張海瑞，田　野（江西有色地質(zhì)勘查局四隊(duì)）

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地質(zhì)鉆探中孔內(nèi)復(fù)雜情況的應(yīng)對(duì)措施探討

張海瑞，田野（江西有色地質(zhì)勘查局四隊(duì)）

作為我國(guó)地質(zhì)工作中，相關(guān)工作人員能夠獲得第一手地質(zhì)資料所采用的一種最為直接和有效的手段，鉆探技術(shù)在地質(zhì)工作發(fā)展過(guò)程中的重要性也在隨之不斷的提升。在地質(zhì)鉆探的過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)經(jīng)常性遇到孔壁坍塌、地層滲漏和鉆孔縮徑等較為復(fù)雜的地質(zhì)情況，導(dǎo)致在鉆探時(shí)出現(xiàn)埋鉆和卡鉆等安全事故。而這些事故如果不能夠被及時(shí)的處理，就會(huì)造成鉆探過(guò)程中出現(xiàn)鉆孔報(bào)廢等施工問(wèn)題。對(duì)此，本文以復(fù)雜的地質(zhì)孔內(nèi)鉆探情況為立足點(diǎn)，通過(guò)對(duì)復(fù)雜地層本身性質(zhì)的分析，從而就應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜地層情況的具體鉆探技術(shù)進(jìn)行討論。

地質(zhì)鉆探；復(fù)雜孔內(nèi)情況；應(yīng)對(duì)措施；探討

引言

對(duì)于地質(zhì)鉆探工作來(lái)講，鉆探人員要想提升自身的工作效率和鉆探工作質(zhì)量，保證鉆進(jìn)工作可以安全、快速進(jìn)行，對(duì)鉆進(jìn)地層結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查分析是十分必要的。通過(guò)對(duì)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)鉆探過(guò)程中，復(fù)雜地層中算進(jìn)的尺寸只占據(jù)了整個(gè)鉆進(jìn)工作30%左右份額，但完成該部分地層鉆探所要花費(fèi)的成本卻占據(jù)了整個(gè)工程施工成本的3/5以上，且有大部分因?yàn)殂@探事故而報(bào)廢或者是損壞的鉆探設(shè)備都是在復(fù)雜地層鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生的。因此，采用有效的措施對(duì)復(fù)雜的孔內(nèi)情況進(jìn)行地質(zhì)鉆探是十分必要的。

1　復(fù)雜地層的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

目前，在地質(zhì)鉆探過(guò)程中遇到的復(fù)雜地層主要可以被分為兩種類型：①因?yàn)槭艿搅藰?gòu)造作用的影響，所形成的破碎性復(fù)雜地層。即在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，產(chǎn)生的張拉、擠壓和剪切作用，使得巖石層出現(xiàn)了裂縫、節(jié)理、片理、裂隙和斷層等情況，而其中堅(jiān)硬程度高的脆性巖石就因?yàn)槭艿搅藙×业臉?gòu)造力作用從而形成了復(fù)雜破碎的地層。②受外來(lái)的地質(zhì)作用力影響形成的破碎性復(fù)雜地層。即洪積層、沖積層和風(fēng)積層。在經(jīng)過(guò)了風(fēng)化作用后，巖石本身性質(zhì)就會(huì)變得較為松散，從而形成膠結(jié)情況較差的風(fēng)化層。與此同時(shí)，因?yàn)槠扑榈貙又袚碛械乃閴K形狀的巖石膠結(jié)性較差、大小不均勻、換層頻率較快、地層結(jié)構(gòu)較為松散、軟硬程度懸殊以及顆粒級(jí)的配比也比較懸殊等方面的特征。因此，在鉆探施工的過(guò)程中，碎塊巖石無(wú)法穩(wěn)定承受承載力，使得其在鉆進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)滾動(dòng)行為，產(chǎn)生數(shù)量較多的切削面，導(dǎo)致破巖和采取巖心工作的效率相對(duì)較低，造成卡鉆、垮孔和掉塊等鉆進(jìn)安全事故。此外，由于破碎地層自身帶有較強(qiáng)的滲透性，所以在鉆進(jìn)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)沖洗液漏失或者是涌水事故。

