钻孔施工卡钻的分析

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不论是在油田勘探，煤田勘探或其它勘探工作中，都有不同程度的卡钻事故。由于对钻孔卡钻认识的不同，往往都归结岩石遇水膨胀而导致卡钻。其实不然，经过多年实践和参阅国内外有关资料，作者认为：钻孔卡钻事故的形成主要有两种：一是某种岩性本身的膨胀导致；二是由于某种岩层良好的渗透，岩石的强吸水性，使泥浆性能发生变化，泥皮迅速增厚所致。就两种卡钻原因而言，后者居多，前者较少；就其危害性而言，后者严重，前者较小。因此，能否正确认识和分析两种不同的卡钻原因，并采取相应预防措施，避免卡钻事故，十分必要。

　　1.由于岩石本身膨胀形成的卡钻事故

　　所谓卡钻事故，理论上，是由于钻孔形成后，岩层中出现自由面，岩石本身失去压力平衡，加之冲洗液（泥浆）对岩层的渗透，使岩石产生膨胀，岩石便向压力小的方向凸出，使钻孔直径缩小，从而导致卡钻；推理上，似乎存在这种卡钻的可能性，但在钻探穿过的各类岩层中，因岩石膨胀引起卡钻为数极少。在煤田地质勘探中常见的岩石有硅藻土、膨润土、泥岩、砂岩、砾岩、石灰岩和火成岩等。其中，硅藻土、膨润土、泥岩具有遇水膨胀性。在同等条件下，膨润土膨胀率为10倍以上，其它的岩石膨胀率为3～5倍，在正常钻进中，不能突然膨胀，使孔径缩小卡住钻具。具有膨胀性岩层并不是无止境的向孔内膨胀，它们只能在钻孔周围2～3 m的范围内产生微量膨胀。在该范围以外的岩石，因受围岩压力的控制，不可能在某段时间内，无止境的或突然向钻孔内凸出来，明显使孔径缩小，并且遇水膨胀的岩石又都比较松软，硬度只达到二至三级，极易受到外力的破坏。此类岩石在一定时间内膨胀凸起的部分，小于钻具摩擦而削去的部分。加之松软岩石极易被冲洗液（泥浆）冲刷破坏，只能使孔径扩大而不能缩小。纵观钻探工程，具有膨胀性岩层孔段的孔径都大于坚硬岩层孔径。由此可见，由于某种膨胀性的岩层产生膨胀缩径，危害钻孔或造成孔内事故的理由是不十分充足的，把一些挤夹事故分析判断为钻孔缩径造成，归结为自然现象是没有根据的。

　　2.岩层渗透率良好、岩石吸水性强，泥皮增厚而形成的卡钻事故

　　钻孔穿过的各类岩层中，性质各有不同，有的渗水，有的不渗水，也有的涌水。在渗水岩层中，渗透率也有差异，有的渗水率良好，也有的渗水率较差。渗透率良好的岩层，加上钻孔泥浆柱的压力作用，极易使泥浆中迅速失去水分。失去水分的泥浆变成胶体的粘泥吸附在井壁上，形成泥皮逐渐增厚或迅速增厚而产生缩颈，直至堵死某段钻孔。这种缩颈卡钻事故，慢者几十个小时，快者十几分钟，即可将某段钻孔部分或全部堵死而造成孔内卡钻事故。

　　在渗水岩层中，这种缩径形式在不断进行着，吸水岩石时刻都在吸附泥浆中的水分。正常钻进，泥浆正常循环时，泥皮也与时间成一定比例增厚的同时，也被钻具旋转或上下磨削而变薄，其被削去的泥皮又被冲洗液（泥浆）带走，加入冲洗液之中，而随冲洗液循环，从而不致于堵死钻孔。但是，泥浆中的水分子在不断减少，而泥浆的粘度在不断加大，迫使人们调整泥浆粘度。所以，在正常钻进中，很少发现泥皮增厚挤夹钻具。如果某种原因停钻，停止泥浆循环时间较长，渗水岩层就会很快将泥浆中的水分子吸走，使这一孔段的孔径缩小或堵死，致使不能下入钻具，这种现象不仅在某一地区发生，其他地区也发生过。

