鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用

邢元猛

（山東金嶺礦業(yè)股份有限公司，山東 淄博 255081）

復(fù)雜地層是指巖心鉆探過程中一些孔壁穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)塌方、掉層、溶解、漏水等情況的地層。當(dāng)前，地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)作為促進我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素之一也得到了快速地發(fā)展。但是由于我國有些地區(qū)礦山地表的資源被過度地開發(fā)利用，現(xiàn)存的鉆探施工技術(shù)難以滿足項目施工的實際應(yīng)用，從而導(dǎo)致礦山對人類的服務(wù)年限逐漸縮短，市場對礦產(chǎn)資源的需求無法得到滿足。為此，需要適度開發(fā)礦山深部資源。但是這樣就會在一定程度上加大復(fù)雜地層鉆探施工技術(shù)的難度，使鉆探施工技術(shù)的創(chuàng)新變得刻不容緩。

現(xiàn)階段，在進行項目施工的過程中，為了能夠有效地完成復(fù)雜地層的鉆探工作，需要科學(xué)合理地規(guī)范復(fù)雜地層處理技術(shù)工作在實際項目施工的應(yīng)用。而該技術(shù)的有效應(yīng)用在一定程度上可以提升項目實施的工作效率。通常情況，項目施工人員在對復(fù)雜地層進行鉆探時都會使用鉆探施工技術(shù)，但是當(dāng)前該技術(shù)的實際應(yīng)用還存在著許多質(zhì)量安全問題。

1 復(fù)雜地層難以鉆探的原因

在實際的項目鉆探過程中，復(fù)雜地層的構(gòu)造會給鉆探工作的實施帶來一定程度的阻礙。這是由于復(fù)雜地層具有松散、吸水溶解或膨脹、軟硬互層等特點，并且隨著工作人員的鉆探會使地下水出現(xiàn)融蝕活動，從而導(dǎo)致施工面臨坍、掉、涌、漏等問題。其中由于風(fēng)化形成的復(fù)雜地層在鉆探施工過程中非常容易出現(xiàn)塌方、漏水的情況，這是因為風(fēng)化作用破壞了巖石之間的連接方式，使巖石之間的穩(wěn)定性大大降低。而由于流水、沉積導(dǎo)致的復(fù)雜地層，則會由于巖石之間的膠質(zhì)不穩(wěn)定而引起大范圍的坍塌，非常影響后續(xù)項目的施工。因此，鉆探工作人員在進行鉆探之前需要先了解復(fù)雜地層難以鉆探的原因，然后在尋找一些護壁措施來保護鉆孔的穩(wěn)定性[2]。

2 影響復(fù)雜地層鉆探施工效果的相關(guān)因素

在實際的項目施工過程中，如果鉆孔出現(xiàn)了一定程度的彎曲情況，那么必然是由于沒有按照相應(yīng)的規(guī)范在進行鉆進，這樣不僅會導(dǎo)致礦體的彎曲、丟失以及斷層等等，而且還需要相關(guān)的工作人員重新勘探地層的密度和組成結(jié)構(gòu)，從而降低了項目的工作效率，使項目無法在規(guī)定的時間內(nèi)有效完成[1]。

為了能夠提高復(fù)雜地層的鉆探效率，首先需要相關(guān)的施工人員能夠掌握影響復(fù)雜地層鉆探施工效果的相關(guān)因素，因為只有這樣才能夠在保證施工安全的基礎(chǔ)上提升項目的鉆探施工效果[3]。

2.1 地層條件

現(xiàn)階段，項目施工人員都會將復(fù)雜地層分為以下四大類，分別是泥巖、頁巖、黏土以及鹽類地層。這些不同類型地層的物理特性也是不同的，所以如果在實際的復(fù)雜地層鉆探施工過程中遇到了各種不同地層的組合，那么必然會影響施工的效率和質(zhì)量。例如項目施工人員在工作中發(fā)現(xiàn)巖石在垂直方向和水平方向的層理硬度較大，不采取相應(yīng)的保護措施就直接進行鉆探，就會導(dǎo)致地層直接斷裂。同時鉆探工具還會出現(xiàn)掉鉆的現(xiàn)象，最終使項目工期無限延長。因此，在對復(fù)雜地層進行施工的過程中需要考慮復(fù)雜地層的地層條件[4]。

2.2 鉆探施工工藝

在復(fù)雜地層的鉆進過程中，由于鉆探設(shè)備使用不當(dāng)?shù)膯栴}，鉆孔和鉆桿都會出現(xiàn)一定程度的彎曲情況。以下就是會導(dǎo)致鉆孔和鉆桿彎曲的情況，第一，鉆探使用的力度較大，導(dǎo)致鉆桿彎曲，鉆頭難以居中，最終導(dǎo)致鉆孔彎曲。第二，鉆探設(shè)備的鉆進速度較快，空間離心力變大，破壞孔壁，最終導(dǎo)致鉆孔彎曲。

