第六章钻孔冲洗及护壁堵漏

第四讲钻孔冲洗与护壁堵漏第一部分：钻孔冲洗液一、冲洗液概述1、冲洗液的定义：用于钻孔冲洗的液体和气体，统称为“冲洗介质”，习惯上叫冲洗液。

2、冲洗液的功用排除、携带和悬浮岩粉；冷却钻头；润滑钻头、钻具，降低回转阻力；保护孔壁，平衡地层压力，防止塌孔、掉块、漏失、井喷、超径、缩径等复杂情况具有良好的效果；软化和破碎岩石；传递动力，驱动孔底钻具；保护岩矿心、传递孔内信号。

3、冲洗液的种类及适用条件①清水。

适应于稳定地层钻进时的钻孔冲洗。

②泥浆。

由粘土、水和处理剂共同组成的悬浮液和胶体溶液的混合物。

适应于复杂地层钻进时的钻孔冲洗与护壁。

土为分散相，水为分散介质。

③乳状液。

两种互不相溶的液体（如水和油）加入乳化剂后，经强力搅拌而制成的稳定的胶体的一种冲洗液，乳状液具有良好的润滑性能，有利于钻具开高转速。

适应于小口径金刚石钻进稳定地层时的钻孔冲洗。

④空气。

以压缩空气为钻孔循环介质。

适应于沙漠、干旱缺水、高山缺水、严重漏失地层和永冻层钻进时的钻孔冲洗。

⑤无固相冲洗液。

由无机盐和有机高分子（或聚合物）配制而成的，不含粘土或其它固相的冲洗液。

适应于裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层钻进时的钻孔冲洗。

⑥气液混合液（泡沫冲洗液、低密度冲洗液）。

通过泡沫剂向水中充以气形成稳定的气液混合体的冲洗液。

适应于低压油层和水层、严重漏失和供水困难的地区以及寒冷冰冻地区钻进时钻孔的冲洗护壁。

⑦饱和盐水冲洗液。

盐溶于水中形成的饱和盐水冲洗液。

适应于钻进冻结岩层、岩盐层及可溶性岩层钻孔冲洗。

4、钻孔冲洗方式与地表循环系统①钻孔冲洗方式②地表循环系统A、组成：地表循环系统由水源箱（池）、水泵及吸水管、高压胶管、循环槽、沉淀坑（池）等组成。

B、作用：为了净化冲洗液，即将冲洗液携带上来的岩粉、岩屑通过自然沉淀排除掉一部分。

二、泥浆概论1、泥浆的基本概念：由粘土、水和化学处理剂共同组成的悬浮液和胶体溶液的混合物。

其中，粘土作为分散相（固相），水作为分散介质（液相），组成固－液分散体系。

钻孔灌注水泥护壁堵漏方法刘跳民;李锋;刘杰;钱书伟【摘要】灌注水泥是在裂隙发育、破碎漏失等复杂地层钻孔时护壁堵漏的重要手段,是在套管、泥浆护壁堵漏无法实施的情况下护壁堵漏的不二选择.然而,由于机台施工人员大多缺乏灌注水泥的经验和知识,灌注失败和灌注水泥事故频频发生,给生产单位造成很大的损失.作者根据多年的施工经验,总结了各种条件下钻孔灌注水泥的方法.文章特别介绍了多功能注浆器及其使用方法,该注浆器大大简化了水下灌注程序,提高了水下灌注的效果和安全性,为机台人员解决了水下灌注因替水量把握不准导致灌注失败甚至灌注事故的难题.【期刊名称】《矿产勘查》【年(卷),期】2016(007)003【总页数】6页(P505-510)【关键词】护壁堵漏;灌注;多功能注浆器【作者】刘跳民;李锋;刘杰;钱书伟【作者单位】有色金属矿产地质调查中心,北京 100012;中色地科矿产勘查股份有限公司,北京 100012;中色地科矿产勘查股份有限公司,北京 100012;中色地科矿产勘查股份有限公司,北京 100012;有色金属矿产地质调查中心,北京 100012【正文语种】中文【中图分类】P634.8深孔钻探对钻探技术的要求越来越高，不管是常规的岩芯钻探方法还是空气反循环连续取样钻探方法，在破碎、松散、水敏、水溶等复杂地层的护壁工作中仍存在很大困难。

