钻孔施工卡钻的分析
摘要：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渗透与强吸水性，使泥浆性能发生变化，泥皮迅速增厚所致。正确认识和分析两种不同的卡钻原因，采取相应措施预防避免事故发生。关键词：卡钻事故 遇水膨胀 泥浆性能、钻孔缩径 渗水 失水 吸水
0 引言
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。