固體礦產(chǎn)鉆井施工關(guān)鍵技術(shù)探究

楊文軒

（河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北 滄州 061000）

地質(zhì)鉆井技術(shù)是目前為止開采井下能源的主要手段，但是由于鉆井施工中都以花崗巖片麻巖等一些礦石為主，這些礦石的硬度都比較大施工都比較的困難，并且施工的環(huán)境溫度都比較高，鉆井的深度通常會(huì)超過兩千米。施工的過程中就對技術(shù)的要求非常高，在任何環(huán)節(jié)都不能出現(xiàn)問題，如果出現(xiàn)了問題，就會(huì)造成非常重大的損失，并且造成施工無法正常進(jìn)行，所以說，針對這種固體礦產(chǎn)鉆井施工的關(guān)鍵技術(shù)研究有著非常重要的研究意義。在本文中，我們將針對幾個(gè)方面來進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)的研究與分析。

1 鉆井穩(wěn)定控制技術(shù)

1.1 地層失去穩(wěn)定性的因素

固體礦產(chǎn)深鉆施工過程中，其井壁的穩(wěn)定性受著許許多多因素的影響。在這些人在這些因素的影響下，可能對于施工造成許多的困難，所以說我們要將地層的穩(wěn)定性控制在一定范圍內(nèi)。我們就要控制好這些影響地層穩(wěn)定性的因素。鉆井時(shí)地層的穩(wěn)定性主要還是受到溫度的影響，還有就是壓力和礦石的受力情況影響，所以說我們要從傳熱學(xué)，力學(xué)等來研究地層的穩(wěn)定性，因?yàn)榇嬖谥邷馗邏旱沫h(huán)境下，我們還要關(guān)注溫度與壓力的變化，我們還考慮到溫度和水的滲透作用下，地質(zhì)礦物的力學(xué)特性可能會(huì)對地層的穩(wěn)定性造成一定的影響。所以我們要觀察鉆探區(qū)域的地層情況，還有相關(guān)的位移場的變化，總結(jié)出其中的規(guī)律來，在施工中運(yùn)用好的控制技術(shù)來控制這些格律，在一定的范圍內(nèi)，使施工的過程中更加的安全，也更加的穩(wěn)定。我們要找到非常合適的鉆井技術(shù)來提高地層的穩(wěn)定性。

1.2 有關(guān)鉆井穩(wěn)定技術(shù)的相關(guān)介紹

鉆井穩(wěn)定控制技術(shù)在固體礦產(chǎn)開采過程中，滲流場和應(yīng)力場會(huì)發(fā)生一定程度的變化，導(dǎo)致開采區(qū)域滲透壓變化應(yīng)力實(shí)際值發(fā)生變化，影響井壁的穩(wěn)定性，例如，在鉆井和裸眼階段，由于井筒周圍地層的拉伸和壓縮強(qiáng)度在高溫環(huán)境下遇到地下水，強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)特性會(huì)降低小，鉆井過程中會(huì)發(fā)生一定程度的熱破裂導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)，甚至鉆孔區(qū)域整體失穩(wěn)，造成嚴(yán)重的鉆后破壞情況；在鉆進(jìn)過程中，由于鉆孔區(qū)域地層整體隨時(shí)間推移由于各種力場的影響，在這個(gè)過程中會(huì)發(fā)生一定的流變變形，從而減小鉆孔直徑套管不斷減少，然后套管承受的擠壓力不斷增加，導(dǎo)致直接損壞出現(xiàn)不良或縮頸問題的可能性增加等。為了防止出現(xiàn)上述問題，在具體施工過程中，需要將鉆孔地層與埋深壓差結(jié)合起來在不同的前提下；在適宜溫度情況下，蠕變應(yīng)力閾值為4000埋深在5km之間，荷載應(yīng)力為100MPa～125MPa；鉆孔圍巖流變破壞條件應(yīng)滿足5km～6km的應(yīng)力有針對性地從三個(gè)方面進(jìn)行控制：埋深和溫度在500度至600度之間控制和預(yù)防，以確保鉆孔區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性。

