鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

趙紅軍

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊，廣東河源517001）

鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

趙紅軍*

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊，廣東河源517001）

主要討論了鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用情況，以求為未來鉆探施工質(zhì)量控制提供理論支撐。先簡單討論了影響復(fù)雜地層鉆探質(zhì)量的相關(guān)要素，包括地層條件因素、鉆探工藝因素等；再對鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的實際應(yīng)用情況進(jìn)行討論。從實際應(yīng)用效果來看，鉆探施工技術(shù)能有效滿足復(fù)雜地層處理控制的要求，具有良好的應(yīng)用價值。對相關(guān)工作人員而言，在開展鉆探施工技術(shù)應(yīng)用分析中，要重視對鉆探施工技術(shù)實際操作方法的討論，為獲得更好的施工效果奠定基礎(chǔ)。

鉆探施工技術(shù)；復(fù)雜地層；應(yīng)用

在當(dāng)前項目施工生產(chǎn)中，生產(chǎn)項目可能面臨多重情況的復(fù)雜地層，對整個生產(chǎn)過程產(chǎn)生影響，做好復(fù)雜地層處理技術(shù)的質(zhì)量控制工作，在提高生產(chǎn)效果中發(fā)揮著重要意義。鉆探施工技術(shù)是常見于復(fù)雜地層中的技術(shù)類型，在復(fù)雜地層施工處理中發(fā)揮著重要意義，但從其應(yīng)用情況來看，依然存在多方面的質(zhì)量問題，對其應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。對鉆探施工在復(fù)雜地層中的具體應(yīng)用進(jìn)行討論。

1　影響復(fù)雜地層鉆探施工效果的相關(guān)因素

正確認(rèn)識到影響復(fù)雜地層鉆探施工效果的相關(guān)要素，在提高鉆探施工質(zhì)量中具有重要意義。因此，需要進(jìn)一步加強對影響鉆探施工效果的相關(guān)因素討論，為獲得更好的鉆探施工效果奠定基礎(chǔ)。

1.1地層條件

目前，常見的復(fù)雜地層主要包括各種粘土、泥巖、頁巖、鹽類地層等（如圖1所示），這些地層在強度、脆性、層理等方面具有復(fù)雜性，容易影響整體鉆探施工質(zhì)量。例如，若在施工過程中發(fā)現(xiàn)巖石的層理方向與垂直方向的層理硬度較大時，很容易在鉆孔過程中出現(xiàn)較大的彎曲現(xiàn)象，并且在碰到斷層破碎帶、溶洞時，出現(xiàn)掉鉆、卡鉆等不良工況的概率更大，最終對工程施工效率產(chǎn)生影響。

圖1　鉆孔工藝地質(zhì)因素統(tǒng)計圖

1.2鉆探施工工藝

鉆孔施工工藝對地層鉆探施工效果產(chǎn)生重要影響，是影響施工質(zhì)量的重要因素。例如，若在鉆進(jìn)過程中不能有效地控制鉆進(jìn)壓力，則在鉆進(jìn)過程中就有可能出現(xiàn)鉆桿彎曲等現(xiàn)象，導(dǎo)致整個鉆孔出現(xiàn)彎曲；若鉆機在施工過程中的鉆速過快，則更容易導(dǎo)致鉆桿在回轉(zhuǎn)過程中的離心力增大，并產(chǎn)生橫向振動，最終導(dǎo)致鉆孔孔徑、孔間距增大；在施工過程中遇到軟巖（包括泥巖、頁巖等）時，若不能有效控制沖洗液的數(shù)量，會導(dǎo)致鉆孔孔壁被破壞，最終出現(xiàn)卡鉆等現(xiàn)象［1］。

