復雜地層中的鉆探技術研究

焦德全

摘要 隨著建筑項目、礦井、鐵礦、油田等工程項目的改建、擴建，鉆探施工面臨的地質(zhì)條件也變得更為復雜，比如斷層破碎帶、巖溶地區(qū)、海洋湖泊等，很容易在鉆進過程中出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、埋鉆以及鉆孔彎曲等現(xiàn)象。通過分析影響復雜地層中鉆探施工的地層條件、鉆探施工工藝以及鉆機設備條件等因素，從鉆探方法、鉆機設備選型、鉆孔結構布置等角度出發(fā)，研究相應的解決措施，對于提高復雜地層巖心機械鉆探施工效率和質(zhì)量，降低工程成本具有十分重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞 復雜地層；鉆探技術；解決措施

中圖分類號P634 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0121-02

0 引言

自改革開放以來，我國的經(jīng)濟總量和科技發(fā)展水平都得到了顯著的提升，各行各業(yè)的發(fā)展都進入了一個高速增長的時代，全國各地的城市建設規(guī)模在不斷擴大，礦產(chǎn)資源消耗量也在不斷增加。因此很多建筑項目、礦井、鐵礦、油田等工程在改建擴建的同時，就可能要面臨更為復雜的地質(zhì)條件，比如產(chǎn)狀較陡、軟硬不均的巖石地層、斷層破碎帶、巖溶地區(qū)、海洋湖泊等，很容易在鉆進過程中出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、埋鉆以及鉆孔彎曲等現(xiàn)象，導致鉆孔報廢，嚴重者可能會出現(xiàn)重大的安全事故，因此復雜地層中的鉆探施工難度更大，這時就必須加強復雜地層中的鉆探技術研究，提出更為合理有效的鉆探措施，提高鉆探工作的效率，避免安全事故的發(fā)生。

1 影響復雜地層鉆探施工的主要因素

一般來說影響復雜地層鉆探機械施工的因素主要包括地層條件、鉆探施工工藝以及鉆機設備條件等，在鉆機鉆探過程中如果控制協(xié)調(diào)不好各種影響因素，很容易導致鉆孔彎曲、少鉆、漏鉆，進而影響對礦體含量、產(chǎn)狀的準確評價和判斷，或是地層承載力、壓縮性等參數(shù)有效的評估。

1.1 地層條件

復雜地層主要包括各種鹽類地層、各種粘土、泥巖、頁巖地層、含有流砂、砂礫的地層、斷層裂隙發(fā)育的地層、巖溶地層、高壓油、氣、水地層以及高地應力、高溫地層，這類地層的巖石或土體強度、硬度、彈塑性、脆性、水溶性和水化性等性質(zhì)一般都復雜多變，層理、片理發(fā)育，地層產(chǎn)狀變化較大，極易影響鉆機的鉆探施工，比如當巖石的層理方向與垂直于層理方向的硬度比較大時，很容易導致鉆孔發(fā)生大的彎曲，碰到斷層破碎帶、溶洞時很容易發(fā)生卡鉆、掉鉆以及埋鉆現(xiàn)象，碰到卵石地層就可能導致鉆機鉆進困難，影響施工效率。

1.2 鉆探施工工藝

鉆探施工工藝也是影響復雜地層鉆探施工效率和質(zhì)量的重要因素，比如當鉆進時壓力過大時，會造成鉆桿彎曲，繼而導致鉆孔發(fā)生彎曲；當鉆機旋轉(zhuǎn)時速過高，很容易造成鉆桿回轉(zhuǎn)離心力增大產(chǎn)生橫向振動，繼而導致鉆孔孔徑、孔壁間隙增大；當鉆機鉆進過程中遇到泥巖、頁巖等軟巖，如果使用的沖洗液量過大，會將鉆孔孔壁沖壞，致使鉆機卡鉆、埋鉆。

