地質鉆探中孔內復雜情況的應對措施探討

張海瑞，田　野（江西有色地質勘查局四隊）

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地質鉆探中孔內復雜情況的應對措施探討

張海瑞，田野（江西有色地質勘查局四隊）

作為我國地質工作中，相關工作人員能夠獲得第一手地質資料所采用的一種最為直接和有效的手段，鉆探技術在地質工作發展過程中的重要性也在隨之不斷的提升。在地質鉆探的過程中，相關技術人員會經常性遇到孔壁坍塌、地層滲漏和鉆孔縮徑等較為復雜的地質情況，導致在鉆探時出現埋鉆和卡鉆等安全事故。而這些事故如果不能夠被及時的處理，就會造成鉆探過程中出現鉆孔報廢等施工問題。對此，本文以復雜的地質孔內鉆探情況為立足點，通過對復雜地層本身性質的分析，從而就應對這種復雜地層情況的具體鉆探技術進行討論。

地質鉆探；復雜孔內情況；應對措施；探討

引言

對于地質鉆探工作來講，鉆探人員要想提升自身的工作效率和鉆探工作質量，保證鉆進工作可以安全、快速進行，對鉆進地層結構的基本性質進行細致的調查分析是十分必要的。通過對相關資料統計分析發現，在地質鉆探過程中，復雜地層中算進的尺寸只占據了整個鉆進工作30%左右份額，但完成該部分地層鉆探所要花費的成本卻占據了整個工程施工成本的3/5以上，且有大部分因為鉆探事故而報廢或者是損壞的鉆探設備都是在復雜地層鉆進過程中發生的。因此，采用有效的措施對復雜的孔內情況進行地質鉆探是十分必要的。

1　復雜地層的結構性質

目前，在地質鉆探過程中遇到的復雜地層主要可以被分為兩種類型：①因為受到了構造作用的影響，所形成的破碎性復雜地層。即在地質構造運動的過程中，產生的張拉、擠壓和剪切作用，使得巖石層出現了裂縫、節理、片理、裂隙和斷層等情況，而其中堅硬程度高的脆性巖石就因為受到了劇烈的構造力作用從而形成了復雜破碎的地層。②受外來的地質作用力影響形成的破碎性復雜地層。即洪積層、沖積層和風積層。在經過了風化作用后，巖石本身性質就會變得較為松散，從而形成膠結情況較差的風化層。與此同時，因為破碎地層中擁有的碎塊形狀的巖石膠結性較差、大小不均勻、換層頻率較快、地層結構較為松散、軟硬程度懸殊以及顆粒級的配比也比較懸殊等方面的特征。因此，在鉆探施工的過程中，碎塊巖石無法穩定承受承載力，使得其在鉆進過程中容易出現滾動行為，產生數量較多的切削面，導致破巖和采取巖心工作的效率相對較低，造成卡鉆、垮孔和掉塊等鉆進安全事故。此外，由于破碎地層自身帶有較強的滲透性，所以在鉆進過程中就會出現沖洗液漏失或者是涌水事故。

2　應對復雜孔內情況的措施

2.1使用超過常規口徑大約一級的開孔口徑

之所以要使用此種類型的口徑進行鉆孔開孔，其主要的目的就是要應對一些上部地層較為復雜的鉆孔［1］。因為鉆探作業過程中使用的口徑級別大出了兩級，所以，當其在鉆進過程中遭遇到了較為復雜的地層時，在進行套管下入的過程中就應該要換一個級別小一倍的口徑鉆頭來繼續進行鉆進施工，以便保證采取巖心作業的直徑能夠符合地質鉆探作業的施工要求。以河南省洛寧的上宮金礦鉆進工程為例，該工程要求應用直徑為75mm的繩索來進行取心施工，所以，開孔口徑的直徑就需要為110mm，其鉆頭在鉆入到巖層中時，下入的孔口套管直徑應該為108mm。此外，如果鉆探工程的施工作業要求使用直徑為59mm的繩索取心鉆具或者是直徑為66mm的普通雙管，在堅持孔徑大一級施工原則的基礎上，其開孔直徑就應該是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。在深孔鉆進施工的過程中，工作人員不可以在已經下過了孔口管之后，且沒有過度孔段的前提下，將其鉆進的鉆具轉換為常規口徑進行一徑到底的鉆進。這主要因為，如果在鉆進過程中遇到了較為復雜的孔內地層，采用一徑到底的鉆進方式是不能夠下套管的，這就導致套管在應對復雜地層鉆進作業方面的作用無法充分發揮出來［2］。尤其是在一些鉆孔深度達到了200m左右時，如果采用擴孔下套管進行隔離的方式，就會因為孔段較長，而為鉆進作業帶來較大的經濟損失；而如果不下套管對鉆進施工進行隔離，就無法有效的治理復雜地層中的孔段，導致在后續的深孔鉆進施工過程中，上部鉆進孔段存在安全隱患。

