2024年4月11日发(作者：)

第50卷增刊

2023年9月

钻探工程

Drilling Engineering

Vol. 50 Sup.

Sep. 2023：218

-

222

地质钻探完全漏失地层处理方式探讨

王志祥

1

，许非

1

，陈冲

2

，刘爱明

1

，胡有山

1

，蒲俊佚

2

（1.四川省第七地质大队，四川 乐山 614099； 2.西藏自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，西藏 拉萨 851400）

摘要：地质钻探遇到完全漏失地层时经常采用顶漏钻进和水泥堵漏。提出顶漏钻进可采用孔口长流水、倾倒高稠

度浆液、倾倒制泡浆液、钻杆涂抹润滑脂（膏）等干孔段应对措施，水泥堵漏添加抗分散剂、促凝早强剂、缓凝剂、水

泥球胶合剂等应对措施。研发了钻孔堵漏小球，从结构特点、操作流程及原理特征进行了说明和探讨，拟解决传统

惰性堵漏材料“大颗粒易架桥但不易进裂缝，小颗粒易进裂缝但难承压”的矛盾。

关键词：地质钻探；完全漏失；顶漏钻进；水泥堵漏；堵漏小球

中图分类号：P634.8 文献标识码：A 文章编号：2096-9686（2023）S1-0218-05

Discussion on treatment of completely leak strata for geological drilling

WANG Zhixiang

1

，XU Fei

1

，CHEN Chong

2

，LIU Aiming

1

，HU Youshan

1

，PU Junyi

2

(1. No.7 Geological Brigade of Sichuan Province, Leshan Sichuan 614099, China；

2. No.6 Geological Group, Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development of

Tibet Autonomous Region, Lhasa Xizang 851400, China)

Abstract： Leakage drilling and cement plugging are often used when geological drilling encounters completely leak

formation. It is suggested that the dry hole section measures can be taken for leakage drilling such as long running water

at hole opening， pouring high consistency grout， pouring foam slurry and applying grease on drill pipe. While for the

cementing plugging， adding anti‑dispersant， hardening accelerating and flash setting agent， retarding agent and cement

ball cemedin can be used. The drill hole plugging ball is developed， and the structural characteristics， operation process

and principle are explained and discussed， which is intended to solve the contradiction of “arge particles are easy to

bridge but hard to enter the crack while small particles are easy to enter the crack but difficult to bear pressure” for the

traditional inert plugging material.

Key words： geological drilling; complete leakage; leakage drilling; cement plugging; plugging ball

0　引言

地质钻探施工经常遇到钻孔漏失等情况，其发

生原因在于孔内泥浆压力大于地层中孔隙、裂缝或

溶洞中液体的孔隙压力，并通过漏失通道向周围的

容纳空间流失

［1-2］

。钻孔漏失不仅会带来泥浆消耗、

负荷增大、孔壁失稳等诸多问题，严重时将无法正

常钻进。完全漏失地层是指孔口全部失返的严重

漏失地层，其对钻进的影响和处理难度均较大。当

出现漏失时，现阶段一般采取随钻堵漏、不作处理

顶漏钻进、采取技术措施后顶漏钻进、停钻堵漏等4

种方式。随钻堵漏一般适用于孔口有部分返浆的

情况，完全漏失地层并不常用。

1　顶漏钻进

1.1　顶漏钻进存在问题

从技术层面来讲，一般都不建议顶漏钻进，工

收稿日期：2023-05-25； 修回日期：2023-08-10 DOI：10.12143/.2023.S1.032

基金项目：四川省张建东钻探技能大师工作室资助项目“电动顶驱钻探装备配套及成井工艺关健技术研究”

第一作者：王志祥，男，汉族，1983年生，高级工程师，勘查技术与工程专业，硕士，长期从事钻探技术研发及服务工作，四川省峨眉山市峨九街

87号，****************。

引用格式：王志祥，许非，陈冲，等.地质钻探完全漏失地层处理方式探讨［J］.钻探工程，2023，50（S1）：218-222.

WANG Zhixiang， XU Fei， CHEN Chong， et al. Discussion on treatment of completely leak strata for geological drilling［J］. Drilling

Engineering， 2023，50（S1）：218-222.