所谓的复杂地层基本就是孔壁维护困难的地层，有些护壁困难的地层同时也存在采芯困难的问题。

泥浆和套管护壁可以起到一定作用，但是在极破碎、软弱、流沙等地层中施工，因为这些地层全孔漏失、孔壁极不稳定，泥浆往往很难有较好的效果，且护壁成本很高。

由于钻孔结构的限制，可供选择的套管口径有限；因孔壁极不稳定，坍塌严重，套管往往很难下到位。

膨胀套管工艺拓宽了套管的使用范围，但这项技术在岩芯钻探中因诸多技术问题未解决而没有推广[1]。

因此，使用泥浆、套管护壁的同时结合灌水泥护壁往往是施工复杂地层的不二选择。

谈煤田地质钻探施工中的水泥护壁堵漏的几种方法[摘要]在煤田地质钻探施工过程中，钻孔坍塌漏失是经常出现的问题，容易引起报废钻孔的事情发生，如何科学合理的处理钻孔坍塌漏失问题，关键在于采用的钻孔护壁堵漏工艺。

自二十世纪四十年代起，水泥就开始用于煤田地质钻探钻孔护壁堵漏工艺中，主要起到止水和封水的作用。

作为一种重要的固结材料，水泥跟其他的堵漏材料相比有很多优点，主要包括使用方便、成本较低、利于灌注和无环境污染等优点，水泥的渗透能力也比较好，与岩石的固结性能好，并且稳定耐久，有很高的强度。

水泥护壁堵漏工艺在煤田地质钻探钻孔施工中是很重要的环节，本文简要介绍的在煤田地质钻探钻孔施工中水泥护壁堵漏工艺的几种有效使用方法对保障钻孔顺利施工有较好指导意义。

[关键词]煤田地质钻探钻孔坍塌漏失水泥护壁堵漏工艺使用方法在煤田地质钻探钻孔施工过程中，当钻进过程遇到溶洞、裂隙发育带、构造破碎带这些复杂地层时，通常会导致钻孔冲洗液的漏失。

要解决好漏失问题，可以通过水泥护壁堵漏工艺来解决。

在水泥护壁堵漏工艺中，水泥浆必须具备一定的流变性能，其流动性要好、凝结的时间要适当、要具有一定的强度和比较高的粘结度。

由于煤田地层比较复杂，水泥护壁堵漏工艺的使用经常会遇到各种问题状况，必须要引起人们的足够重视。

本文主要介绍了煤田地质钻探钻孔施工中水泥护壁堵漏工艺的几种使用方法。

1快干水泥堵漏方法在进行钻孔护壁堵漏时，普通的水泥因为凝结的时间比较长通常不能满足护壁堵漏的各种要求，要想缩短水泥凝结的时间，可以加入一定量的速凝剂，通常使用的速凝剂主要有石膏、水玻璃、铝酸钠和氯化钙等，这种水泥称之为快干水泥。

快干水泥初凝时间较长，终凝时间比较短，泵入安全性比较高。

1.1适用的漏失地层快干水泥堵漏工艺适用于小溶洞漏水和有裂隙的地层。

一般在冲洗液流动进多出少的小裂隙漏失层较为有效；如果冲洗液流动只进不出则需要配合惰性材料才有效。

1.2材料的选择（1）快干水泥原材料应首选硫铝酸盐水泥，其次是普通硅酸盐水泥。

探讨煤田钻探施工漏水的原因及其处理方法煤田在进行钻探施工时，由于地质的变化，会发生一些漏水现象，严重时还会引发孔壁坍塌，因此需要采取一定的堵漏措施。

本文先讲述煤田钻探施工漏水的原因以及堵漏机理，在进行重点分析胶结和堵塞法堵漏的技术措施，希望能为煤矿工作者带来一些帮助。

标签：煤田钻探堵漏泥浆作用1煤田钻探施工漏水的原因与堵漏分类和措施（1）煤田钻探施工漏水原因：煤田钻探时有的煤矿区主要含水层含水丰富，因此在钻进行形成的泥皮保护孔壁稳定性比较差，二泥浆粘性很高就造成了孔壁泥层皮厚但是强度非常的低，在上下钻抽吸力、地表压力以及冲击力的作用下，泥皮就很容易出现大面积脱落现象，进而出现漏水、孔壁坍塌掉块等事故。

