深孔绳索取芯钻探技术应对

深孔绳索取芯钻探技术应对探析

摘要：本文主要针对深孔绳索取芯钻进在坍塌缩径地层的技术实践进行探讨，供同行参考。

关键词：深孔；绳索取芯钻探；技术应用

1 深孔绳索取芯钻进的特点

深孔绳索取芯钻进，有如下特点：①孔壁与钻杆环状间隙小，冲洗液上返阻力大，泵压高。②钻杆柱在孔内受力复杂。③深孔地层压力平衡问题。在深孔复杂地层中采用绳索取芯钻进，以上特点尤为突出，其中最难的是坍塌缩径地层的绳索取芯钻进。

2 坍塌缩径地层的成因

所谓坍塌缩径地层，是指钻孔孔壁容易坍塌或者容易产生膨胀缩径的地层。此类岩层，一般强度和硬度低，或呈水溶、水化、水蚀、水敏特性，其弹塑性呈极低或极高状态。其岩层在形成过程中或形成以后，由于扭转、挤压、风化、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用，形成松散层、破碎带、断层、孔隙环境、裂隙环境以及溶隙性环境。当钻孔进入后，岩层由三维受力变为一维受力状态，岩层特性、钻柱扰动和冲洗液浸泡、冲刷造成钻孔孔壁不稳定，或坍塌或缩径或两者兼而有之。

那么为什么会产生孔壁坍塌缩径呢？孔壁坍塌缩径的作用机理

是怎样的？分析原因，包括以下3个方面：①地质因素。地层自重应力和上覆附加应力、构造应力释放、孔隙毛细水压力或承压水压力、岩层层理或片理构造、岩层松散破碎无胶结成分或胶结成分很

少，或者部分水蚀、水化、水溶后呈高粘性。②工程因素。起钻抽吸作用及下钻液动压力作用、钻进泵压作用，冲洗液对孔壁的侧压力平衡，冲洗液冲刷作用，钻杆碰撞。③物理化学因素。岩层中的湿陷性黄土、粘土质（蒙托石、伊利石、高岭石）等含量重，遇水膨胀缩径；水敏性（如部分辉长岩）、水溶性（如炭质板岩破碎带、蚀变带，石膏）、水化性（如凝灰岩、白云岩）、水蚀性（如煤层）地层遇水膨胀缩径，或者因为水浸泡后强度降低，扰动造成坍塌，坍塌后包钻，经回转扰动而表面呈糊状、浆状、泥状，粘滞性增大，吸水膨胀缩径；冲洗液以及部分矿物质盐对岩层的化学作用，例如矿石中硫化物在浸蚀基准线以下，由于地下水位多次升降对岩层浸蚀，使岩石脆性增大、强度降低。

3 深孔坍塌缩径地层绳索取芯钻进的应对措施

由于深孔绳索取芯钻进工艺的特点，当钻进坍塌缩径地层时，泵压高、阻力大，或直接缩径，或坍塌包钻，或先包后缩，或坍塌缩径两者都存在。由于深孔钻柱受力复杂，且钻柱挠度大，回转扭矩传递有一个过程，所以深孔发生孔壁坍塌或缩径，一般都是没有征兆，一下就发生，如果没有对岩层及时观察并采取综合钻探应对措施，那么发生坍塌或缩径就可能直接包死钻柱，使处理复杂和以后钻进更难；而且即使钻进穿过了该类岩层20m甚至更多仍然可能再次发生坍塌、缩径包钻事故，同时由于坍塌岩粉中的粗颗粒悬浮在孔深一定高度，泵压一直高。

针对深孔绳索取芯钻进坍塌缩径地层的特点，我们通过多年不同

矿区施工实践，总结出如下应对措施：

（1）进入任何矿区施工，首先必须摸索该矿区地层特点，及时发现坍塌缩径岩层孔段，同时判断复杂岩层孔段的钻进特性。进入机场首先观察岩芯，然后才是了解孔内情况。

（2）钻孔孔身结构预留技术储备口径，特别是hq口径尽量隔开中深、深部坍塌缩径地层，为更深部钻进可能遇见坍塌缩径地层创造有利条件。采用加大钻头钻进（如nqaa+1或+2甚至81mm 钻头）以扩大坍塌缩径地层的孔壁环状间隙，达到减小泵压、降低回转阻力的目的。