1.3 鉆機設備條件

鉆機設備質(zhì)量的好壞及鉆機型號的選擇是影響復雜地層鉆探施工的直接因素。如果鉆機磨損嚴重或是鉆進功率偏低，當遇到復雜地層時很容易發(fā)生鉆機轉(zhuǎn)速、鉆速以及鉆壓等參數(shù)的匹配調(diào)整不到所需的要求，影響鉆進效率和施工質(zhì)量。

2 提高復雜地層鉆探施工質(zhì)量和效率的有效措施

鑒于復雜地層極為艱苦的施工條件，需要提出有效的應對措施來提高鉆探施工的施工效率和質(zhì)量，本文從鉆探方法、鉆機設備選型以及鉆孔結構布置等幾個角度入手分別進行介紹。

2.1 鉆探方法的選擇

在復雜地層中鉆機的鉆機壓力和速度要適時進行調(diào)整，充分根據(jù)巖石地層的可鉆性、研磨性以及完整程度等特征選擇鉆具和鉆進方法，同時還要根據(jù)孔中水位的變化、沖洗液的消耗和漏失情況、涌水位置和涌水量、水溫的異常、翻漿速度、顏色等情況適時調(diào)整鉆機壓力和速度，比如當?shù)貙訋r石的可鉆性比較低時可以選用硬質(zhì)合金、金剛石或復合片組頭進行回轉(zhuǎn)鉆進，當可鉆性比較高時可以選用硬質(zhì)合金或金剛石鉆頭進行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進或鋼粒鉆進，當遇到斷層破碎帶、溶洞時，要準確判斷聚水量和水力連通關系，注意使用適當長度的短鉆桿或巖心管，有效保持鉆具的剛性鉆進進度，同時還要按照起拔鉆進工藝施工，防止裂隙中的巖塊掉落造成卡鉆，泥沙、碎屑不能順利排出孔外時造成埋鉆，或是鉆頭在溶洞中甩開脫。

2.2 鉆孔結構的布置與選擇

復雜地層中由于巖層的層理、片理發(fā)育，地層產(chǎn)狀、巖石的強度和硬度等變化較大，鉆孔結構的布置和選擇直接影響到鉆機的鉆探效率和工程施工成本，因此在鉆機開鉆之前，要注意收集整理當?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件和物探資料，然后按照先疏后密、點線、深淺結合的原則進行布孔，同時還要注意合理選擇鉆孔的深度、終孔直徑以及鉆孔形式，對于含水的基巖層或巖溶地區(qū)，鉆孔應穿透含水層或巖溶發(fā)育帶。同時在保證鉆探工作準確性的前提下，盡量做到一孔多用。

2.3 鉆探設備的選擇

鉆機設備的好壞以及選型的合適與否直接影響著鉆機的鉆機效率，因此一定要根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)巖石的鉆機難易程度進行鉆機參數(shù)的選型。鉆探設備主要包括鉆機、泥漿泵的型號，鉆塔類型等，鉆探設備的選擇要嚴格根據(jù)鉆孔的設計深度、傾角、結構，巖層變化形式以及鉆機的鉆進方法等進行，比如應盡量選擇電動機動力機、正反向一體化鉆頭等。在鉆探施工過程中要嚴格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》中規(guī)定的鉆探常用設備配套標準，注意鉆機設備的保養(yǎng)和更換，對于磨損嚴重的鉆頭、泥漿泵要及時更換，保證鉆機按最大效率工作。

同時還要注意選擇空氣、泡沫或清水等合理的沖洗介質(zhì)。當鉆進穩(wěn)定的地層時，可以選用清水作為沖洗液，當鉆到含水豐富、松軟的砂層或礫石地層時，可以選擇高密度沖洗液，當?shù)貙勇┦乐貢r可以考慮使用堵漏材料。

3 結論

復雜地層的鉆探工作作業(yè)條件惡劣，施工過程中受流砂、砂礫的地層、斷層裂隙發(fā)育的地層、巖溶地層、高壓油、氣、水地層以及高地應力、高溫地層等因素影響大，因此相關技術人員要認真做好復雜地層鉆孔的設計與布置，按照鉆進設備及具體地質(zhì)情況，改變施工工藝，切實提高鉆進工作效率。

參考文獻

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