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第50卷增刊

王志祥等：地质钻探完全漏失地层处理方式探讨

表1　润滑膏推荐配方

黑机油（废机油）/%

65

松香/%

20

沥青/%

10

219

程实践中出现大量顶漏钻进是成本、技术、观念的综

合结果。长孔段持续破碎漏失地层中钻进往往随堵

随漏，此时顶漏钻进是不得已而为之。顶漏钻进主

要存在以下问题：（1）干孔段润滑差致使钻机回转负

荷大；（2）干孔段失去泥浆液柱压力及护壁作用致

使孔壁稳定性变差；（3）大量漏失致使泥浆制备质量

难以保证，动态水位下泥浆护壁效果变差；（4）回次

钻进前的泥浆冲孔难以保障

［4-7］

。

1.2　顶漏钻进减阻护壁措施

通过实践改进，施工人员摸索了一系列解决上

述问题的办法。

（1）针对钻机回转负荷大，采用孔口接水管长流

水的方式减小摩阻力，可在水源充足且干孔段地层

较为稳定时使用，成本最低。

（2）以聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠等为材料

配制高稠度浆液，在每回次开钻前随钻杆从孔口倒

入

［6］

，减阻效果和维持时间优于清水。

（3）以聚丙烯酰胺等配置基浆，加入5‰~1%

的韦兰胶、月桂酰胺基羟磺基甜菜碱LHSB或水泥

（混凝土）发泡剂配方产品等中的一种，通过搅拌机

约10 min可制得3倍左右原浆体积的微泡沫，搅拌

速度越快则泡沫越多越细腻，若加入羟丙基甲基纤

维素HPMC、植物胶等，则稳泡效果更好。显微镜

观察实验室搅拌制备的微泡沫直径多为10~10

2

微

米量级，如图1所示，其漏斗粘度及旋转粘度均大幅

提升，可从孔口倒入起到干孔段良好润滑护壁

效果。

石蜡/%

5

太古油可起到良好润滑效果。

上述总结出的顶漏钻进系列技术措施可降低施

工成本，同时也为长孔段集中堵漏或套管隔离创造

了条件。

1.2　顶漏钻进冲孔问题

回次钻进开始一般以孔口返浆作为依据，但顶

漏钻进孔口并不返浆，开始钻进时间需要凭操作人

员的经验掌握。合理的冲孔时间指孔底钻头位置泥

浆达到稳定循环的时间，冲孔时间长了浪费泥浆和

时间，冲孔时间短了又容易烧钻，因此需要保证合理

的冲孔时间。

当孔内水位较高、停钻时间较长、泥浆静切力较

低或者采用清水钻进等情况下，孔底容易沉积大量

岩屑。钻头在下放到孔底过程中，钻头内台阶与卡

簧座之间很小的间隙极易被岩屑堵塞。当泵入泥浆

在钻杆内外形成的液位压差不足以排开岩屑时，而

空气的可压缩性又很大，除非泥浆即将灌满全部钻

杆，否则泵压表通常显示为零，此时抢先开钻容易造

成烧钻事故。笔者将孔口不返浆钻孔的冲孔问题细

分成冲孔有泵压、冲孔无泵压无稳定水位、冲孔无泵

压有稳定水位、冲孔无泵压且地层易糊钻等4种情

况，根据不同情况确定合理的冲孔时间，详见《钻孔

［7］

失返顶漏钻进中的冲孔问题及其技术措施分析》。

2　堵漏措施

钻进施工尤其是深孔钻进过程中，要保证持续

使用优质泥浆，钻孔堵漏则成为重要先决条件。掌

握孔内水位（通常为回次结束动态水位）是筛选堵漏

措施的重要指标，现场可用水位计准确测量或使用

钢绳投送内管时粗略估算。当孔内水位接近孔口

图1　实验室搅拌制备润滑减阻“微泡沫”

