關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層; 泥漿; 分析；對(duì)策 
1. 井壁失穩(wěn)的機(jī)理分析
井壁失穩(wěn)過程首先是一個(gè)泥質(zhì)巖層和黏土礦物水化膨脹的過程。地層中的泥質(zhì)成分及其黏土礦物在地層壓力、水平地應(yīng)力、地層流體等作用下, 處于相對(duì)平衡狀態(tài)。而一旦被鉆開, 泥漿與地層開始接觸, 地層巖石應(yīng)承受的各種壓力會(huì)發(fā)生變化。黏土礦物表面遇水, 產(chǎn)生水化膨脹, 造成強(qiáng)度降低。同時(shí), 對(duì)于松散地層而言, 由于鉆孔所形成的自由面,井壁會(huì)在重力作用下產(chǎn)生自然剝離掉落, 加之松散地層多為半固結(jié)或弱固結(jié)巖石。固結(jié)程度較低, 結(jié)構(gòu)疏松, 因此地層表現(xiàn)極不穩(wěn)定。其失穩(wěn)的主要形式為剝落、掉塊、坍塌、縮徑、超徑等。
2.復(fù)雜地層存在的問題
2.1 孔壁不穩(wěn)定導(dǎo)致坍塌超徑和縮徑
復(fù)雜地層成分使泥漿粘度、固相含量增大,泥皮厚而松散, 易脫落, 泥皮更換頻繁, 孔壁總失水量大大增加, 從而加速泥質(zhì)成分吸水、水化、分散, 導(dǎo)致孔壁不穩(wěn)定, 坍塌或縮徑。
2.2 巖芯管下部和鉆頭內(nèi)外產(chǎn)生泥包現(xiàn)象
泥漿中大量劣質(zhì)造漿成分侵入, 泥漿粘度、固相含量增大, 泥皮厚, 巖芯管下部和鉆頭內(nèi)外逐步形成泥包?；卮纬跏紩r(shí)效提高, 隨泥包加劇, 泵壓增高, 時(shí)效衰減很快, 嚴(yán)重時(shí)鱉泵, 被迫提鉆?；卮伍L(zhǎng)度很低, 鉆效大幅度下降。即使加大鉆頭內(nèi)外出刃緩解泵壓, 但并不能夠解決根本問題。
2.3 提鉆時(shí)因抽吸導(dǎo)致鉆孔坍塌
提鉆時(shí)在松散層產(chǎn)生抽吸作用, 使其含水砂層, 嚴(yán)重坍塌, 在下鉆掃孔時(shí), 又易產(chǎn)生新岔孔,給延順鉆進(jìn)帶來麻煩。
2.4 鉆孔漏失導(dǎo)致松散層坍塌
鉆孔漏失后, 使泥漿漏失液面以上不穩(wěn)定地層坍塌造成埋鉆或出現(xiàn)新岔孔。
3. 預(yù)防孔壁失穩(wěn)問題的技術(shù)
防止孔壁坍塌, 需要泥漿液柱的有效支撐; 防止孔壁縮徑、超徑, 需要最大可能地降低泥漿的失水量。在泥漿與地層接觸產(chǎn)生濾失后, 在孔壁上形成的低滲透薄而韌的泥皮與地層隔離, 阻止泥漿內(nèi)的自由水向地層滲透, 使地層的水敏、水化速度減慢。對(duì)于砂、礫石層, 采用物理、化學(xué)的方法, 可增加井壁顆粒之間的膠結(jié)能力等。根據(jù)分析, 可以通過對(duì)泥漿添加一些造漿材料、化學(xué)處理劑等對(duì)現(xiàn)有泥漿體系的技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行改良, 從而達(dá)到抑制水敏、水化, 防止坍塌、掉塊、孔壁失穩(wěn)的目的。
4. 泥漿選擇對(duì)策
4.1 初始泥漿的選擇
4.1.1 低粘度、低固相不分散泥槳
目前, 煤田鉆探泥漿粘度、固相含量偏高( 往往是劣質(zhì)成分偏高) , 影響時(shí)效和回次進(jìn)尺, 應(yīng)采用低粘度、低固相泥漿勺普通鉆進(jìn)方法泥漿粘度可控制在18 ～20s以內(nèi), 繩索取芯鉆進(jìn)( 轉(zhuǎn)速高)泥漿粘度還要低, 可控制在17～18s, 初始泥漿應(yīng)由優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配制, 固相含量控制在3%～4%。實(shí)驗(yàn)證明: 泥漿中優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土含量過低, 即使泥漿失水量較低, 泥漿抗劣質(zhì)造漿成分污染能力仍較差,當(dāng)大量劣質(zhì)造漿成分侵人泥漿后, 泥皮增厚嚴(yán)重。相反, 優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土含量較高, 在相同的泥漿粘度和失水量條件下, 泥漿抗劣質(zhì)造漿成分污染能力較強(qiáng)。