1.3 有關(guān)鉆井技術(shù)應(yīng)用時(shí)要注意的相關(guān)影響因素

在鉆井技術(shù)時(shí)我們要注意相關(guān)的影響因素，以便鉆井技術(shù)發(fā)揮到它最優(yōu)的價(jià)值。在技術(shù)施工的同時(shí)，我們要多注意掩體方面的變化，例如我的演技可能會(huì)中途破裂，我們要對其進(jìn)行緊急處理，防止防止技術(shù)對于其他礦體的破壞，或者說降低整個(gè)礦體的穩(wěn)定性，對機(jī)器造成損害，或者造成施工中斷降低施工效率，這都是其中存在的問題。并且在溫度方面我們要控制好相關(guān)的因素，防止溫度過高對于鉆井技術(shù)的影響過大。使鉆井技術(shù)不能很好的得以發(fā)揮。還有就是壓力方面，因?yàn)閺纳系较碌膲毫χ饾u增大，所以說我們要注意底層穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力，不能過大造成系統(tǒng)的技術(shù)的損壞，所以，對于整個(gè)鉆進(jìn)技術(shù)造成了影響，所以說我們要在許多方面都要注意，不能盲目使用。

2 破巖技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

2.1 破巖鉆井技術(shù)的介紹

在現(xiàn)階段的破巖破巖鉆井技術(shù)方面，包括沖擊破礦技術(shù)，切削技術(shù)，使用兩者結(jié)合的破巖技術(shù)為第三種破巖破巖鉆井技術(shù)。前者通常適用于比較脆的，堅(jiān)硬的礦石之中，就比如在開破巖鉆井山，或者開挖礦井巷道的時(shí)候都會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，但是在高溫地層進(jìn)行施工的過程中，因?yàn)榈V石的物理性質(zhì)會(huì)受溫度的影響發(fā)生改變，所以說能量的沖擊傳輸不能有效地傳遞，特別就是在熱破裂的裂縫環(huán)境中，這樣會(huì)使鉆井的速度嚴(yán)重下降，并且還有可能出現(xiàn)停工的現(xiàn)象出現(xiàn)，這都會(huì)影響施工的各方面速率。還有就是在應(yīng)用切削的技術(shù)時(shí)，如果保持鉆壓不變，則周圍井壁的溫度與切的速度之間，還有就是轉(zhuǎn)速與速度之間，都會(huì)有著明顯的正相關(guān)。在溫度和轉(zhuǎn)速都相同的時(shí)候，和速度之間則表示轉(zhuǎn)速越大速度越快?？梢姡@種技術(shù)在溫度高或者熱破壞比較嚴(yán)重的延時(shí)環(huán)境中應(yīng)用的效果就會(huì)比較理想。因?yàn)樗鼘τ跍囟群蛪憾加姓壑嚓P(guān)性。

在三種破巖破巖鉆井技術(shù)的對比之中。通常溫度比較低的時(shí)候，就應(yīng)用第一種技術(shù)，如果溫度比較高，而且就是環(huán)境比較復(fù)雜，就用第二種技術(shù)，如果溫度在第一種和第二種之間的時(shí)候，我們就用第三種技術(shù)，就比如說在西藏地區(qū)礦產(chǎn)資源開采中，整體的工作環(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)，我們考慮到它的溫度在90度左右，所以說我們要進(jìn)行沖擊波破巖技術(shù)為主的進(jìn)行施工質(zhì)量，可以更好的保證施工的效率。

2.2 應(yīng)用破巖鉆井技術(shù)時(shí)需注意的相關(guān)事項(xiàng)