（2）堵漏措施分类：根据煤田堵漏以及防涌特点来看，通常采用的物质包括套管、泥浆、水泥以及化学浆液等，按照作用原理可以分为以下套管隔离、胶结和堵塞法、水泥堵漏法以及压力平衡法。

套管隔离法通常是在其他的方法不可靠时才采用的办法，可靠性比较强，需要采用管材专门作业，成本大，不经常使用；水泥堵漏法比较适合中漏以上的地层，通常是在水泥中加入速凝剂来进行作业；压力平衡法比较适合中漏及以下的地层常使用泡沫泥浆来进行作业；本文主要讲述的是胶结和堵塞法，这种方法通常使用于中漏及以下的涌水地层，通常采用泥浆加多性材料来进行作业。

（3）胶结和堵塞法机理：本方法最大的好处便是能够就地取材，成本低，能够有效地减少钻孔事故。

在进行煤田钻井工作时往往会出现漏失现象，主要是因为地质结构不秘制，存在不规则的空隙，尤其是火烧后的岩石更加容易出现裂隙以及空洞等，若是钻进过程中遇到了这些地层必然会导致漏水现象，锯末、泥浆以及麻絮等可以对地层产生蓬架以及絮阻作用增加液体的流动阻碍，减少跑浆现象，增加孔内冲洗液的稳定性，泥层也会随之变得更加的坚韧。

针对于地层空洞的漏水现象。

2煤田钻探堵漏措施2.1煤田概况本文所选取的煤田煤层属于三叠系、侏罗系以及第四系，第四系厚度在38米以内，侏罗系煤层厚度在22～320米之间，在矿区的东部边缘存在烧变岩，在钻探施工时发生了严重的漏水现象，容易出现孔壁坍塌，在抽吸力以及压力作用下，泥皮出现大面积脱落现象，很容易引发事故，综合考虑到这些现象，采取胶结和堵塞法来进行防塌堵漏。

钻孔冲洗与护壁堵漏（一）、概述冲洗液和堵漏防渗液是指地质钻孔中用于地表和孔内循环使用的液体、气体或泡沫介质的统称，包括钻井液、堵漏固井浆材、注浆液等。

一、钻孔冲洗与护壁堵漏的目的1清洁井底，携带岩粉。

2冷却和润滑钻头及相应部件。

3平衡井壁岩石侧压力。

4平衡地层压力，在井壁形成泥皮，封闭和稳定井壁。

5悬浮岩屑和加重剂。

6在地面能沉除砂子和岩屑，调配后能循环利用。

7承受钻杆和套管的部分重力。

8提供所钻地层的大量信息。

9水力破碎岩石根据钻井液的消耗和携带岩粉的情况，判断地层岩性情况，调整钻进工艺参数，或修正作业方法。

护壁堵漏可处理复杂地层，保证钻孔深度或成井。

当钻井遇到卵石层、破碎带、大裂隙、溶洞、厚砂层等复杂地层，用泥浆难于护壁时，常采用水泥等固结材料进行堵漏。

这时，需要停止钻进，从钻孔中拔出钻具，再向钻孔中灌注水泥浆液或混泥土，待水泥浆液渗透、充填地层空隙并凝固复杂层段后，再重新放入钻具，扫孔钻进成井。

因此，与普通泥浆护壁相比，水泥护壁堵漏在工序上增加了专门灌注、侯泥固结、重新扫孔的时间，钻进有间断性。

二、冲洗液的类型及性能要求冲洗液主要由液相固相和化学处理剂组成。

液相可以是水（淡水、盐水）、油（原油、柴油）或乳状液（混油乳化液和反相乳化液）。

固相包括有用固相（膨润土、加重材料）和无用固相（岩石）。

化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。

钻井液按分散介质可分为水基冲洗液、油基冲洗液、气体型钻井流体等。

1）冲洗液分类1水基冲洗液水基冲洗液是一种以水为分散介质，你粘土、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。

