关于砂—泥岩互层地区钻孔成井与事故排除

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关于砂—泥岩互层地区钻孔成井与事故排除

徐生海 陕西咸阳市礼泉县地下水工作队

摘 要：本文结合自身的多年工作实践经验对砂—泥岩互层地区钻孔成井与事故排除进行了探讨分析。

关键词：地层特征；钻孔成井；工艺；事故排除

前言

关中西部的泾河中上游地区黄土覆盖层较厚，一般在

100～300ｍ左右，地下水埋藏较深，赋水地段多为下伏基岩

地层，下伏岩层多为一套砂岩—泥岩互层。在钻凿施工过程

中，往往已形成卡钻事故，致使工程施工工期加长，效益降

低，给工程施工建设造成一定的经济损失。本文结合在陕西

彬县境内塬面工程施工的实践和临近区域类似地层的钻孔经

历，就砂岩—泥岩互层地层段的施工工艺及事故的排除处理

进行探索。

1 地层特征及井孔设计要求

1.1 地层岩性特征

根据勘探钻孔资料显示，区内上覆第四系及第三系黄

土，岩性比较单一，厚度在 250ｍ左右，下伏基岩至 330ｍ

为一套白垩系砂岩及厚层砂砾岩地层，在 330ｍ以下为一套

侏罗系砂岩及泥岩互层地层。该段以砂岩为主，内夹薄层泥

岩，砂岩结构为块状，斜节理，裂隙发育。泥岩为砂质泥

岩，比较坚硬，，其母岩是强风化粉砂质泥岩，揭穿后遇水

膨胀，短期内难以稳定，易产生缩孔现象，即成为该区内卡

钻事故的发生地段。

1.2 水文地质特征

塬面地面坡度较大，沟壑切割强烈，大气降水多以地表

径流汇集流入河谷。上覆松散层含水较差，埋藏较深，开采

价值不大。一般富集于下伏基岩面以上，日出水量20～30ｍ3

左右；下伏基岩裂隙发育，受河流和区外补给，水量较好，

日出水量 500ｍ3以上，为该区具有开采价值主要含水岩组。

1.3 井孔设计

根据地层岩性及水文地质特征，井孔设计一般为揭穿基

岩 200ｍ左右，开采其下伏岩层富水层段为宜，设计深度 430

ｍ左右。

2 钻孔成井工艺

根据勘探钻孔资料揭示，采用正循环回转钻进+泥浆成孔

工工艺施工。

2.1 上层覆盖层钻孔

采用泥浆护壁钻进。开钻前先备足清水，加入一定量比

例的粘土，膨润土和烧碱，并搅拌均匀，钻进采用轻压慢进

的方式钻进，当钻进平稳后，则可根据情况加压调速（必要

时采用钻铤加压）。钻进中每钻完一根钻杆，应提起钻具，

在新孔段扫孔，划眼，检验井孔地圆直度，钻至基岩面后扩

孔下入井管，使井管座落在完整基岩上。

2.2 基岩—砂岩—泥岩互层钻进

管内钻进按设计孔径选用相应钻头，配备相应的钻挺，

可采用全断面钻进，操作平稳，随时注意地层的变化，当砂

岩向泥岩变化时，提动钻具慢加压，；泥岩向砂岩变化时，

采用轻压、快速、小泵量钻进，并常提钻具修孔。其钻压控

制，按小于一次钻铤弯曲临界钻压或大于二次弯曲临界钻压

值，可按下式计算：

Ｐ

临1

=2.04ｍｑＰ

临2

=4.05ｍｑ

Ｐ

临1

—钻铤一次钻铤弯曲的临界压（kg）

Ｐ

临2

—钻铤一次钻铤弯曲的临界压（kg）

ｍ—一个无因次单位长度（cm）

ｍ=(EJ/q)1/3Ｅ—钢的弹性系数2.1×106 kg/cm2

Ｊ—钻铤横断面的轴惯性矩（cm6）

q —每单位长度的钻铤在泥浆中重量（kg/cm）

2.3 泥浆的配置

泥浆在成孔过程中起到支撑稳固孔壁，悬浮携带岩削，

冷却钻头的作用，在工程施工的过程中，上部覆盖层已安装

了井壁管实行管内钻进，下部砂岩漏失比较严重，因此对泥

浆的质量要求较高，为此不仅要考虑到尽量减少井孔漏失，

而要考虑泥浆的携带能力及洗井容易，不影响井孔的出水

量，采用膨润土＋羧甲基纤维素＋碳酸钠＋聚丙稀酰胺，

配置成密度：1.00～1.02，粘度15～17，PH 值7～9，含砂

量小于 4%，失水量小于 15，泥浆的配合比，采用试验确定

参数，参考配比：(1)膨润土为水质量的 6%～8%；(2)碳酸

钠为膨润土质量 2.3%～0.1%；(3)羧甲基纤维素（CMN）

为膨润土质量的 0.3%～0.5%；(4)聚丙稀酰胺为泥浆质量的

0.003%。采用本方法配置的泥浆具有以下特点：①不分散指

它对钻屑和泥岩地层不水化分散的特点，由于其不分散的作

用，失水量小，使孔壁不会因水化膨胀而缩孔；其次，由于

它的不分散性使循环泥浆在地面净化系统中易于净化。②低

固相指密度在 1100kg/m3以内，泥浆中膨润土和岩屑的总固

相含量在 4%（体积）以下，岩屑和膨润土的比例不得超过

2:1，在钻孔中为了保持钻速就要维持一定的低密度，维持的

方法是使用化学絮凝剂而不是采用加水的方法；由于钻屑絮

凝使泥浆保持低固相，这样泥浆具有清水的特点（阻力小）

而又没有清水扰动的缺点。③高粘度低密度泥浆又要保持高

粘度，才具有强度化学防渗透性能，有效防止孔漏和对不良

地段起堵漏作用。保证钻井液性能稳定携砂良好，即在较小

的密度下有较大粘度和较低的含砂量。

3 孔内事故的排除

钻井施工的工程中，在 376.4～387.8ｍ处，，由于该段

岩性单一，地层厚度较大，易吸水，遇水后膨胀，揭穿后产

生缩径，提钻遇阻。事故发生后，首先判明情况，分析事故