（3）选用q系列绳索钻杆和钻具以优化深孔钻探钻具系列，材质强度和刚度满足深孔钻探需要。对于1500m以上必须采用bw250、bw320泵甚至更大泵量的泵，使泥浆泵流量调节范围宽和耐压程度高，避免孔内钻进坍塌缩径地层时受机械允许范围影响。

（4）施工中，地层开始破碎时立即报告领导，请求技术支持，委派富有经验的技术员当班指导泥浆配方和钻探操作。泥浆调整好并循环到符合要求时再进行钻进。

（5）每孔定技术人员负责，经常检查和观测泥浆性能与地层匹配，及时调整。

（6）深孔提钻，坚持回灌；提钻注意检查钻杆接箍，问题钻杆钻具及时更换。

（7）遇复杂地层，尽量不停施工，处理时从操作手法到整个步骤，事先取得一致意见然后再进行。

（8）遇坍塌缩径地层时，在综合采取扩径、泥浆调整等措施后，采取多扫少打，倒杆时预留活动余地，尽量不停车。处理中尽量避免卡死，操作拉顶时不要顶死，来回多活动、多扫，操作中严防回车使事故复杂化。处理不起来时，反钻处理后扩或偏（下lz型连续造斜器造斜）穿过。

（9）对于坍塌缩径特别严重地层，经泥浆处理等措施后，绳索钻进仍然无法正常扫孔到底，可采用绳索钻杆、合金钻头加无泵接首（自制），在该孔段来回扫，以达到扩大钻杆与孔壁环状间隙，并减少孔内坍塌产生的粗颗粒岩屑。

（10）平衡地层压力是坍塌缩径地层绳索取芯钻进的重要策略。施工中的泥浆配方，必须高度重视泥浆比重。

4 深孔复杂地层绳索取芯钻进的泥浆护壁策略

复杂地层一般表现为3个方面：坍塌、缩径、地层压力不平衡，其中地层压力不平衡可引起坍塌、涌水、涌砂、缩径。钻探中，应根据岩芯情况和孔内情况，及时判断孔内岩层在这3种情况中哪种趋势重一点，进而调整泥浆性能。对于垮塌偏重的地层，岩层主要表现为破碎，水蚀强度低，甚至全呈颗粒碎状，胶结成分少或者没有，对这类地层泥浆粘度可适当偏高，25～36s都可以，泥浆配方以增加比重为主要手段，比重1.05～1.15，同时辅以增强排砂的处理剂，因此泥浆应加大粘土量，10%～15%左右，必要时加入少量重晶石粉；对于缩径偏重的地层，岩层主要特征为泥质含量重或水蚀体积增大多、水泡后或破碎后岩粉浆状、糊状，粘滞性严重，对这

类地层，在增大钻柱和孔壁环状间隙的同时，泥浆以降低失水量，防缩径为主，泥浆中在增大粘土用量平衡地层压力时，应同时增大如磺化沥青和低荧光防塌护壁剂的用量，必要时调整降失水剂为腐植酸钾或其他种类处理剂，泥浆粘度17～23s，比重1.05～1.15；对于地层压力失稳的地层，不严重时，表现为孔内掉块或轻微垮塌或钻进漏水、取芯涌水或轻微缩径，有时几者兼而有之，对这类地层，尽量采用低固相泥浆，使泥浆粘度在20～25s，比重1.05～1.07之间；对于严重的地层压力失稳，应增大粘土用量或加入适量重晶石粉，特别是涌砂地层，同时辅以增大钻柱和孔壁环状间隙，泥浆比重1～1.17，粘度25～28s。

5 结论

（1）通过采取科学合理的固井技术措施及高性能水泥浆体系保证了该井固井质量。

（2）以抗高温降失水剂drf-120l为主剂的高温常规密度水泥浆体系与低密度水泥浆体系均具有良好的综合性能，能够满足塔里木盆地高温深井及长封固段固井需求。

（3）以降失水剂drf-300s为主剂的低密度水泥浆体系失水量低、稳定性好、抗压强度高，综合性能良好，满足固井要求。