2　應(yīng)對(duì)復(fù)雜孔內(nèi)情況的措施

2.1使用超過(guò)常規(guī)口徑大約一級(jí)的開(kāi)孔口徑

之所以要使用此種類型的口徑進(jìn)行鉆孔開(kāi)孔，其主要的目的就是要應(yīng)對(duì)一些上部地層較為復(fù)雜的鉆孔［1］。因?yàn)殂@探作業(yè)過(guò)程中使用的口徑級(jí)別大出了兩級(jí)，所以，當(dāng)其在鉆進(jìn)過(guò)程中遭遇到了較為復(fù)雜的地層時(shí)，在進(jìn)行套管下入的過(guò)程中就應(yīng)該要換一個(gè)級(jí)別小一倍的口徑鉆頭來(lái)繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)施工，以便保證采取巖心作業(yè)的直徑能夠符合地質(zhì)鉆探作業(yè)的施工要求。以河南省洛寧的上宮金礦鉆進(jìn)工程為例，該工程要求應(yīng)用直徑為75mm的繩索來(lái)進(jìn)行取心施工，所以，開(kāi)孔口徑的直徑就需要為110mm，其鉆頭在鉆入到巖層中時(shí)，下入的孔口套管直徑應(yīng)該為108mm。此外，如果鉆探工程的施工作業(yè)要求使用直徑為59mm的繩索取心鉆具或者是直徑為66mm的普通雙管，在堅(jiān)持孔徑大一級(jí)施工原則的基礎(chǔ)上，其開(kāi)孔直徑就應(yīng)該是91mm。

2.2深孔不要一徑到底

所謂的深孔，指的主要是鉆孔深度在1000～3000m之間的鉆孔；小徑指的主要是直徑在75～59mm之間的繩索取心口徑或者是直徑為66mm的普通雙管口徑。在深孔鉆進(jìn)施工的過(guò)程中，工作人員不可以在已經(jīng)下過(guò)了孔口管之后，且沒(méi)有過(guò)度孔段的前提下，將其鉆進(jìn)的鉆具轉(zhuǎn)換為常規(guī)口徑進(jìn)行一徑到底的鉆進(jìn)。這主要因?yàn)?，如果在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到了較為復(fù)雜的孔內(nèi)地層，采用一徑到底的鉆進(jìn)方式是不能夠下套管的，這就導(dǎo)致套管在應(yīng)對(duì)復(fù)雜地層鉆進(jìn)作業(yè)方面的作用無(wú)法充分發(fā)揮出來(lái)［2］。尤其是在一些鉆孔深度達(dá)到了200m左右時(shí)，如果采用擴(kuò)孔下套管進(jìn)行隔離的方式，就會(huì)因?yàn)榭锥屋^長(zhǎng)，而為鉆進(jìn)作業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失；而如果不下套管對(duì)鉆進(jìn)施工進(jìn)行隔離，就無(wú)法有效的治理復(fù)雜地層中的孔段，導(dǎo)致在后續(xù)的深孔鉆進(jìn)施工過(guò)程中，上部鉆進(jìn)孔段存在安全隱患。

2.3選配鉆井液

一般情況下，特別是在一些水資源相對(duì)較為豐富的地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)鉆探施工時(shí)，使用的大都是清水鉆探的方式。同其他鉆探技術(shù)相比，清水鉆探技術(shù)操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到的阻力相對(duì)較少，能夠極大的提升鉆探設(shè)備的鉆進(jìn)速度。但如果在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到了復(fù)雜孔內(nèi)地層時(shí)，清水鉆探就不能夠順利的完成鉆進(jìn)工作，出現(xiàn)同原有鉆井目標(biāo)背道相馳的情況。因此，在實(shí)際鉆探作業(yè)的過(guò)程中，鉆探人員需要現(xiàn)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以往的地形結(jié)構(gòu)和鉆孔資料進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，一旦發(fā)現(xiàn)其存在過(guò)出現(xiàn)復(fù)雜地形的情況，為了保證鉆進(jìn)施工的經(jīng)濟(jì)性，選擇低固相泥漿是十分必要的［3］。例如，同SM植物膠和普通泥漿相比，SM-KHm超低固相泥漿的性能更加的穩(wěn)定、流變性較好且懸浮能力較強(qiáng)，在鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程中能夠維護(hù)井壁穩(wěn)定性提供有效的保障，從而有效提升采取巖心工作的整體效率。由此而可以看出，低固相泥漿比較適用于結(jié)構(gòu)較為松散、在鉆進(jìn)過(guò)程中孔壁穩(wěn)定性較差、自然造漿較為嚴(yán)重、水敏性較強(qiáng)、即孔壁在鉆進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)縮徑情況的復(fù)雜地層。

