鉆井施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

武鑫彪

中石化華北石油工程有限公司五普鉆井分公司，中國·河南 新鄉(xiāng) 450000

中國的陸地石油資源總量不多，隨著經(jīng)濟發(fā)展及社會進步，行業(yè)進步對于石油產(chǎn)品提出了越來越大的需求，在此背景下，石油生產(chǎn)部門必須提高開采效率。由于中國石油資源總量少，且經(jīng)過多年開采，那些開采比較容易的石油資源越來越少，大多數(shù)石油資源都存在于復(fù)雜地層中，因此對開采技術(shù)提出了更高的要求。

鉆井技術(shù)；復(fù)雜地層；應(yīng)用

1 引言

如今，隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，對石油的需求量不斷增加，世界各地在勘探開發(fā)石油方面紛紛加快了步伐，那些鉆井施工比較簡單的地層的石油資源量越來越少，于是石油開采的目光逐漸向那些復(fù)雜地層轉(zhuǎn)移。但是由于鉆井施工面臨的地層情況日趨復(fù)雜，對鉆井施工技術(shù)的要求也越來越高，因此必須要加強對復(fù)雜地層中鉆井施工技術(shù)的研究。

2 復(fù)雜地層與鉆井施工技術(shù)概述

2.1 復(fù)雜地層概念

在鉆井施工時，遇到的復(fù)雜地層主要有以下兩種情況：一種是巖層因為被地質(zhì)力影響，形成了比較破碎的復(fù)雜地層，再加上巖石風(fēng)化程度嚴(yán)重，不同巖層軟硬程度差異很大。另一種情況是巖層在地質(zhì)運動的過程中，因為被擠壓、剪切等等，也出現(xiàn)了十分嚴(yán)重的破碎情況。總之，復(fù)雜地層會給鉆井施工帶來很多困難。在實際鉆井施工過程中，破碎的巖石不能為施工提供有效的支撐力，因此常常發(fā)生巖石松動現(xiàn)象，這就導(dǎo)致對巖石的取芯工作難度比較大。[1]復(fù)雜地層不是常規(guī)化的泥巖、砂巖等地層結(jié)構(gòu)，在鉆井過程中面臨比較突出的井壁失穩(wěn)問題。眾所周知，在鉆井施工時，井壁不穩(wěn)定會引發(fā)各種各樣的安全事故，不僅影響鉆井施工周期，為后期施工埋下各種隱患，還會導(dǎo)致施工成本增加，并危及到鉆井人員的人身財產(chǎn)安全問題。因此，在復(fù)雜地層進行鉆井施工時，必須要保持井壁的穩(wěn)定。如今，隨著建筑項目、礦井、油田等工程項目的進一步擴建，鉆井施工面臨的地層環(huán)境越來越復(fù)雜，因此施工人員應(yīng)當(dāng)不斷加強復(fù)雜地層的鉆探技術(shù)研究，從具體地層地貌條件出發(fā)，對以往易出現(xiàn)的問題進行改進，不斷提升鉆井施工水平。

2.2 石油鉆井施工技術(shù)簡介

鉆井是石油開采的一個重要環(huán)節(jié)，鉆井技術(shù)水平如何，對采油效率和質(zhì)量如何影響重大。鉆井施工的人力物力成本投入都比較大，所以這一個環(huán)節(jié)很大程度上影響著開采企業(yè)的經(jīng)濟效益，所以鉆井工藝水平備受重視。當(dāng)前，鉆井工藝各種各樣，常見的鉆井工藝有振動鉆井工藝、金剛石鉆探工藝以及空氣鉆井工藝幾種，其中，空氣鉆井工藝應(yīng)用最為廣泛?？諝忏@井原理是利用壓縮空氣作為動力源將巖屑帶回地面，相比傳統(tǒng)液壓鉆井來說，空氣鉆井工藝的優(yōu)勢是非常明顯的?？諝忏@井工藝在井底負壓差較大的環(huán)境下非常適用，應(yīng)用之能夠更加及時的將巖屑帶回地面，而且空氣鉆井對于鉆具的阻力比較小，不但提升了鉆井效率，并且在地質(zhì)堅硬的巖層中，也能很好的開展鉆探工作。[2]振動鉆井工藝的技術(shù)原理就是通過有效的振動，使堅硬的巖石被振碎，從而使鉆井更加輕松。金剛石鉆探工藝主要是以金剛石作為鉆具，金剛石本身就十分堅硬，用它作為鉆井工具，不易使工具在堅硬的巖層下發(fā)生磨損損壞，從而使鉆井效率大大提高。