分为：淡水冲洗液、盐水冲洗液、钙处理冲洗液、饱和盐水冲洗液、混合乳化冲洗液、不分散低固相聚合物冲洗液、钾基冲洗液、聚合物冲洗液。

2油连续相冲洗液油连续相冲洗液是一种以油（柴油、原油）为分散介质、以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。

其主要组成是原油、柴油、加重剂、化学处理剂和水。

勘查技术与工程专业(勘察工程方向)钻孔冲洗与护壁堵漏实验指导书吉林大学建设工程学院2005年12月实验一泥浆性能全分析实验类别：验证性实验实验学时：2学时实验地点：实验大楼512泥浆实验室实验依据：《钻孔冲洗与护壁堵漏》教学大纲一、实验目的通过实验掌握泥浆常用仪器设备的结构原理和使用方法；掌握泥浆性能参数的测定原理与测试方法；了解泥浆性能参数对钻井工作的影响。

二、实验用的仪器设备与材料⑴1002型泥浆比重秤；⑵ZNG—1型固相含量测定仪；⑶ZNH—1型泥浆含砂量测定仪；⑷ZNS型泥浆失水量测定仪；⑸雷辛克含砂量测量瓶；⑹野外标准漏斗粘度计；⑺马氏漏斗粘度计；⑻ZNN-D6型六速旋转粘度计；⑼NR-1型泥浆润滑系数测定仪；⑽广泛pH试纸；⑾秒表；⑿量杯、量筒、搅拌棒、直尺、药品。

三、实验内容㈠泥浆的粘度测试泥浆的粘度指标比较多，经常使用的有表观粘度（亦叫视粘度、有效粘度）、塑性粘度、结构粘度、漏斗粘度等。

在实际工作中，根据工作的特点不同，使用的粘度指标略有不同。

在教学和研究工作中经常使用的旋转粘度计所测定的粘度，它是比较科学的。

从粘度指标中可以看出泥浆的组成和影响粘度的主要因素。

在野外实际生产过程中，则经常使用漏斗粘度。

这种粘度是相对粘度，它不能说明泥浆的粘度的组成及影响粘度的主要因素。

但它表面上看起来比较直观，测试的方法也比较简单。

1、泥浆的视粘度与塑性粘度的测试泥浆的视粘度与塑性粘度是在旋转粘度计上进行测试的。

旋转粘度计的类型主要有两种，一种是转筒型的。

另外一种是转盘型。

目前在实验室内经常使用的是转筒型的。

这种粘度计是美国石油协会推荐使用的粘度计类型，被称之为Fann-35型。

在国内称之为ZNN—D6型粘度计测量粘度，其结构如图1所示。

旋转粘度计的测量原理是：由于液体有粘滞性，当外筒恒速旋转时，带动了各层液体以不同的流速梯度旋转，并使内筒也随之选状。

当与内筒相连的扭簧扭矩与液体各流层间摩擦力矩平衡时，内筒转动一个相应的角度，此时可在读数盘上读出扭簧扭矩的大小。

冲洗液与护壁作业第一节冲洗液的选择第七十七条必须根据岩层特点、钻进方法、钻孔深度、工程要求正确选择冲洗液的类型，确定冲洗液的性能。

1.完整、孔壁稳定的地层，采用清水做冲洗液。

2.较完整、有轻度坍塌的地层，采用优质泥浆或只加高分子材料(如聚丙烯酰胺等)的无固相冲洗液。

3.破碎、裂隙发育、掉块、坍塌，或有不同程度的漏失的地层，采用不同性能的优质泥浆做冲洗液。

没有漏失时可适当提高泥浆比重；轻微漏失时可用增粘泥浆或堵漏泥浆；严重漏失时先堵漏。

4.未胶结或胶结很差的松散覆盖层，采用优质泥浆(钙处理泥浆、聚丙烯酰胺泥浆等)做冲洗液，覆盖层较薄时可快速钻穿，然后下套管封隔。

5.片岩、千枚岩、页岩、粘土等水敏性地层，遇水膨胀、剥落、易缩径掉块、坍塌、超径地层，应采用优质泥浆做冲洗液，并要严格控制失水量或在泥浆中加抑制颗粒分散的试剂。

6.岩盐、钾盐、芒硝、天然碱等水溶性地层，易溶于水或泥浆，既扩大了孔壁，又污染了泥浆，应采用与该岩矿层可溶性盐类相应的饱和盐水泥浆做冲洗液。

7.大裂隙和岩溶等洞隙性地层，易产生冲洗液漏失、钻具在空洞内折断等现象，应采取堵漏、充填、封闭等措施，如投粘土球、灌水泥、下套管等，进行充填堵漏后并选用相应的冲洗液。