2　鉆探施工技術(shù)應(yīng)用分析

2.1選擇鉆進(jìn)方法

鉆進(jìn)方法是影響鉆探施工的重要因素，《巖心鉆探規(guī)程》中，根據(jù)不同地層強度，將其劃分為軟（1～3級）、中硬（4～6級）、硬（7～9級）、堅硬（10～12級）4種類型；按照完整性將其劃分為：破碎、較完整、完整3種類型。一般在施工中，主要根據(jù)其巖石的研磨性、可鉆性等進(jìn)行施工，其施工方法為：（1）巖石等級為1～6級與部分7級巖石，可以選擇金剛石、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)；（2）4～12級巖石選擇金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；（3）7～12級巖石可選擇鋼粒鉆進(jìn)；（4）6～12級巖石可選擇金剛石沖擊回鉆鉆進(jìn)；（5）6～8級巖石可選擇硬質(zhì)合金沖擊鉆進(jìn)。在整個鉆進(jìn)過程中，嚴(yán)格按照《巖心鉆探規(guī)程》的相關(guān)內(nèi)容展開質(zhì)量控制工作，以保證在復(fù)雜地層鉆區(qū)能獲得良好的施工質(zhì)量。

2.2選擇鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)也是影響鉆孔施工質(zhì)量的重要因素，對鉆探施工效率、施工成本等產(chǎn)生重要影響。因此在選擇鉆孔結(jié)構(gòu)時，需要充分考慮終孔直徑、鉆孔深度等因素對鉆孔施工質(zhì)量的影響，通過合理選擇開孔直徑與換徑深度，為獲得更好的施工效果奠定基礎(chǔ)。根據(jù)施工經(jīng)驗，在施工過程中主要采用?130mm、?110mm、?91mm等多徑成孔，并將?75mm作為技術(shù)口徑備用，采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)孔。

2.3重視對施工方法的改進(jìn)

朱益明［2］等在許家咀礦區(qū)施工中，在原有鉆孔技術(shù)的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)技術(shù)做進(jìn)一步優(yōu)化處理，收到良好效果，其主要優(yōu)化措施包括：

（1）鉆孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn)。在該工程項目中，重視對鉆孔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化，將傳統(tǒng)的“四級口徑，三級套管”鉆孔進(jìn)行優(yōu)化，成為“五級口徑，四級套管”的鉆孔結(jié)構(gòu)。其處理方法為：（1）通過?150mm口徑鉆孔，在鉆穿第四系土層后，設(shè)置?146mm套管，其管深為（18±2）mm；（2）以?130mm的鉆孔穿過淺部溶洞，并設(shè)置?127mm套管，以充分隔離溶洞與風(fēng)化層，套管深度為（150±50）m；（3）依靠繩索取芯鉆具的優(yōu)點，選擇JS113繩索取芯鉆具，在鉆至地下水位后（在該項目中，地下水位深度約為330m），設(shè)置?108mm套管護(hù)壁，保證孔內(nèi)清洗液能連續(xù)上返到孔口；（4）選擇S95繩索取芯鉆具，在化學(xué)泥漿護(hù)壁幫助下逐步打穿強水敏地層，并設(shè)置?89mm套管護(hù)壁，并以S75繩索取芯工藝聯(lián)合化學(xué)泥漿護(hù)壁的方法鉆至終孔。

（2）改進(jìn)沖洗液。在該工程項目中，原沖洗液組成主要為PHP+清水+皂化油的無固相泥漿，這種泥漿不能滿足抑制地層水敏性的需要，導(dǎo)致在鉆孔過程中出現(xiàn)卡鉆、埋鉆的情況時有發(fā)生，最終影響工程質(zhì)量。為有效解決該問題，該項目技術(shù)人員對抑制水敏性的泥漿進(jìn)行研究，最終確定：要在低固相泥漿液中加入腐植酸鉀、PHP，并根據(jù)需要添加廣譜護(hù)壁劑等，使其成為化學(xué)泥漿。在現(xiàn)場配置中，保證泥漿比重為1.05～ 1.10g/cm3，粘度為30～35s，pH值為8，按照該比例進(jìn)行配置處理。從后期該改進(jìn)方法的應(yīng)用情況來看，該改進(jìn)措施具有良好的應(yīng)用價值。

