地質鉆探中孔壁失穩的成因與處理

郭軍（湖南省煤田地質局第三勘探隊　湖南永州　425000）

地質鉆探中孔壁失穩的成因與處理

郭軍
（湖南省煤田地質局第三勘探隊湖南永州425000）

礦產類的建筑材料在國民經濟發展中具有十分重要的地位。但是隨著市場對這類資源開采開發力度的增加，其勘探力度和鉆探要求也在不斷加強和提高，解決好地質鉆探中孔壁失穩的問題，對獲取地質、礦產信息、開發優質建材和獲取原材料有著十分重要的意義。這類原材料廣泛的存在于復雜地層中如：優質石材；石膏；磷、硫礦等等。本文對地質鉆探中孔壁失穩的問題進行總結、分析和處理。有效的解決了鉆探這類地層的實際問題。

建材；鉆探；孔壁；坍塌

1　引言

地質鉆探工作的關鍵問題是揭露地層獲取地層深處的信息，為礦產開發提供依據，為達到合理開發利用，保障生命、財產安全提供依據，為維護礦產行業和諧穩定發展做出貢獻。在礦開發利用中，經常受到有害地質因素會困擾，如深孔的多巖層表現出來的復雜性、軟弱地層表現出來的孔壁失穩坍塌、縮徑等等問題，嚴重影響地質鉆探生產的安全。如何發現、控制或降低有害地質因素危害，是保障安全，預防事故，達到優質高效生產的重要環節。

2　地質鉆探

地質鉆探的主要目的是查明地質情況，以獲取礦體的產狀、品相、儲量以及巖石力學樣、大地構造、水文等信息為目的的鉆孔施工。在地質鉆探中，經常會遇到構造破碎帶而發生的鉆孔坍塌、涌水漏水、礦層取芯困難等突出問題。特別是近來大部分鉆孔都具有深度大，地質情況復雜，受地表自然條件制約的特點，使上述不良地質情況給鉆探帶來的危害并造成的損失表現的尤為突出。

3　地質鉆探中孔壁失穩的成因與處理

地質鉆探中孔壁失穩的成因：

（1）孔壁失穩的主要原因：多發生在結構帶、軟弱地層、節理裂隙發育地層和厚的軟弱礦層。而有些礦的形成，正是通過不斷的淹埋沉積，在若干萬年的地殼運動中形成的礦藏。這些地層往往既有泥巖、砂巖等沉積巖又有火山等地質運動后重新膠結形成的巖石。在漫長的地質運動中，一旦受到擠壓，產生變形斷裂破碎，使地質情況變得非常復雜。在鉆探中產生的不利影響也更加嚴重。埋鉆、夾鉆、鉆孔坍塌而無法施工，給鉆探施工帶來很大的經濟損失。

（2）地質鉆探中孔壁失穩的預見性判斷。在開鉆前，仔細研究鉆孔地質資料，收集臨孔及本礦區的鉆孔資料和地質信息，大致了解礦區地層的組成，了解各巖層的厚度與埋深，以及受力情況（主要是指擠壓變形情況）；了解區域地質構造情況，以便獲取鉆孔位置與地質構造帶的位置關系等信息。然后，對這些信息進行認真分析，合理的設計鉆孔結構和各鉆探參數，做到有的放矢，為施工過程創造有利條件。在實際鉆探施工中，嚴密監視鉆探機具的每一個細小反應，在回次鉆探中，鉆探速度會有突然變快或時快時慢的現象并伴隨著蹩泵，則多為鉆遇軟層引起；如同時伴有鉆具不穩和巖心采取率低、漏水，則有可能鉆遇破碎構造帶等等。應當結合先期掌握的地質資料，分析判斷，準確的判斷是快速解決問題的基礎。