8.含高压水、油、气地层，采用加重泥浆，按地层压力梯度调整好泥浆比重，并降低泥浆的失水量。

加重泥浆比重按下式计算：L k hL y *+=式中：у--泥浆比重，L--孔深(米)，h--喷出油、气、水的相当水头高(米)，K--系数取1.01～1.10。

第二节 润滑冲洗液第七十八条 金刚石钻进必须使用润滑性能好的冲洗液。

第七十九条 润滑冲洗液的配制：在清水或低固相泥浆中加入下例添加剂中的一种或数种，加量见表11。

1.各种表面活性剂；2.各种乳化油；3.其它起润滑作用的物质。

第八十条 配制润滑冲洗液时应注意表面活性剂的种类(包括各类乳化油中所含的表面活性剂)，一般情况下可选用离子型的，在岩层和地下水中含有钙、镁离子(易引起乳化油破乳或产生油垢)时，可选用非离子型或复合型的。

地质钻探中冲孔与护壁堵漏技术简要论述张建国;张文新【摘要】冲洗钻孔的目的是利用冲洗液较强的携带能力以及速度将钻头切削下来的岩石碎屑、岩石碎块携带至钻孔外，同时利用冲洗液对钻头降温，避免烧毁钻头和保持钻头性能稳定。

常用的冲洗钻孔的循环方式有正循环冲孔法、反循环冲孔法、局部反循环冲孔法、冲洗液内循环法。

护壁堵漏是保证钻孔孔壁稳定和冲洗液正常循环，确保钻进正常进行的必要条件。

【期刊名称】《铁道勘察》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】3页(P55-57)【关键词】冲孔;冲洗液;正循环冲孔法;反循环冲孔法;局部反循环冲孔法;冲洗液内循环法护壁堵漏【作者】张建国;张文新【作者单位】中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133;中铁隧道集团技术中心，河南洛阳 471009【正文语种】中文【中图分类】P634随着我国基础建设快速发展以及隧道施工技术的巨大进步，特长隧道在铁路、高速公路、水利建设等基础建设中的存在已经是司空见惯。

特长隧道埋深都较大，一般在800～2 000 m，个别隧道埋深甚至超过3 000 m，精确进行隧道地质勘察已成为隧道设计、施工的前题。

地表踏勘、物探等手段不能准确反映拟建隧道的真实地质及水文地质等情况，地质钻探能有效弥补踏勘、物探不能实现的各项目的，准确直观反映拟建隧道地质岩性类别、地质构造、水文地质等情况。

然而地质钻探技术复杂，受制约因素较多，诸如岩石破碎程度、岩石强度、地下水位、深度，以及机械设备等都将严重制约地质钻探工作的成败，其中地质钻探中的冲孔与护壁堵漏技术是地质钻孔成败的最直接、甚至致命的原因，正确选择冲孔技术、冲洗液材料与护壁堵漏技术是地质钻探工作必须慎重选择且不可绕过的首要工作。

冲洗钻孔是地质钻探施工过程中的一个重要环节，在钻进过程中，钻头不断切削、破碎岩石，产生大量岩粉与岩石碎块，同时钻头与岩石之间的摩擦会产生大量热量，如果此时不能将钻头切削产生的岩屑、岩块送到钻孔外，会造成钻头再次对岩屑、岩石碎块进行破碎与切削，至使功效下降，消耗增加；当岩屑、岩石碎块堆积到一定程度时，随着摩擦力的增大，可能造成埋钻事故，致使地质钻探工作失败；钻头与岩石之间的摩擦产生大量热量，如果不及时进行降温处理，当摩擦产生的热量达到一定温度时，会烧毁钻头，造成烧钻事故。