煤系地层吸附性粘钻的预防与处理

2016-02-23赵宝军

西部探矿工程 2016年8期

关键词：外径孔壁钻杆

谷　波，赵宝军

（黑龙江省齐齐哈尔矿产勘查开发总院，黑龙江齐齐哈尔161006）

煤系地层吸附性粘钻的预防与处理

谷波*，赵宝军

（黑龙江省齐齐哈尔矿产勘查开发总院，黑龙江齐齐哈尔161006）

在可塑性泥岩和遇水膨胀的页岩地层钻探施工，极易发生吸附性粘钻，积极预防粘钻或钻探事故的发生，是提高钻探效率增加效益的有效路径。探讨复杂地层钻探经验和复杂钻探事故的处理方法。

可塑性泥岩；页岩；吸附性粘钻；套铣倒扣；侧钻绕障

黑龙江省北部煤田地区，地层复杂多含可塑性强的泥岩和遇水膨胀的页岩，可塑性强的泥岩在不同的地区厚度也不近相同，从几十米到几百米。黑河某地四季屯煤矿可塑性泥岩不连续厚度达200多米，最厚的地方连续达70多米。该地层在钻探行业叫“橡皮泥”地层，受外界环境的影响将产生很大的变化，水的侵蚀将产生体积膨胀，受地层压力的挤压将在孔壁产生突起变形，造成缩径，给钻探施工带来不必要的麻烦。

页岩地层遇水膨胀极易产生孔壁变形，厚度较大时容易发生吸附性粘钻。严重的将造成钻孔报废，事故的处理将给施工单位带来巨大的经济损失。如何预防在该地层钻探施工发生事故和出现事故如何快速准确的处理，降低经济损失，提出建议供参考。

1　吸附性粘钻的预防措施

煤系地层吸附性粘钻多发生在含可塑性强的泥岩和遇水膨胀的页岩而且厚度大的地层，这些地层受地层挤压和地下水的浸泡而发生变形，造成孔壁缩径和局部孔段孔壁凸起，钻探施工过程中孔壁凸起的部分长时间紧贴高速旋转钻杆形成粘钻，或者钻柱长时间停留在钻孔中多段的孔壁凸起部分将钻杆抱死形成粘钻。在此地区钻探施工前必须详细了解地层情况，从工艺和工具选择方面要有充分的思想准备，通过我们多年的施工，对黑龙江省北部煤系地层吸附性粘钻的预防积累了点滴经验分述如下：

（1）加大孔壁间隙，增加环状空间。施工前由于我们对该地区的地层情况不是很了解，配备了2套工艺和工具：以Ø75mm绳钻为主，钻头外径Ø78mm，扩孔器外径Ø78.5mm。另一套为普通双管单动钻具，钻杆Ø54mm外丝，Ø73mm岩芯管，钻头外径Ø78mm复合片，扩孔器外径Ø78.5mm。钻进到750m时，发生粘钻。处理后，改用普通双管单动钻具，钻进到850m时又发生发生粘钻。经过研究改变了原来的钻具配置，加大了普通双管单动钻具的钻头外径到Ø113mm。完成了该孔的施工。

塑性泥岩和页岩厚度较小时，建议使用Ø75mm绳钻，但钻头外径增加到Ø80mm，钻孔深度不宜过深，根据泥岩的厚度确定，最佳深度小于500m。塑性泥岩和页岩厚度较大时，使用普通双管单动钻具，加大钻头外径到Ø113mm，可以加长岩芯管的长度，可以提高回次进尺长度增加钻探效率。

（2）推荐2种泥浆，可抑制泥、页岩遇水膨胀和缓解吸附性卡钻。使用Ø75mm绳钻进行钻进施工时建议采用下述泥浆：

①1m3水+30kg钠膨润土+40kg氯化钾+3%CMC水溶液+（15～30kg）原油+磺化沥青粉10kg。

该体系抑制力强，具有良好的流变性能，有利于金刚石绳索取芯钻进，同时具有良好的润滑性能。原油能够使泥岩的塑性减弱，结构变得松散可缓解吸附性卡钻。但该体系对泥饼的质量有破坏作用，特别强调对泥浆的净化要加强，使泥浆有充分的沉淀环境，要配备旋流除泥器和振动筛，认真维护泥浆的各项性能。

使用普通双管单动钻具钻进时，由于增加了钻头外径使孔内的岩屑量增加，主要考虑体系的携粉能力和护壁性能。

②水1m3+PHP+CMC+磺化沥青粉10kg+广谱护壁剂（CSP）。

该体系絮凝、包被作用明显增强，适合于造浆地层，能够有效地防止岩屑的进一步分散，有利岩粉的沉降，具有良好的护壁性能，滤失量明显降低，泥皮的粘附性强、韧性好，有利护壁。

（3）用套管隔离，去掉钻孔孔壁凸起的泥岩变形的部分。泥岩和页岩埋藏较浅时可采用套管隔离，但要考虑套管的成本，套管的回收率和套管的实际成本，下套管前孔径应尽量比套管直径大一些保证套管的回收，如：预下Ø95mm，钻孔直径应考虑115～120mm。