而針對堵漏技術(shù)處理中，根據(jù)地層漏失程度對其進(jìn)行優(yōu)化，通過向泥漿中添加磺化瀝青等惰性材料，避免沖洗液過度損失；采用高標(biāo)號水泥封孔，并向水泥漿中加入水玻璃以加快水泥凝固。在經(jīng)過上述處理后，分別選取4個鉆孔，對其下管處理的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，保證沖洗液能循環(huán)運作，其基本資料如表1所示。

表1　鉆孔下管資料統(tǒng)計表

從該工程的實際情況來看，提示相關(guān)工作人員，在開展鉆探施工技術(shù)質(zhì)量控制中，要重視對施工質(zhì)量問題的發(fā)掘，在充分認(rèn)識影響工程質(zhì)量的相關(guān)要素后，再對施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，爭取能有效地解決鉆探施工中的質(zhì)量風(fēng)險。

2.4組合鉆探工藝

冉恒謙等［3］通過研究發(fā)現(xiàn)，組合鉆探工藝在復(fù)雜地層中的應(yīng)用情況良好，能有效地滿足其質(zhì)量控制的需要，為未來鉆探施工技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新奠定堅實基礎(chǔ)。

2.4.1組合鉆探工藝的基本原理與特點

組合鉆探工藝的實質(zhì)，就是通過聯(lián)合應(yīng)用空氣反循環(huán)連續(xù)取樣、水利反循環(huán)連續(xù)取樣等技術(shù)的綜合型地質(zhì)鉆探技術(shù)。在技術(shù)應(yīng)用過程中，空氣反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)充分利用了雙壁鉆桿，再以循環(huán)媒介為基礎(chǔ)的前提下，以沖擊回鉆的方式進(jìn)行施工。在循環(huán)過程中，循環(huán)介質(zhì)以雙壁鉆桿內(nèi)外管環(huán)隙中心為媒介而到達(dá)表面，并以收集到的地質(zhì)樣品為核心，為復(fù)雜地層分析提供有效樣本。從應(yīng)用情況來看，該技術(shù)方法具有成本低、適用范圍廣等優(yōu)點，尤其是在干旱地區(qū)的應(yīng)用效果更加明顯。

2.4.2使用范圍

組合鉆探工藝通過空氣反循環(huán)聯(lián)合取樣，主要被應(yīng)用在干旱缺水或取芯困難的地層找礦中，其鉆進(jìn)深度為（250±50）m，能滿足多種形式下的鉆孔施工需要。

2.4.3應(yīng)用情況分析

該技術(shù)在我國已經(jīng)得到廣泛推廣，并在貴州、黑龍江、新疆等地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。例如，黑龍江齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查總院在應(yīng)用該方法后，在6個月的時間內(nèi)連續(xù)鉆探深度超過22000m，與原有技術(shù)相比，該技術(shù)的生產(chǎn)效率更高，且生產(chǎn)成本下降約60%，收到良好的應(yīng)用效果。

3　結(jié)束語

主要討論了鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用情況，并結(jié)合相關(guān)資料，對其具有的優(yōu)化方法進(jìn)行分析?？傮w而言，在復(fù)雜地層地區(qū)應(yīng)用鉆探施工技術(shù)時，需要重視對鉆探規(guī)程參數(shù)的設(shè)置與控制，并在當(dāng)?shù)氐貙訔l件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化施工處理方案，為獲得更好的施工結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

［1］焦德全.復(fù)雜地層中的鉆探技術(shù)研究［J］.科技傳播（應(yīng)用技術(shù)），2012（3）：112-115.

［2］朱益明，張軍，胡飛，等.許家咀礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工技術(shù)方法改進(jìn)［J］.資源環(huán)境與工程，2014，28（3）：293-296.

［3］冉恒謙，張金昌，謝文衛(wèi)，等.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究［J］.地質(zhì)學(xué)報，2011，85（11）：1806-1822.

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1004-5716（2016）07-0041-03

2015-07-02

2015-07-08

趙紅軍（1973-），男（漢族），吉林德惠人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘查探礦工程技術(shù)工作。