2.3選配鉆井液

一般情況下，特別是在一些水資源相對較為豐富的地區進行地質鉆探施工時，使用的大都是清水鉆探的方式。同其他鉆探技術相比，清水鉆探技術操作簡便，經濟性強，在鉆進過程中遇到的阻力相對較少，能夠極大的提升鉆探設備的鉆進速度。但如果在鉆進過程中遇到了復雜孔內地層時，清水鉆探就不能夠順利的完成鉆進工作，出現同原有鉆井目標背道相馳的情況。因此，在實際鉆探作業的過程中，鉆探人員需要現對作業現場以往的地形結構和鉆孔資料進行細致的分析和研究，一旦發現其存在過出現復雜地形的情況，為了保證鉆進施工的經濟性，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定、流變性較好且懸浮能力較強，在鉆進作業過程中能夠維護井壁穩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構較為松散、在鉆進過程中孔壁穩定性較差、自然造漿較為嚴重、水敏性較強、即孔壁在鉆進過程中容易出現縮徑情況的復雜地層。

3　治理復雜孔內地層情況的措施

3.1力學不穩定的復雜地層

此種地層主要是因為巖層受到外力作用的影響所形成的，其內部受力十分不均勻，一旦鉆穿之后，地層原本的平衡狀態就會被破壞，從而在重力作用的影響下出現孔壁不穩的情況。針對這種不穩定地層，鉆探人員可以使用“三高”鉆井液，搭配高速鉆進技術進行［4］。在一開口時，應該要采用傳統泥漿，并對泥漿本身的粘稠度進行調整，使其可以打到流塑的狀態。之后，再利用擅長輸送泥漿的螺桿泵完成鉆孔內的送漿循環，從而保證鉆孔作業的施工效率和質量，保障在鉆進過程中護孔效果可以滿足地質鉆探的作業要求。

3.2漏通地層的處理措施

此種地層主要是因為受到構造運動作用的影響形成的，地層中存在的裂隙空洞所連通的漏失模式，對鉆探工作順利進行的影響力相對較大。就目前來看，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以鉆進過程為基礎進行判斷［5］。如果在鉆進過程中突然出現漏失情況，且伴有鉆進速度忽然加快或者是鉆進工具墜落的情況，則是遇到了大溶度和大裂隙。②以孔內水位為基礎進行判斷。但不含水層發生漏失時，孔內就會存在不穩定水位；當含水層出現漏失時，孔內的穩定的水位同地下水位一致。

4　結束語

總而言之，在地質鉆探工作不斷發展，且應用范圍逐漸擴大的今天，鉆探人員在對具體的鉆孔位置進行細致設計時，應該要堅持預防為主的設計原則，通套管封堵的方式有效處理復雜的孔內情況。如果鉆孔工過程中遇到了復雜孔內情況，鉆探人員需要在分辨清楚漏失類型的基礎上，再制定出響應的對策。此外，鉆井液作為直接影響地質鉆探整體工作效率的因素，工作人員需要按照復雜地層的實際情況，選擇合適的鉆井液。

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

［2］秦如雷，段隆臣.地質鉆探中孔內復雜情況的應對措施［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，10（08）：6～9.

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

［4］李玉才.對地質鉆孔泥漿配制應用的探討［J］.宿州學院學報，2012，02 （02）：24～26.

［5］呂其猛.基于實例分析的地質鉆探工程中遇到的問題及其措施［J］.科技與企業，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。