岩心钻探水泥注浆护壁防塌的应用及对策探析

李洪鹤

（江西省核工业地质局二六七大队，江西 九江 332000）

随着人类对矿产资源的开发利用，浅层的矿产资源已经开发殆尽，为了探明矿产资源的在地壳中的分布及储量，岩心钻探被越来越多地应用到固体矿产勘查中，深孔钻探对钻进工艺有着较高要求，为了保证钻进的正常进行，首要任务是必须做好钻孔的护壁防塌工作。

1 岩心钻探中与冲洗液有关的常见问题

（1）复杂地层的孔壁稳定问题。在深孔钻探过程中常常遇到不同类型的复杂地层，例如水敏性地层（分散性地层、膨胀性地层）、坍塌掉块地层、破碎松散地层等等，在这些地层中施工时保持孔壁的稳定比较困难，而且容易引起孔壁坍塌、扩径或缩径等一系列的孔内复杂事故。

（2）回转阻力大。随着钻探深度的增加和孔内钻杆的加长，会导致摩擦阻力增加，钻机负荷加大，钻杆磨损也加快，很难通过转速的提高来适应金刚石钻进的要求，还容易发生钻杆断裂等孔内事故。

（3）漏失问题。漏失问题是复杂地层钻探中经常遇到的一种较为难处理的问题，对一般渗透性漏失处理较容易，当漏失情况严重时，处理难度也会相应增加。

（4）粘附卡钻问题。因为绳索取心钻进钻杆与孔壁之间的空隙较小，而钻杆又与孔壁接触的面积较大，如果冲洗液处理不当，发生泥皮厚度过大或无法有效抑制水敏性地层吸水膨胀等问题，都容易导致粘附卡钻的问题。

（5）绳索取心钻进工艺方面的问题。采用绳索取心钻进时，因钻杆和孔的间隙较小，如果冲洗液固相含量高且流变性能差，将导致绳索取心钻杆内壁结垢，并引发较高的环空压力，压裂地层造成漏失，或因为较大的压力波动，造成孔壁的不稳定[1]。

2 岩心钻探对冲洗液的要求

冲洗液的选择及使用对岩心钻探工作的顺利进行起到了非常重要的作用，钻进过程中，冲洗液的使用是必不可少的，为了取得最好的钻探效果，需要对冲洗液的润滑性能、护壁性能、避免钻具结垢等几方面进行考虑[2]。拥有良好润滑作用的冲洗液通常黏附系数比较小，能够有效降低回转阻力和摩擦阻力，有效防止卡钻和粘附现象的出现，既能节省施工材料和动力的损耗，还能有效提高钻具的寿命。而拥有良好护壁效果的冲洗液能够起到吸附和粘结孔壁的作用，此外还具有较低的滤失量和较强的造壁性能。在钻孔中使用这种冲洗液时，孔壁会出现薄泥皮，薄泥皮具有很好的韧性，能够很好地确保孔壁的稳定性。但如果钻具出现了结垢的问题，就会对内管打捞产生很大的影响，所以在选用冲洗液时，要选择防结垢性能好的。

通常防结垢性能好的冲洗液都具有良好的流变性和分散性。除了上述的几种作用外，冲洗液还具有冷却钻头、清理孔底和携带岩粉的作用。

3 水泥注浆护壁的原理和方法

当钻孔遇到卵石砾层、破碎带、大裂隙、溶洞、厚砂层，用泥浆难以护壁堵漏时，即应采用水泥等固结材料进行护壁堵漏。

用水泥浆进行护壁堵漏是将水泥浆注入钻孔内，并使其进入所封堵和护壁的孔段漏失层裂隙、孔洞的坍塌部位，利用水泥浆的凝固硬化作用将其堵塞并与岩层胶结为一整体。这时，在工艺上需要停止钻进，从孔内提出钻具，再向孔内灌注水泥浆液，让浆液沿着破碎岩层的缝隙渗挤、填充，将碎裂的岩石块胶结起来，使之形成一个整体，待水泥浆液渗挤、充填到地层空隙中并凝固复杂地层后，再重新下入钻具扫孔钻进成孔。

作为护壁用浆液，水泥一般为32.5-42.5级普通硅酸盐水泥，加入清洁淡水搅拌，其温度一般不要超过30ºC，水泥浆的水灰比一般不超过0.5，气温低时选择低值，气温高时选择高值，为增加水泥浆液的早期强度及流动性，一般要加入0.5%的食盐和0.3%～0.5%的三乙醇胺。

4 岩心钻探水泥注浆护壁防塌对策

通过水泥注浆来进行钻孔的护壁防塌工作，通常需要在注浆前、注浆过程中和注浆之后三个阶段采取一定的措施，保证最后的护壁防塌效果。在进行水泥注浆之前，坚持进行冲孔，并扫孔到底，保证岩屑被清理干净。此外在注浆之前最重要的就是，施工人员要在钻孔内压入适量的水，通过分析水的漏失量来决定注浆量、注浆泵的扬程和水泥浆的浓度等。

在进行水泥注浆之前，要将钻具提出钻孔，并保证钻杆距离钻孔底部30公分，按照规定合理安置注浆设备。在进行水泥注浆之前，要先在钻孔内注入一定量的清水，然后再进行水泥注浆。需要注意的是水泥浆液的浓度要从稀到浓，循序渐进。在注浆开始后，要时刻观察注浆压力表的数值上升情况，如果数值上升缓慢，则说明受注层可注性好，并且水泥浆液流通顺畅。但如果出现压力值上升速度过慢，甚至根本不上升时，这时就说明受注层内的裂缝较大，施工人员应提高水泥浆液浓度，保证压力值的正常上升。而当出现压力值急剧上升时，就可能是出现了堵管问题，或者是受注层的裂缝较小，此时施工人员应该停止注浆工作，排查压力值急剧上升的原因，解决问题后再继续进行注浆。当压力值达到了注浆设计值时，就可以结束注浆了。在注浆结束之前，可以将适量的请示注入到钻孔中，达到清洗注浆钻杆的目的。根据注浆钻杆的容量确定清水的使用量，需要保证将水泥浆液全部注入岩层。

在注浆结束之后，施工人员要将注浆设备拆除干净，在进行拆除的时候，要保证注浆压力表为零时才能进行。在拆除注浆设备，并将其提出钻孔后，需静待注浆凝固。在对水泥浆进行养护24小时后，才可以进行扫孔工作。在进行养护的时候，要注意时间的掌控，如果养护时间过长就会使初凝强度过高，发生扫孔偏移而影响钻进。

而如果养护时间过短，水泥的初凝强度不够，使护壁防塌效果大打折扣。在扫孔之后，就可以进行压水试验了，如果返水情况正常，就说明注浆工作成功，反之就需要重新注浆，直到返水成功。

5 结语

作为护壁防塌浆液，水泥具有货源广、成本低、无毒、使用方便、利于孔内灌注等优点，所以目前仍然被广泛用作钻孔护壁堵漏的固结材料。

使用水泥浆液进行护壁防塌灌注工艺简单，施工现场易于操作，应用得当往往能起到较好的护壁堵漏效果，在钻进破碎地层时仍值得我们好好运用。