同時(shí)，在采用破巖破巖鉆井技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意對鉆頭的保護(hù)。以硬質(zhì)礦層為施工對象，金剛石片鉆頭通常很貴。合理使用泥漿冷卻設(shè)備，降低井下溫度。合理應(yīng)用預(yù)防噴射器等，以防止過熱蒸汽落在鉆頭上損壞；合理應(yīng)用氣舉反循環(huán)鉆井等先進(jìn)鉆井技術(shù)。結(jié)合的鉆井液技術(shù)和圍巖穩(wěn)定技術(shù)等可以達(dá)到本實(shí)用新型可結(jié)合施工實(shí)踐靈活選擇。

在破巖鉆井技術(shù)的應(yīng)用方面，需要注意許許多多的因素，就比如在選擇破巖破巖鉆井技術(shù)的時(shí)候，我們要依據(jù)外界的環(huán)境，礦石的種類來選擇相關(guān)的破巖方法，如果方法使用的當(dāng)時(shí)則會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果出現(xiàn)，所以，我們要認(rèn)真勘測地形，選擇正確的方式來進(jìn)行破礦作業(yè)，選擇正確的破巖鉆井技術(shù)不僅可以提高工程的工作效率，還可以更加安全地完成項(xiàng)目。所以說在破巖鉆井技術(shù)應(yīng)用方面，我們要根據(jù)相關(guān)的環(huán)境因素和相關(guān)的技術(shù)因素來選擇好的開采技術(shù)，應(yīng)用在各種施工的工程之中。所以說，我們要了解科研技術(shù)之中的每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，從而找到突破口更好的研究開采技術(shù)，并且更好的應(yīng)用在每一的破巖工作中，這樣我們才能有一個(gè)好的研究成果。

3 關(guān)于鉆井液技術(shù)的相關(guān)研究

3.1 關(guān)于鉆井液技術(shù)介紹

因?yàn)樵撱@井液具有富集巖屑、穩(wěn)定巖壁、平衡地層壓力的優(yōu)點(diǎn)具有延長鉆頭使用壽命，實(shí)現(xiàn)液力傳動(dòng)的功能施工過程中應(yīng)靈活采用高溫高壓鉆孔，本階段采用鉆孔鉆井液主要包括磺甲基單寧、磺甲基單寧提取物、磺化苯乙烯馬來酸酸酐共聚物等高溫降粘劑；磺甲基褐煤、磺甲基酚醛樹脂水解聚丙烯腈等高溫降濾失劑；磺化鉆井液和聚磺酸鹽鉆井液等耐高溫鉆井液體系 ，在具體配置過程中，鉆井液應(yīng)密度計(jì)算準(zhǔn)確，因此可以有效地處理熱應(yīng)力和地應(yīng)力平衡，并注意高溫過濾的合理控制，以確保井筒的穩(wěn)定性穩(wěn)定性在使用鉆井液時(shí)，應(yīng)自覺防止其損壞井壁滲漏。此外，在使用過程中應(yīng)注意鉆井液的安全性可以進(jìn)行有效的維護(hù)，確保其功能的充分發(fā)揮。例如，渝北地區(qū)在固體礦產(chǎn)中進(jìn)行礦山鉆探工程施工過程中，需要考慮其地基結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工中發(fā)現(xiàn)大量的造泥、崩塌石目前，井漏或卡鉆的可能性很大。結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行磺化處理鉆井液使用合理，效果顯著。