时，要使泥浆返出孔口所需堵漏材料提供的承压能

力不高，可以尝试采用随钻堵漏、泥球堵漏（含高岭

土的黄泥，而非膨润土）或惰性材料（801、803、锯末

等）加高分子聚合物混合稠浆堵漏等；当孔内水位很

深时，此时所需的承压能力很高，水泥堵漏则相比而

言更加适合。

2.1　水泥堵漏

水泥堵漏在地质钻探中应用很多，具有价格便

（4）干孔段钻杆涂抹锂基脂黄油等，可达到较好

减阻护壁效果，这类润滑酯购买方便；也可涂抹自制

“润滑膏”，其粘附性更强，可在更长时间内发挥作

用，配方如表1所示，温度低时可适当增加废机油

用量。

（5）动态水位下应尽量采用泥浆护壁，添加少量

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钻探工程

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宜、方便购买、结石强度高等诸多优点，还能对破碎

地层进行良好护壁。

2.1.1　水泥堵漏存在问题

水泥浆液会因水泥型号、水灰比、早强剂、速凝

剂、缓凝剂、温度等条件不同，会在几小时到几天内

凝固到满足承压适合扫孔的强度。施工人员能做到

水泥凝固时间精确掌握、水泥污染率明显降低、固结

孔段达到设计预期、水泥堵漏操作安全快速的难度

很大。随改性材料品种增多，将受制于技术人员是

否亲测并掌握其性能，甚至不同供应商的同名产品，

其效果也可能截然不同。

325、425硅酸盐水泥方便就地购买，根据温度

等不同调制成水灰比0.45~0.5的浆液

［8］

，采用泥浆

泵泵入孔内，其存在的主要问题是：（1）孔口不返浆

并不代表孔内没水，即使技术人员能够准确计算并

掌握前置液、灌浆量、替浆量及各种现场操作，也很

难预估水泥浆液被水侵破坏的程度，水侵不仅稀释

破坏了水泥浆，当有流动地下水时还会致使水泥浆

顺水流方向流失，孔内水流上游方向更难封堵，这些

都会造成堵漏失败；（2）当钻孔较深、含水孔段较长

时，容易出现大量不凝固的浮浆，操作人员在下钻时

难以准确预知浮浆位置，极易造成钻具插入浮浆过

深而发生埋钻事故；（3）同径下水泥堵漏操作风险很

高，但却被经常采用，正常应采用小一级钻杆或Ø

42 mm、Ø50 mm钻杆，增大钻杆与孔壁间隙，以防

止水泥外返出钻杆过高而发生埋钻事故；（4）高原等

寒冷地区钻探施工，制浆用水温度接近0 ℃，致使水

泥凝固速度很慢，若不加入适当的促凝早强剂，不仅

费时还增大了水泥浆被破坏的机率，凝固效果得不

到保障。

2.1.2　水泥堵漏改进措施

虽然不添加改性剂的普通硅酸盐水泥净浆被大

量应用并达到堵漏目的，但一些简单实用、成本低廉

的水泥改性方案有时候却能起到事半功倍的效果，

包括大幅降低水泥污染、减少水泥用量、提高堵漏成

功率、降低埋钻风险等。

（1）水侵污染是水泥堵漏失败的重要原因，它提

高了水灰比，降低了水泥凝固所需的钙离子浓度，水

泥无法凝固或凝固强度很低，还会带来扫孔风险、泥

浆污染等问题。通过实验筛选出聚环氧乙烷PEO、

非离子聚丙烯酰胺NPAM、羟丙基甲基纤维素

HPMC等材料，选择其中一种即可提高水泥浆液抗

分散性，明显降低水侵污染，添加量根据分子量及品

质参照水泥质量的1‰~3‰为宜，以满足泵送所需

流动度，实验效果如图2所示。现阶段常用做泥浆

材料的聚丙烯酰胺一般为阴离子聚丙烯酰胺（代号

PHP、HPAM、APAM），市场还有阳离子聚丙烯酰

胺（代号CPAM）、两性离子聚丙烯酰胺（代号Am-

PAM）以及各种类型的聚胺乳液，实测不能使用。

某些标注为PAM的聚丙烯酰胺需要认真核实或进

行小样测试，明确为非离子聚丙烯酰胺时，才可做为

水泥抗分散剂使用。