆开始至清洗水泵及钻具结束，全部灌注时间不得超过初凝时间的75%。泵浆过程中，莲蓬头、水泵、孔口、升降机应分工把守。注浆完毕应立即替入清水。替浆（压水）量应力求适当，将浆液压送到预定位置而又不被稀释。

在水泥初凝之后（普通水泥8～10 h），可用钻杆探测液面位置，检测灌浆效果。如因地下水活动而影响了灌浆效果，可采用干料投入法。干料投入法是一种速效混合方式，即将水泥干料和速凝剂按比例分别装入特制塑料袋投入孔内，投够计算所需量后，然后下入翼片钻头，开车搅拌均匀后提钻候凝。此法，主要用于直孔、口径较大而井深不很大的井。水泥球投入法类似投黏土球，经下钻挤压捣实，使之进入裂隙。经候凝起护壁防掉块、塌孔，以保证钻进工作顺利进行。