3.2 高溫處理劑

3.2.1 抗高溫降黏擠

在鉆井中，需要有相應(yīng)的鉆井液來支持鉆井工作。首先就是抗高溫的將降黏劑，因?yàn)樵邴}水和飽和鹽水的鉆井中，它會(huì)造成一定的粘性，有粘性以后會(huì)造成鉆井的運(yùn)行不暢，會(huì)出現(xiàn)一定的故障，造成相應(yīng)的損失，所以我們要用化學(xué)試劑來調(diào)整鉆井中的專業(yè)形態(tài)，主要的抗黏劑就是硫化丹寧。生于在各種水基鉆井液中，當(dāng)作降黏劑來進(jìn)行使用。它的抗溫效果最高可達(dá)到200℃。它的PH值在11左右。還有一種就是硫化栲膠，它的抗溫可以達(dá)到180°，它的性能與上一種基本相似，可作為12種的替代品。還有一種就是一種聚合物。叫做硫化苯乙烯馬來酸酐共聚物，這種物質(zhì)的抗溫可以達(dá)到230°，它在許多領(lǐng)域都運(yùn)用的比較廣泛，但是他有一個(gè)缺點(diǎn)，就是成本較高，但是許多企業(yè)由于需要的抗溫效果比較嚴(yán)格，所以都選擇使用此類設(shè)計(jì)來進(jìn)行使用。

3.2.2 抗高溫的降濾失劑

這種東西可以抵抗高溫，可以保證鉆井的使用壽命延長，在神光中減少不應(yīng)當(dāng)?shù)哪p和高溫對串行帶來的影響。其中，硫化合酶就是一種抗高溫的降粘劑，它它同時(shí)也是抗高溫的降濾失器，它可以抵抗高溫220℃。是非常好用的一種抗高溫降濾的試劑。還有一種就是硫化酚醛樹脂，它可以在更高的溫度下不會(huì)出現(xiàn)降化，并且它的抗鹽析能力特別的強(qiáng)，可以有效的防止鉆井中被鹽析，并且保證了鉆井的工作環(huán)境良好。在我們國家通常使用的還有硫化木脂素磺甲基酚醛樹脂等一系列其他的聚合物，因?yàn)檫@些更適用于我們國家的研制環(huán)境和溫度環(huán)境，并且他們的造假比較廉價(jià)且實(shí)用，可有效地用于我國的生產(chǎn)企業(yè)。

3.3 鉆井液實(shí)驗(yàn)與穩(wěn)定性影響

鉆井液實(shí)驗(yàn)主要是做了一種試劑和抗鹽降失水劑的配合使用一下的情況分析。結(jié)果表明了，鹽水鉆井液具有非常好的高溫的穩(wěn)定性，它可以達(dá)到高溫的要做你的要求，并且可以有效地對鉆井實(shí)施實(shí)行保護(hù)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要就還是驗(yàn)證了設(shè)計(jì)對于高溫鉆井的效果。

鉆井液在對礦山鉆探地層的穩(wěn)定性有一定的影響作用。在鉆井液到到達(dá)層底的這個(gè)過程會(huì)被加熱，但它的溫度要低于達(dá)到目的層的溫度，在實(shí)際的這種低層的條件下，鉆頂?shù)倪^程中井壁會(huì)給鉆井液起到一個(gè)冷卻的作用，但是由于精辟中物質(zhì)各式各樣會(huì)有許多性質(zhì)不一樣的東西出現(xiàn)，所以可能造成輕微的影響。從而使鉆井液的功能下降。面對這些影響，我們也提出了應(yīng)對措施，就比如在鉆將也的平臺(tái)同時(shí)，要計(jì)算好鉆井液的密度，并且計(jì)算好受熱的范圍，將鉆井液的流失量控制好控制在一定的范圍內(nèi)，減小液體向圍巖的滲透，并且保證整個(gè)井的完整性與穩(wěn)定性，這樣就可以更好地利用鉆井液來方便施工，給施工帶來相應(yīng)的便利。

4 結(jié)語

根據(jù)礦產(chǎn)資源開采區(qū)域的地質(zhì)特征，經(jīng)深入研究后我們可以發(fā)現(xiàn)，要根據(jù)實(shí)際情況選用適合固體礦產(chǎn)開采施工的關(guān)鍵技術(shù)，我們得到了以下的結(jié)論。根據(jù)我們國家不同區(qū)域礦產(chǎn)資源賦存特征，我們提出了固體礦產(chǎn)鉆井施工的關(guān)鍵技術(shù)。