复杂地层中的钻探技术研究
复杂地层中的钻探技术研究
摘要 随着建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程项目的改建、扩建，钻探施工面临的地质条件也变得更为复杂，比如断层破碎带、岩溶地区、海洋湖泊等，很容易在钻进过程中出现卡钻、掉钻、埋钻以及钻孔弯曲等现象。通过分析影响复杂地层中钻探施工的地层条件、钻探施工工艺以及钻机设备条件等因素，从钻探方法、钻机设备选型、钻孔结构布置等角度出发，研究相应的解决措施，对于提高复杂地层岩心机械钻探施工效率和质量，降低工程成本具有十分重要的现实意义。
关键词 复杂地层；钻探技术；解决措施
0 引言
自改革开放以来，我国的经济总量和科技发展水平都得到了显著的提升，各行各业的发展都进入了一个高速增长的时代，全国各地的城市建设规模在不断扩大，矿产资源消耗量也在不断增加。因此很多建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程在改建扩建的同时，就可能要面临更为复杂的地质条件，比如产状较陡、软硬不均的岩石地层、断层破碎带、岩溶地区、海洋湖泊等，很容易在钻进过程中出现卡钻、掉钻、埋钻以及钻孔弯曲等现象，导致钻孔报废，严重者可能会出现重大的安全事故，因此复杂地层中的钻探施工难度更大，这时就必须加强复杂地层中的钻探技术研究，提出更为合理有效的钻探措施，提高钻探工作的效率，避免安全事故的发生。
1 影响复杂地层钻探施工的主要因素
一般来说影响复杂地层钻探机械施工的因素主要包括地层条件、钻探施工工艺以及钻机设备条件等，在钻机钻探过程中如果控制协调不好各种影响因素，很容易导致钻孔弯曲、少钻、漏钻，进而影响对矿体含量、产状的准确评价和判断，或是地层承载力、压缩性等参数有效的评估。
1.1 地层条件
复杂地层主要包括各种盐类地层、各种粘土、泥岩、页岩地层、含有流砂、砂砾的地层、断层裂隙发育的地层、岩溶地层、高压油、气、水地层以及高地应力、高温地层，这类地层的岩石或土体强度、硬度、弹塑性、脆性、水溶性和水化性等性质一般都复杂多变，层理、片理发育，地层产状变化较大，极易影响钻机的钻探施工，比如当岩石的层理方向与垂直于层理方向的硬度比较大时，很容易导致钻孔发生大的弯曲，碰到断层破碎带、溶洞时很容易发生卡钻、掉钻以及埋钻现象，碰到卵石地层就可能导致钻机钻进困难，影响施工效率。
1.2 钻探施工工艺
钻探施工工艺也是影响复杂地层钻探施工效率和质量的重要因素，比如当钻进时压力过大时，会造成钻杆弯曲，继而导致钻孔发生弯曲；当钻机旋转时速过高，很容易造成钻杆回转离心力增大产生横向振动，继而导致钻孔孔径、孔壁间隙增大；当钻机钻进过程中遇到泥岩、页岩等软岩，如果使用的冲洗液量过大，会将钻孔孔壁冲坏，致使钻机卡钻、埋钻。
1.3 钻机设备条件
钻机设备质量的好坏及钻机型号的选择是影响复杂地层钻探施工的直接因素。如果钻机磨损严重或是钻进功率偏低，当遇到复杂地层时很容易发生钻机转速、钻速以及钻压等参数的匹配调整不到所需的要求，影响钻进效率和施工质量。
2 提高复杂地层钻探施工质量和效率的有效措施
鉴于复杂地层极为艰苦的施工条件，需要提出有效的应对措施来提高钻探施工的施工效率和质量，本文从钻探方法、钻机设备选型以及钻孔结构布置等几个角度入手分别进行介绍。
2.1 钻探方法的选择
在复杂地层中钻机的钻机压力和速度要适时进行调整，充分根据岩石地层的可钻性、研磨性以及完整程度等特征选择钻具和钻进方法，同时还要根据孔中水位的变化、冲洗液的消耗和漏失情况、涌水位置和涌水量、水温的异常、翻浆速度、颜色等情况适时调整钻机压力和速度，比如当地层岩石的可钻性比较低时可以选用硬质合金、金刚石或复合片组头进行回转钻进，当可钻性比较高时可以选用硬质合金或金刚石钻头进行冲击回转钻进或钢粒钻进，当遇到断层破碎带、溶洞时，要准确判断聚水量和水力连通关系，注意使用适当长度的短钻杆或岩心管，有效保持钻具的刚性钻进进度，同时还要按照起拔钻进工艺施工，防止裂隙中的岩块掉落造成卡钻，泥沙、碎屑不能顺利排出孔外时造成埋钻，或是钻头在溶洞中甩开脱。
2.2 钻孔结构的布置与选择
复杂地层中由于岩层的层理、片理发育，地层产状、岩石的强度和硬度等变化较大，钻孔结构的布置和选择直接影响到钻机的钻探效率和工程施工成本，因此在钻机开钻之前，要注意收集整理当地的水文地质条件和物探资料，然后按照先疏后密、点线、深浅结合的原则进行布孔，同时还要注意合理选择钻孔的深度、终孔直径以及钻孔形式，对于含水的基岩层或岩溶地区，钻孔应穿透含水层或岩溶发育带。同时在保证钻探工作准确性的前提下，尽量做到一孔多用。
2.3 钻探设备的选择
钻机设备的好坏以及选型的合适与否直接影响着钻机的钻机效率，因此一定要根据矿区水文地质岩石的钻机难易程度进行钻机参数的选型。钻探设备主要包
括钻机、泥浆泵的型号，钻塔类型等，钻探设备的选择要严格根据钻孔的设计深度、倾角、结构，岩层变化形式以及钻机的钻进方法等进行，比如应尽量选择电动机动力机、正反向一体化钻头等。在钻探施工过程中要严格执行《岩心钻探规程》中规定的钻探常用设备配套标准，注意钻机设备的保养和更换，对于磨损严重的钻头、泥浆泵要及时更换，保证钻机按最大效率工作。
同时还要注意选择空气、泡沫或清水等合理的冲洗介质。当钻进稳定的地层时，可以选用清水作为冲洗液，当钻到含水丰富、松软的砂层或砾石地层时，可以选择高密度冲洗液，当地层漏失严重时可以考虑使用堵漏材料。
3 结论
复杂地层的钻探工作作业条件恶劣，施工过程中受流砂、砂砾的地层、断层裂隙发育的地层、岩溶地层、高压油、气、水地层以及高地应力、高温地层等因素影响大，因此相关技术人员要认真做好复杂地层钻孔的设计与布置，按照钻进设备及具体地质情况，改变施工工艺，切实提高钻进工作效率。
参考文献
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