地層的鉆探工作離不開鉆探施工工藝的應(yīng)用，科學(xué)合理地將鉆探施工工藝投入使用不僅能夠提升項目施工的工作效率，而且還能夠有效地防止各種項目風(fēng)險的發(fā)生。例如，項目施工人員在不能合理地控制對復(fù)雜地層的鉆探力度時，就會非常容易出現(xiàn)鉆孔彎曲的情況。如果鉆速太快，就會增大空間的離心力，從而導(dǎo)致鉆孔變大，產(chǎn)生一定程度的偏移。如果工作人員在鉆孔過程中遇到了硬度較小的巖石，但是卻不能規(guī)范沖洗液的應(yīng)用，那么就會使鉆孔空間塌陷，從而出現(xiàn)卡鉆、掉鉆的情況[5]。

3 鉆探施工技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 選擇鉆進方法

在實際的項目施工過程中，合理地選擇鉆進方法能夠有效地提升鉆探施工的質(zhì)量。根據(jù)《巖心鉆探規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，施工人員一般會根據(jù)地層的堅硬程度，將其分為四種類型，分別是軟度、中硬度、硬度、堅硬度。將地層的完整情況分為三種類型，是完整、較完整以及破碎。通過這兩種分類就可以完成鉆探施工的鉆進方法，例如如果巖石的硬度是在軟度和中硬度之間，那么就可以選擇金剛石、硬質(zhì)合金類的鉆探材料進行施工；如果巖石的硬度是在中硬度和堅硬度之間，那么就可以選擇金剛石類的鉆探材料；如果巖石的硬度是在硬度和堅硬度之間，那么可以選擇剛粒鉆進行鉆探。但是在此過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵循《巖心鉆探規(guī)程》中的相關(guān)工作要求，因為只有這樣才能夠達到鉆探施工的預(yù)期效果[7]。

3.2 選擇鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇也會在一定程度上影響鉆探施工的質(zhì)量，這是因為鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇會直接影響項目施工的成本，而鉆孔的應(yīng)用會直接影響鉆孔施工的工作效率。因此，在實際的鉆探施工工作中，應(yīng)該根據(jù)鉆孔的深度、直徑、地質(zhì)條件、防護方法以及設(shè)備情況等要素科學(xué)地選擇相應(yīng)的鉆孔結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段，經(jīng)驗豐富的鉆探施工工作人員會選擇130mm或91mm的多徑成孔，并將75mm的孔徑作為備用，運用金剛石繩索來進行取芯鉆進，然后利用優(yōu)質(zhì)泥漿來保護孔徑[6]。

3.3 重視對施工方法的改進

為了保障鉆孔施工工作的安全性，經(jīng)驗豐富的工作人員選擇在應(yīng)用原有的鉆孔技術(shù)的基礎(chǔ)上，對項目施工的方法進行改進，最終取得了良好的成效。而對項目施工方法的改進有兩個方向，第一，改進鉆孔的結(jié)構(gòu)。在實際的施工過程中將四級口徑、三級套管的鉆孔換成五級口徑、四級套管的結(jié)構(gòu)。例如在鉆探硬度比較豐富的復(fù)雜地層時，在鉆穿第四層土層后，開始不斷地更換更小的鉆孔口徑和套管，而在此過程中套管的深度也在不斷地加大，以此來達到隔絕溶洞和風(fēng)化層的作用。然后就可以選擇相應(yīng)的繩索取芯鉆具進行施工，直到鉆探到地下水位就可以選擇相應(yīng)的套管來保護孔壁，最終完成終孔的鉆探。第二，改進沖洗液。一般情況下，鉆探施工技術(shù)都使用PHP和皂化油相混合的無固相泥漿。而這沖洗液的利用不僅會增加卡鉆、掉鉆的概率，而且還會難以達到地層水敏性的需求，因此，改進沖洗液刻不容緩。為此，鉆孔施工工作人員在實際的施工中應(yīng)該根據(jù)地層水敏性的需求來研究沖洗液的配方。例如在原來的低固相泥漿液中放入廣譜護壁劑和腐植酸鉀等，使其變成性質(zhì)穩(wěn)定的化學(xué)泥漿。相關(guān)的工作人員在配比化學(xué)泥漿的過程中需要確保其比重是在1.05到1.10立方厘米每克之間，PH值為8，因為只有這樣配置的泥漿防護性才更好[8]。

在進行復(fù)雜地層的補漏過程中，為了提升項目施工的效率，首先需要對堵漏技術(shù)進行改進，相關(guān)工作人員可以向原來的化學(xué)泥漿中加入瀝青等惰性材料，這種方法可以降低沖洗液的成本控制。另外，相關(guān)的工作人員還可以利用高標(biāo)號水泥來進行封孔，并向泥漿中加入水玻璃來加快泥漿凝固的速度。