3 復(fù)雜地層鉆井施工工作開展困難的原因

探討復(fù)雜地層鉆井施工工作開展困難的原因，主要要分析不同的地層情況給鉆井施工可能帶來的阻礙。復(fù)雜地層導(dǎo)致的鉆探困難主要有以下一些情況：巖性本身構(gòu)造引起的復(fù)雜地層，巖層被沖洗液沖刷，被鉆具撞擊，在這樣的外力作用之下，很容易發(fā)生巖石破碎以及掉塊等問題，使得孔壁非常不穩(wěn)定，因此在鉆具鉆進過程中，很容易發(fā)生掉鉆、卡鉆等事故。由地質(zhì)運動而引起的復(fù)雜地層。地質(zhì)運動會給巖層帶來很大的外力作用，發(fā)生擠壓以及劇烈震動，等等，巖層在各種外力的相互作用之下會形成斷層，因此當(dāng)鉆具進入這種破碎松散巖層時，常常發(fā)生孔壁坍塌的現(xiàn)象，造成十分嚴(yán)重的后果。因地層中的礦物巖石引起的復(fù)雜地層。有一些地層結(jié)構(gòu)在進行鉆進工作之后會使本來的礦物巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而形成較為復(fù)雜的地層，在此基礎(chǔ)上，如果再進行持續(xù)鉆探，很容易使巖層穩(wěn)定性越來越低，導(dǎo)致巖層破碎，引發(fā)一系列的安全事故。[3]因溶蝕引起的復(fù)雜地層。很多巖層下都有地下水，地下徑流長期熔蝕勢必容易使巖石結(jié)構(gòu)遭到破壞，流水的沖擊或沉壓，會影響巖層的牢固程度，例如在堅硬的花崗巖石被水流溶蝕以后，會使得地層結(jié)構(gòu)原本存在的溶于水的礦物質(zhì)被流水帶走，留下的地層結(jié)構(gòu)容易在鉆探作用下發(fā)生破碎。風(fēng)化作用形成的復(fù)雜地層。在長期的風(fēng)化作用下，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的顆粒之間的連接力會被逐漸削弱，導(dǎo)致巖石漸漸出現(xiàn)松散、斷裂等情況，對這樣的巖層進行鉆探，很容易發(fā)生巖石掉塊、坍塌等安全事故，不僅僅影響施工的順利進行，還容易帶來安全風(fēng)險。

4 鉆井施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的具體應(yīng)用

4.1 選擇合適的鉆探設(shè)備

鉆井施工技術(shù)很大程度上會受到鉆機設(shè)備的影響，市面上的鉆機設(shè)備各種各樣，其質(zhì)量良莠不齊，適用情況也千差萬別，這就需要在鉆探設(shè)備的選擇上多用心。鉆機設(shè)備的型號大小，鉆機本身的質(zhì)量等都會對鉆井施工過程中鉆機的鉆進效率產(chǎn)生非常大的影響。鉆井人員在進行實際的鉆井作業(yè)時，必須要多方面綜合考慮，選擇最為適合的鉆探設(shè)備。購置鉆探設(shè)備需要考慮的因素包括作業(yè)區(qū)域的水文情況、地質(zhì)巖石硬度等可能影響鉆進難易程度的因素，還包括不同參數(shù)型號、材質(zhì)的鉆機對于不同地層情況的適應(yīng)程度等?？傊?，選擇合適的鉆井設(shè)備就是為了提高鉆井的效率，并保障鉆井質(zhì)量能夠達到施工要求。鉆井工作人員在鉆探設(shè)備選擇上不是理所當(dāng)然的，而是要充分考慮到鉆孔設(shè)計的傾角、深度，以及鉆機的鉆進方法、巖層的性質(zhì)等情況來具體確定鉆探設(shè)備的選擇。鉆探設(shè)備的選擇必須符合相關(guān)的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鉆機設(shè)備發(fā)生磨損老化時，該維修的要及時保養(yǎng)維修，該更換的也應(yīng)該及時進行更換，保證鉆探設(shè)備在工作過程當(dāng)中不會出現(xiàn)質(zhì)量問題。