通过岩芯准确判断泥岩和页岩的埋藏深度，制作专用的刮刀钻具在该孔段进行刮泥处理，而且在钻探施工中不定期的反复处理，主要目的刮出孔壁突出的部分，没有机会和钻杆接触形成粘钻的机会。频繁的提钻取芯也是对突出孔段的修复。提钻越频繁，粘钻的机会越少。

施工过程中，钻杆外侧涂抹机油、原油、沥青类的油脂物质，通过下钻回转，油脂类的物质也会涂抹在孔壁的凸起部分，使泥岩的结构变得松散，抑制粘钻的发生。

（4）钻柱在钻孔内决不能停留时间过长。在施工中我们有2个钻孔因客观原因，钻柱在钻孔内停留3h以上，导致粘钻的发生。一个是施工到1100m时因钻机卷扬机发生故障，维修时间5h，而且冲洗液正常循环，当时使用Ø60mm外丝普通单管钻具，维修完后提不动、转不动。另一个是钻进到980m时，为了布置下一步地质工作，进行提前测井，为保证测井工作的顺利，采用Ø71mm绳钻钻杆护壁，物探仪器从管内下放工作，测井进行3h，完成后钻杆粘附在孔内。2个钻孔发生粘钻后，事故处理近2个月的时间，浪费巨大的财力和物力。

通过我们的施工过程看，钻柱在钻孔内决不能停留时间过长，否则随时都有可能发生吸附性粘钻。

2　吸附性粘钻的处理

发生吸附粘钻后，按照常规的钻探事故处理办法做好前期准备，调整好一切设备，保持良好的工作状态，防止事故加事故，准确计算事故头位置，丈量钻具，确定机上余尺，备足事故处理所需材料。

（1）对于冲洗液能够正常循环的钻孔发生吸附性粘钻时，可采用柴油、废机油或者原油向孔内注入与钻孔同体积的数量，浸泡3～5h后活动钻杆，可采用不同的方法，上、下、转动。切不可强行操作，避免发生其他事故。如果反复操作无果可继续加注油类延长浸泡时间，重复上述方法，最后确认无果后可采用其他方法。

（2）对于冲洗液不能够正常循环的钻孔发生吸附性粘钻或以前采取措施无果时，可直接采用相应的反丝钻杆反出孔内钻柱，随着事故孔段的加深反出孔内钻柱的阻力会增大，可向孔内注加原油或其他油类对泥岩和页岩进行浸泡使其结构发生变化，可缓解反出孔内钻柱的阻力。

（3）对以上方法都无效或反出孔内钻柱的阻力巨大时，可采用套铣倒扣的方法。

加工专用套铣工具：外径比钻孔直径小一级，内径比钻杆外径最粗部分大一些能套入为准，长度以事故钻杆容易打开位置的长度略长一点为宜，普通钻杆以9m为宜，绳钻钻杆6m为宜。内置打捞丝锥，普通钻杆内置母锥，绳钻钻杆内置公锥。套铣工具底部接薄壁钻头外径与钻孔外径相当，不能有内出刃防止切削钻杆，准确计算机上余尺，接近事故头位置时，要千万注意减小压力和转速，做到套铣和倒扣一次成功。

（4）以上技术方法和措施无效或者钻孔孔内事故比较复杂的情况下，可采用侧钻绕障技术。

侧钻绕障技术目前国内有2种方法，无论那种方法都需要制造人工假孔底，假孔底的强度与所要侧钻孔段的岩石强度接近，最好是大于侧钻孔段的岩石强度。人工假孔底制作成功与否决定侧钻绕障的成功与失败。介绍2种人工假孔底制作的制作方法：在地表利用比钻孔直径小一级的塑料空心管或薄壁铁管，用高强度水泥拌制混凝土，骨架材料应采用侧钻孔段的岩芯或强度高于该孔段的其他岩石，砸成小碎块。灌入塑料空心管或薄壁铁管中。长度在3.5～4m，并且要考虑利用钻杆送下去时的悬挂问题。在地表养生，达到强度后下放到预定孔段。然后在周围缝隙灌注水泥浆防止在侧钻过程中发生转动影响侧钻效果。

①利用连续造斜器在预定孔段造斜侧钻。使用连续造斜器时，按造斜器的使用说明准确操作，反复确认键槽进入卡键后的导通信号。按规定的压力转速进行造斜钻进。进尺不能大于1.5m，提钻后发现有小岩芯上来，确认有孔壁岩石岩芯，可改用短钻具进行对钻孔修复，短钻具进尺应在4～6m为宜，如果没有孔壁岩石岩芯，可继续进行造斜钻进，直至成功。当然连续造斜器有它严格的操作规程，要慎之使用。

②利用螺杆造斜器连续造斜。螺杆造斜器能够准确地把握造斜角度，随钻随读数，可直接判断造斜效果。使用螺杆造斜器连续造斜造价高、技术复杂、成功率高，适合于岩石较软地层。