3.4 組合鉆探工藝

根據(jù)經(jīng)驗豐富的鉆探施工工作人員的研究發(fā)現(xiàn)，巧妙地組合鉆探工藝應(yīng)用于復(fù)雜地層的鉆探工作不僅能夠有效地保證施工的質(zhì)量安全問題，而且還能夠提升鉆探設(shè)備的應(yīng)用率，從而為未來鉆探技術(shù)的創(chuàng)新提供了有利的條件[9]。

組合鉆探工藝就是將水利反循環(huán)連續(xù)采樣、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣等技術(shù)進行完美地融合后在應(yīng)用于復(fù)雜地層的鉆探施工工作中。其中空氣反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)使用的方法是連續(xù)回鉆，而在此過程中利用了雙壁鉆桿來進行鉆孔。空氣反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)在實際的工作中會運用到循環(huán)介質(zhì)，循環(huán)介質(zhì)利用該技術(shù)的雙壁鉆桿來獲取不同地層的土質(zhì)樣本，從而完成收集復(fù)雜地層分析樣本的作用。另外，由于空氣反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)具有投入成本低廉、應(yīng)用性較強的特點，所以在許多地區(qū)都得到了廣泛地好評，尤其是地層復(fù)雜的地區(qū)。

為了幫助干旱地區(qū)尋找水源也會運用到空氣反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)，鉆探施工人員會將鉆具深入到土地表層進行鉆孔。而在此過程中需要運用滿足相關(guān)規(guī)定的低固相泥漿，然后在保證鉆井液密度的情況下提升其粘性，工作人員可以向鉆井液中加入PAC141來增強其粘性。

3.5 鉆孔彎曲控制技術(shù)的實際應(yīng)用

為了保障鉆探施工技術(shù)能夠在復(fù)雜地層中得到有效的應(yīng)用，首先需要工作人員收集鉆探地區(qū)的地質(zhì)材料，研究需要進行鉆探的區(qū)域的地層發(fā)育情況、巖石的組成問題、種類以及鉆探工具與地層之間的關(guān)系等要素。而這些要素對鉆孔的彎曲情況有很大的影響作用。其次，相關(guān)工作人員在安裝鉆機的過程中，應(yīng)該將天車、立軸以及鉆孔放置在同一水平線上進行固定。而這一水平線的確定需要符合鉆孔角度與地層關(guān)系的要求，并且鉆塔柱腳的搭建需要保持其穩(wěn)定性。這是因為鉆孔受力之后如果鉆塔柱腳難以保證其穩(wěn)定性就會使鉆孔出現(xiàn)彎曲的情況。

鉆探施工人員在進行開孔鉆探時，應(yīng)該選擇比較鋒利的鉆頭，擺正鉆桿，控制好鉆探的力度，并隨著孔徑的擴大而放長巖心管。另外，鉆探施工人員在剛開始鉆探時應(yīng)該將鉆探的速度放緩，不能貿(mào)然地進行提速，不然會出現(xiàn)掉鉆或是孔徑傾斜的情況。之后就可以根據(jù)地層硬度的不同來更換不同的鉆具口徑和套管，但是在此過程中需要測量鉆孔口徑的傾斜情況，然后進行逐步地校正。在選擇鉆具材質(zhì)的時候應(yīng)該盡量選擇具有金剛石性質(zhì)的，這是因為其硬度較大不容易彎曲。而在選擇鋼粒進行鉆探的過程中，應(yīng)該盡量選擇具有噴反性質(zhì)或是口徑較小的鋼粒，然后在施工的過程中投入少量的砂土，降低鉆進的力度。因為只有這樣才能夠更好地調(diào)節(jié)鉆探的速度[10]。

由于復(fù)雜地層的組成結(jié)構(gòu)比較豐富，所以在進行鉆探施工的過程中會非常容易出現(xiàn)鉆孔傾斜的情況。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)該及時地進行測斜。這種方式不僅可以幫助鉆探施工工作人員掌握鉆探的軌跡變化，對下次的鉆探軌跡進行預(yù)測，而且還可以及時糾正傾斜的鉆孔。而鉆探施工工作人員在此過程中應(yīng)該提升鉆孔測斜的測量次數(shù)，使其能夠滿足《巖心鉆探規(guī)程》中的相關(guān)要求。

4 結(jié)語

在對復(fù)雜地層進行鉆探施工的過程中不僅需要科學(xué)地規(guī)范鉆探過程中應(yīng)用到的所有設(shè)備的參數(shù)，而且還需要鉆探工作人員能夠充分地掌握鉆探地區(qū)復(fù)雜地層的地質(zhì)條件，合理地利用鉆孔彎曲技術(shù)，使其能夠在一定程度上提升鉆探施工的安全質(zhì)量，降低鉆孔彎曲事件發(fā)生的概率，從而提升項目施工的工作效率。