4.2 應(yīng)用科學(xué)的鉆探方法

鉆機在復(fù)雜的地層中的工作方式不是一成不變的，畢竟復(fù)雜地層的實際情況也有著非常大的差別，鉆井工作人員必須要根據(jù)鉆井的實際情況來調(diào)整鉆機工作的速度。鉆機在進行鉆探作業(yè)時，施工人員需要對作業(yè)區(qū)域巖石的耐磨性、可鉆性，以及完整程度等因素進行綜合考量，在此基礎(chǔ)之上選擇一種最為科學(xué)合理的鉆探方式。鉆機在鉆進時，沖洗液的需求量、翻漿速度以及用水位置等都不是一成不變的，這些因素的變化會對鉆機鉆進的壓力以及速度等提出不同的要求，需要施工作業(yè)人員及時進行相關(guān)的調(diào)整。除此以外，在鉆機工作時，工作人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)起拔鉆進的方式，以避免裂隙中巖塊斷裂的情況發(fā)生，保證鉆探施工的順利進行。

4.3 合理科學(xué)布置鉆孔結(jié)構(gòu)

施工人員在施工之前，需要對復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)進行周密細致的實地考察，對可能出現(xiàn)的鉆探情況進行分析。鉆井人員對復(fù)雜的地層進行分析之后往往不難發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜地層當(dāng)中，很容易熔蝕、風(fēng)化、地質(zhì)運動等外力作用導(dǎo)致巖石的硬度和強度發(fā)生非常大的變化。[4]在實際的鉆探作業(yè)期間，鉆孔結(jié)構(gòu)的布置是相當(dāng)重要的，鉆孔結(jié)構(gòu)布置是否科學(xué)合理，會直接影響到鉆機的施工效率以及工程作業(yè)的整體成本等。因此，在鉆機正式開始下井工作之前，鉆井施工人員必須要對作業(yè)區(qū)域的各種地質(zhì)條件以及物探資料等進行詳細的整理及把控，在此基礎(chǔ)上做好詳實的施工計劃。鉆孔結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)當(dāng)遵循點線、先疏后密以及深淺結(jié)合等原則，需要根據(jù)作業(yè)區(qū)域的具體情況進行具體分析。鉆孔的具體形式、鉆孔的直徑大小、鉆孔的實際深度等都是施工人員必須要考慮的內(nèi)容。在面臨一些特殊情況時，要靈活應(yīng)對，例如在含水的巖溶地區(qū)或基巖層進行鉆探時，必須使鉆孔完全穿透含水層，才可能使鉆探工作順利進行。另外，為了獲得更大的經(jīng)濟效益，節(jié)省施工時間，提高鉆探效率，施工人員可以在條件具備的情況下實現(xiàn)一孔多用。

5 結(jié)語

綜上所述，中國石油資源用量不多，并且有很多石油資源處于比較復(fù)雜的地層中，開采的難度非常大。開采企業(yè)只能不斷改進提高鉆井施工技術(shù)，才可能提高復(fù)雜地層的石油開采效率。目前中國石油產(chǎn)品的需求量越來越大，而供應(yīng)量卻日趨緊張，無疑給石油開采生產(chǎn)企業(yè)提出了越來越高的要求，企業(yè)需要改進技術(shù)上的不足，增強鉆井技術(shù)在復(fù)雜地層施工的適應(yīng)能力，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益與社會效益。