4　解決鉆孔孔壁失穩的方法

在鉆探施工中，應該在充分分析地質資料信息同時，操作人員要熟練的掌握鉆機的操控技術，對鉆探過程中出現的各種情況全面分析。發現地層變軟，應采取相應措施：

（1）降低鉆速，降低鉆速的好處有利于巖、礦心的采取率。軟弱層的機械強度都不高，在外力作用下及易消耗破碎形成泥粉和大顆粒的鉆渣。泥粉會使鉆井液比重急劇增大而增加井漏的風險；會使鉆井液有害固相增加，鉆井液變的粘稠，形成的泥餅酥松粗糙容易剝落而使井壁容易坍塌；由于孔壁坍塌在孔底鉆頭等外力作用，形成的顆粒對孔壁研磨使孔壁擴大，而擴大的孔壁又增加了孔壁坍塌概率。因此，降低鉆進速度等于變相的延長了鉆井液的循環時間，有利于鉆井液的凈化。是有效的控制井壁失穩的第一步。

（2）根據地層及時調整鉆井液的性能：井壁失穩多為水敏性地層或欠平衡地層引起，增加鉆井液的護壁性能，向鉆井液中加入適量的高分子集合物材料提高鉆井液的粘度。向鉆井液體內添加以K+為主的泥頁巖抑制劑，增加鉆井液對泥頁巖及水敏性地層的抑制性，使水敏性地層不至于無限度的水化而失穩。及時除砂和除出有害固相。保證鉆井液的性能是穩定井壁必要步驟。

（3）控制泵量。軟弱地層和礦體，不耐沖刷，遇這類地層或礦體，一定要綜合考慮各方面的因素，泵量控制的不好，往往使一系列措施前功盡棄，遵循大泵量返渣，小泵量鉆進的原則，既要保證孔內干凈，又要保障鉆進中必要的冷卻與潤滑，減少鉆井液對井壁的沖刷破壞。

（4）平衡壓力：巖石和巖層中存在著應力，鉆孔鉆開地層，這些力會使巖層發生變性。在軟弱地層中，多受上部地層的壓力影響，使鉆孔孔壁向孔內收縮的現象表現的更為突出。在鉆進作業中，提升鉆具應向孔內補灌鉆井液，使孔內壓力差不至于過大；根據地層情況采用加重鉆井液；上下鉆具勻速穩定，不使孔內產生過大的激動壓差，消除鉆井過程中由于升降鉆具引起的不利因素，也是降低孔壁失穩造成孔內事故的重要手段。

（5）孔壁失穩對深孔繩索鉆進的困擾及處理。

金剛石繩索鉆進，以它鉆井速度快，起下鉆次數少，巖礦心采取率高，鉆孔孔壁規整，工人勞動強度低等諸多優點而被廣泛采用。在繩索鉆進沉積巖類地層中，有時會莫名其妙的發生鉆機蹩車、蹩泵等現象。特別是在鉆進由完整的硬巖層進入軟弱地層時，由于上部巖石完整堅硬而形成的孔徑相對規整。繩索鉆具與鉆孔的環狀間隙較小，鉆進一旦進入軟弱層后，形成的鉆削顆粒變大。這些鉆削隨著鉆井液在上返的過程中，在堅硬巖石形成的孔壁處，受到環狀間隙的限制積聚到一起。阻塞鉆井液上返通道形成蹩泵。甚至一些較粗堅硬的顆粒，進入環狀間隙中，形成卡鉆蹩鉆，嚴重時形成孔內事故。這些問題除采取上述處理辦法外，通過增大鉆具與鉆孔的環狀間隙，增加排渣能力可以解決這類問題。

5　結語

地質鉆探工作的主要目的是為了有效的獲取地質信息。如何能夠快速準確的獲取地質資料，是鉆探工作必須解決問題。只有進行仔細部署，選擇符合實際需要的施工設備與工藝，綜合考慮施工現場的實際情況，加強施工全過程動態控制，及時發現問題解決問題，才能確保地質鉆探工作的順利進行。

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P634

A

1673-0038（2015）51-0199-02

2015-11-26

郭軍（1964-），男，工程師，本科，主要從事固體礦產勘查鉆探工作。