3　治理復(fù)雜孔內(nèi)地層情況的措施

3.1力學(xué)不穩(wěn)定的復(fù)雜地層

此種地層主要是因?yàn)閹r層受到外力作用的影響所形成的，其內(nèi)部受力十分不均勻，一旦鉆穿之后，地層原本的平衡狀態(tài)就會(huì)被破壞，從而在重力作用的影響下出現(xiàn)孔壁不穩(wěn)的情況。針對(duì)這種不穩(wěn)定地層，鉆探人員可以使用“三高”鉆井液，搭配高速鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行［4］。在一開(kāi)口時(shí)，應(yīng)該要采用傳統(tǒng)泥漿，并對(duì)泥漿本身的粘稠度進(jìn)行調(diào)整，使其可以打到流塑的狀態(tài)。之后，再利用擅長(zhǎng)輸送泥漿的螺桿泵完成鉆孔內(nèi)的送漿循環(huán)，從而保證鉆孔作業(yè)的施工效率和質(zhì)量，保障在鉆進(jìn)過(guò)程中護(hù)孔效果可以滿足地質(zhì)鉆探的作業(yè)要求。

3.2漏通地層的處理措施

此種地層主要是因?yàn)槭艿綐?gòu)造運(yùn)動(dòng)作用的影響形成的，地層中存在的裂隙空洞所連通的漏失模式，對(duì)鉆探工作順利進(jìn)行的影響力相對(duì)較大。就目前來(lái)看，漏失地層主要分為孔段和孔底兩種漏失形式。其具體的判斷方法為：①以鉆進(jìn)過(guò)程為基礎(chǔ)進(jìn)行判斷［5］。如果在鉆進(jìn)過(guò)程中突然出現(xiàn)漏失情況，且伴有鉆進(jìn)速度忽然加快或者是鉆進(jìn)工具墜落的情況，則是遇到了大溶度和大裂隙。②以孔內(nèi)水位為基礎(chǔ)進(jìn)行判斷。但不含水層發(fā)生漏失時(shí)，孔內(nèi)就會(huì)存在不穩(wěn)定水位；當(dāng)含水層出現(xiàn)漏失時(shí)，孔內(nèi)的穩(wěn)定的水位同地下水位一致。

4　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在地質(zhì)鉆探工作不斷發(fā)展，且應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大的今天，鉆探人員在對(duì)具體的鉆孔位置進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該要堅(jiān)持預(yù)防為主的設(shè)計(jì)原則，通套管封堵的方式有效處理復(fù)雜的孔內(nèi)情況。如果鉆孔工過(guò)程中遇到了復(fù)雜孔內(nèi)情況，鉆探人員需要在分辨清楚漏失類型的基礎(chǔ)上，再制定出響應(yīng)的對(duì)策。此外，鉆井液作為直接影響地質(zhì)鉆探整體工作效率的因素，工作人員需要按照復(fù)雜地層的實(shí)際情況，選擇合適的鉆井液。

［1］張培豐.深孔巖心鉆探問(wèn)題探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，08（10）：6～11.

［2］秦如雷，段隆臣.地質(zhì)鉆探中孔內(nèi)復(fù)雜情況的應(yīng)對(duì)措施［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，10（08）：6～9.

［3］王承花.工程地質(zhì)鉆探復(fù)雜地層綜合治理［J］.西部探礦工程，2011，11 （11）：107～109.

［4］李玉才.對(duì)地質(zhì)鉆孔泥漿配制應(yīng)用的探討［J］.宿州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，02 （02）：24～26.

［5］呂其猛.基于實(shí)例分析的地質(zhì)鉆探工程中遇到的問(wèn)題及其措施［J］.科技與企業(yè)，2012，17（09）：161+163.

田 野（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事鉆探施工工作。

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2095-2066（2016）14-0055-02

2016-5-1

張海瑞（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事鉆探施工工作。