從泥漿的護(hù)壁作用和經(jīng)濟(jì)綜合分析, 優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土含量不宜過低, 因此, 所謂低固相優(yōu)質(zhì)泥漿并不是一味追求過低的固相, 更不是減少優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土的含量, 而是在鉆進(jìn)大段劣質(zhì)造漿成分地層時(shí), 始終使泥漿保持允許的低固相。
4.1.2 控制適當(dāng)?shù)哪酀{失水量
在采用強(qiáng)抑制泥漿的前提下, 泥漿失水不必控制太低, 通常情況下失水量控制在12～15ml/30s, ,繩索取芯鉆進(jìn)和特殊情況失水可適當(dāng)降低。
4.1.3 試樣濾液浸泡實(shí)驗(yàn)
通過試樣濾液浸泡實(shí)驗(yàn)優(yōu)選泥漿濾液, 是抑制泥質(zhì)成分造漿, 防止造漿地層坍塌的重要手段。
4.1.4 抗劣質(zhì)造漿成分污染實(shí)驗(yàn)
根據(jù)上述要求確定一批泥漿配方, 這批泥漿抗泥質(zhì)成分污染能力大小只有通過實(shí)驗(yàn)確定, 最終選擇抗污染能力較強(qiáng)泥漿成本較低的泥漿配方。一是泥漿在大量劣質(zhì)造漿成分污染后, 泥皮的增厚情況; 二是泥漿對(duì)孔內(nèi)所鉆巖粉的抑制作用。泥漿抑制泥質(zhì)成分水化分散能力強(qiáng), 巖粉水化分散作用小, 處于游離狀態(tài), 一旦從孔內(nèi)返出很容易機(jī)械清除, 或采用絮凝劑將許多小顆粒巖粉絮凝成團(tuán)塊再被機(jī)械清除。因此, 對(duì)已確定的一批泥漿配方要做抗污染實(shí)驗(yàn)。一是泥皮測(cè)定; 二是沉降測(cè)定, 觀察泥漿靜止后的沉降情況, 沉降物越多, 說明泥漿抗劣質(zhì)造漿成分污染能力越強(qiáng)。
4.2 泥漿被污染后的維護(hù)
當(dāng)采用了抑制性很強(qiáng)成本較低的泥漿鉆進(jìn)一段泥質(zhì)成分地層后, 泥漿的性能會(huì)隨著泥質(zhì)成分的浸人變化, 粘度和固相含量上升, 泥皮增厚。因此,必須及時(shí)有效處理。
4.2.1 機(jī)械清除
機(jī)械清除不僅可以把絕大部分砂除掉, 同時(shí)還能清除大部分泥質(zhì)成分。泥漿抗劣質(zhì)造漿成分污染能力越強(qiáng), 鉆進(jìn)時(shí)效越高, 巖粉相對(duì)粒徑越大, 機(jī)械清除越有利, 越徹底。反之, 機(jī)械清除越徹底,泥漿抗污染能力也越強(qiáng)。因此, 及時(shí)有效地清除泥漿中的巖粉有極為重要的意義。
4.2.2 鉆進(jìn)過程中的泥漿維護(hù)
在大段水敏性復(fù)雜地層中鉆進(jìn), 即使機(jī)械清除可以去大部分泥砂成分, 也仍會(huì)有相當(dāng)多的泥砂質(zhì)成分混人泥漿, 水化分散, 成為泥漿的組成部分。因此, 泥漿粘度、固相含量上升, 泥皮增厚。應(yīng)及時(shí)應(yīng)用稀釋劑, 降失水劑、絮凝劑等進(jìn)行維護(hù), 使泥漿性能保持在規(guī)定范圍內(nèi)。無論哪一種泥漿通過劣質(zhì)地層后, 都要采用泥漿處理劑控制粘度、固相含量和失水; 但在泥皮增厚幅度上都表現(xiàn)出很大差異, 其差異表明泥漿維護(hù)是否合理。因此, 在鉆進(jìn)過程中, 如何控制泥皮增厚, 還有待加強(qiáng)研究, 探討摸索出一條簡(jiǎn)便易行, 合理穩(wěn)定的一條路來。其目的一是保證泥漿具有良好的性能參數(shù), 二是延長(zhǎng)泥漿的使用壽命。
4.3 全孔更換泥漿
強(qiáng)抑制泥漿通過劣質(zhì)復(fù)雜地層, 采用泥漿處理劑雖可控制粘度, 固相含量和失水, 也能延緩泥皮增厚速度, 但泥皮增厚的趨勢(shì)卻無法阻止, 因此, 當(dāng)泥皮增加到一定程度后, 只能全孔排放, 更換新泥漿。這樣做看起來浪費(fèi)了許多泥漿,但從定向經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算, 仍然是合理的方案。