　　3.由于岩层渗透率良好而引起的钻孔卡钻事例

　　3.1 长白5-1号孔，在孔深350m之前正常钻进，350～400m漏水，采用加大泥浆粘度堵漏后，进行钻进。当上余没有时，掰开立轴加单根钻具，停泵15min后，钻具提拉不动，用反丝钻具处理至350 m时，往下再也反不动，反丝钻具扭断多次，而正丝钻具还是反不回来。后来采用粗径钻具套一根，反一根，在反上来的钻杆上，固结着圆柱形失去水分的固体粘泥，用手难取下。这说明，渗水性好的地层对泥浆中水分的吸收作用是很强的。该孔多次在这一孔段发生过夹钻事故，有时钻具下到350m被托住，象扫岩芯一样扫到孔底。这时，如果停泵十几分钟，钻具就有可能被卡住。主要是因为：泥浆固相含量多，失水量大，泥浆失水后迅速将钻具卡住，致使该钻孔未达到设计深度而终止。

　　3.2 长白8～2号孔，孔深700m ，在300～400m孔段，是渗透率好、吸水性强、泥浆粘度增加迅速，先后发生2次卡钻事故。参照长白8～2号孔处理办法，解除了卡钻事故后，加强了泥浆管理，加大泥浆处理剂费用的投入，使泥浆性能满足该钻孔地层要求，使该孔达到设计要求。

　　3.3 1992年，在某油田油井，其岩层为泥岩，具有很强的吸水性。当油井达到设计要求深度时，由于某种原因未能及时测井，等电测井时间过长，而且又没有经常循环泥浆，导致井径缩小，测井仪器不能下到应测井段，采用向泥浆中加入泥浆处理剂，调整泥浆性能，减少泥浆失水量。后经再次扫孔得知，油井多处孔段发生缩径。这说明，此种缩径形式在认识上确认了吸水良好岩层对泥浆的吸水作用，导致卡钻事故。

　　在分析上述事故原因时，曾产生过争论，部分人认为，是岩层本身的膨胀缩径造成的钻具挤夹事故，并列举了以往施工中钻孔发生的卡钻事例，认为岩层膨胀缩径造成多起卡钻事故，有的处理不了而将钻孔报废。而另一部分人认为，是由于钻孔穿过渗水地层，岩石吸水性强，使用了固相含量多、失水量大的泥浆，加上泥浆柱的压力，因岩石吸走了泥浆中的水分，使部分孔段泥浆由流体变成固体，使钻具牢牢固结住才是卡钻事故的根本原因，并提出相应的依据。最后，共同认识到，劣质泥浆受某种吸水性强的岩石的作用，使泥浆性能发生变化所导致结果。

　　4.结论

　　长期以来，对钻孔缩径和孔径堵塞的看法不同，有人认为，主要是岩层膨胀所致，也有人认为是泥皮脱落而致。经过多年的实践，没有找到准确的依据。但在，多次事故中发现了泥浆性能的变化与渗水岩层（或水敏地层）有密切关系。因此，把钻孔缩径挤夹钻具的事故分析为岩层膨胀并归结为自然事故是缺少科学依据的。

　　在分析岩石的物理性时，应该承认某种岩石有一定的膨胀性，更重要的要认识它们的松软性、碎弱性极易被钻具的磨削和流体的冲刷而大量破坏，只能使孔径扩大，而不会因岩层膨胀而出现卡钻事故。

　　在作者所从事钻探工作的几十年中，还没有发现钻孔因岩层膨胀而导致某种卡钻事故，不能简单的分析为岩层遇水膨胀而卡钻事故。这样错误判断事故的性质，会影响制定正确的处理方案或错误结论也会误导正确施工方案的实施，其损失也是很大的。

　　钻孔卡钻的根本原因，是钻孔穿过了渗水率强的岩层，泥浆中水分被岩石吸走，使泥浆的性能发生不利于护壁堵漏的变化。由液体变为胶体的粘泥。其对孔壁的附着力和对钻具的握裹力越来越大。直至将钻具牢牢固结在钻孔中，即卡钻事故。

　　当认识了卡钻的根本原因，就可以正确判断事故的性质，就可以采取有效预防措施和处理方法，就可以减少卡钻事故发生率和不应有的损失。