钻孔复杂地层及其护壁堵漏

　　一、复杂地层
　　岩层在形成过程中或形成以后，在扭转、挤压、风化、搬运、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用下，形成松散层、破碎带、孔隙环境、裂隙环境以及溶隙性环境，是钻进过程中经常遇到的各种复杂情况。一些主要表现为井壁直接松散、破碎；一些主要表现为遇水后水化、水溶；另一些则主要表现为漏失、涌水；还有一些主要表现为压力温度异常。许多情况下，地层的多种复杂表现兼而有之，或以一种为主，其他为辅；或是先有一种表现，继而再出现其他复杂状况。
　　二、复杂地层的技术处理
　　1、胶结和堵塞法
　　这种方法是用水泥、各种化学浆液、粘土等材料，胶结孔壁破碎岩石和堵塞岩石裂隙孔洞，达到护壁和堵漏的目的。
　　（1）水泥护壁堵漏 钻探施工中，常遇到地层的坍塌、漏失、破碎掉块等复杂问题，需要用水泥进行护壁堵漏。但是，由于普通水泥早期强度低、凝结时间过长、浆液流动性差，就就需要使用水泥外加剂来改善和调整各种水泥性能，采用水泥外加剂对改善和调整某些水泥性能是个有效的途径。如需要提高早期强度宜用早强外加剂；需缩短凝结时间，则用速凝剂；若需改善流动性，要用减阻剂等等。
　　使用时应考虑以下五个方面问题：①按水泥品种合理选用外加剂；②选用外加剂应明确改善和调整水泥性能的目的；③选用外加剂合适掺量；④考虑具体施工条件，如气温、孔内温度、压力、灌注方式、灌注工具等；⑤尽可能选用复合外加剂。
　　（2）化学浆液与惰性材料护壁堵漏
　　钻孔护壁堵漏中具有代表性的化学浆液和惰性材料，包括脲醛树脂浆液、水玻璃浆液、聚丙烯酰胺浆液、脲醛树脂水泥球、干性堵漏材料和沥青材料。此外，还有许多品种的化学浆液，如铬木素浆液、木铵浆液、丙凝浆液、丙强浆液以及301聚脂浆液等等，也可以用作钻井护壁堵漏浆液。
　　（3）水玻璃
　　水玻璃是一种能溶于水的硅酸盐,是化学浆液中无机类的一种注浆材料。由于它的价格低廉，货源较广，适于各种工程的需要以及配制简便等优点，目前仍然是一种大量使用的行之有效的化学浆液。我国所用的水玻璃浆液类型，除了有单一使用的外，大多使用的是水玻璃复合浆液，如水玻璃-氧化钙、水玻璃—铝酸钠、水玻璃-水泥，水玻璃-稀磷酸等。将水玻璃加入水泥浆中，可使水泥浆急骤硬化，因而可用于堵水堵漏。
　　（4）聚丙烯酰胺浆液
　　用聚丙烯酰胺来堵漏乃是利用高分子化合物的交联原理，即利用聚丙烯酰胺和无机交联剂(铁、锌、铝等水溶性卤化物，或硫酸铁、硫酸铝水泥等)或有机交联剂(甲醛、乙二醛、乙二醇等)发生交联反应，而形成不溶于水的体型结构的凝胶体来达到堵塞通道的目的。
　　常用的两种混合浆液为：聚丙烯酰胺-水玻璃浆液、聚丙烯酰胺-水泥浆液。
　　2、套管隔离法
　　当钻孔坍塌、超径、老窿、大溶洞、地下河等严重漏失，采用其他方法无法控制时，可采用下套管的办法处理，套管下端要进行封闭止水。
　　3、控制液柱压力法
　　控制液柱压力主要是调整泥浆密度。液体向地层中漏失或地层向孔内涌水，从根本上看是压力不平衡的表现，当井眼中的流体压力与地层孔隙流体压力不相等时，漏失或涌水这种渗透现象就有可能发生。地层的空隙分为孔隙、裂隙和溶隙。这些空隙多互相贯通，成为液体的流动通道。与之相应的地层为孔隙地层、裂隙地层和岩溶地层以及各种空隙相互穿插共存的混合地层。
　　（1）专门的加重剂增加泥浆比重。　 重晶石（BaSO4）为白色粉末，比重为4.2～4.6，细度要求过200目筛子，筛余不大于3%。重晶石只溶于浓硫酸，生成硫酸氢钡，不溶于水、有机溶剂、其他酸和碱溶液。石灰石粉（CaCO3），比重2.2～2.9，不溶于水，但溶于含CO2的水中，生成重碳酸钙。石灰石粉也可作堵漏材料用。 　 其他加重剂还有：比重4.9～5.2的磁铁矿粉（Fe3O4），比重5.3的赤铁矿粉（Fe2O3），比重7.4～7.6的方铅矿粉（PbS）等。
　　（2）充气泡沫泥浆是目前应用较广泛的低比重泥浆，其比重可降低至0.65～0.70左右。它主要用于孔壁不稳定的低压漏失地层和石油钻进的低压油气层钻井。在平衡地层压力的同时，由于其比重低，有利于提高机械钻速。