淺談破碎地層鉆探施工

朱澤淼

摘 要：隨著我國礦產(chǎn)開發(fā)的力度的加大，鉆探施工面臨著更加艱巨的地質(zhì)條件。施工環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜，很容易在施工過程中鉆孔出現(xiàn)坍塌、縮徑、掉塊、鉆孔彎曲，鉆具出現(xiàn)掉鉆、卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象。本文從鉆探方法，鉆進(jìn)工藝等方面出發(fā)，研究相應(yīng)的解決方法，提高破碎地層鉆探施工的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鉆探；破碎地層；解決方法

近30年來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對于礦產(chǎn)的需求也相應(yīng)的增加。因為大量的礦產(chǎn)資源開發(fā)，所以很多探礦工程面臨著更為復(fù)雜的地質(zhì)條件。施工過程中很容易出現(xiàn)坍塌、掉塊等現(xiàn)象，造成鉆孔彎曲，鉆具出現(xiàn)卡鉆、夾鉆等事故的出現(xiàn)。這樣既加大了施工難度，又容易出現(xiàn)安全事故。在這些情況下，必須加強(qiáng)鉆探技術(shù)研究，提出相應(yīng)的解決方法，提高鉆探施工效率和質(zhì)量。

1 破碎地層影響鉆探施工的主要因素

影響破碎地層施工的因素包括地層因素、施工設(shè)備和施工工藝等。施工過程中根據(jù)不同的地質(zhì)條件，要合理的選擇合適的施工設(shè)備及方法。如果協(xié)調(diào)不好各種因素，很容易導(dǎo)致鉆孔施工不順利，出現(xiàn)事故的現(xiàn)象。

1.1 地層因素

破碎地層一般層理和片理較發(fā)育、地層產(chǎn)狀變化較大，地層的巖石或上體軟硬不均，彈塑性、水溶性的性質(zhì)變化很大，斷層、斷裂很多。施工中常遇到漏水、坍塌、掉塊、溶洞等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象，極容易影響鉆機(jī)的正常施工，會出現(xiàn)巖心采取率不足，鉆孔彎曲等問題。

1.2 鉆探設(shè)備因素

鉆探設(shè)備的好壞是直接影響鉆探施工，所以鉆探設(shè)備配置的合理至關(guān)重要?，F(xiàn)在有很多隊伍采用立軸式鉆機(jī)。這類鉆機(jī)采用機(jī)械傳動，主動鉆桿在孔口控制不穩(wěn)定，設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈震動傳入孔底，對巖心有一定的破壞。如果鉆探設(shè)備磨損嚴(yán)重，當(dāng)遇到復(fù)雜地層時，不能精確合理控制轉(zhuǎn)數(shù)和鉆壓，也將影響鉆進(jìn)效率和施工質(zhì)量。

1.3 鉆進(jìn)中出現(xiàn)的問題

1.3.1巖心采取率低

鉆進(jìn)時，巖心應(yīng)該以柱狀進(jìn)入內(nèi)管。巖心在進(jìn)入內(nèi)管時與內(nèi)管產(chǎn)生摩擦力，如果巖心完整受到的摩擦力相對較小。破碎的巖心在進(jìn)入內(nèi)管前彼此之間內(nèi)應(yīng)力很弱，在扭矩作用下形成破碎巖心，破碎巖心互相磨損，塞住了進(jìn)入內(nèi)管的通道。這種情況下，循環(huán)水路不暢通，大量巖心磨損參與循環(huán)，降低了巖心的采取率。

部分大顆粒狀的巖粉，進(jìn)入到鉆具外管和內(nèi)管之間，使內(nèi)外管間的摩擦力增大，內(nèi)外管都轉(zhuǎn)動。在這種情況下，進(jìn)入內(nèi)管的不完整巖心相互之間摩擦，細(xì)小的巖心顆粒受到震動進(jìn)入沖洗液中參與循環(huán)，造成巖心采取率不足。

1.3.2鉆進(jìn)中出現(xiàn)夾鉆、埋鉆等現(xiàn)象

鉆進(jìn)中，轉(zhuǎn)數(shù)過快時，鉆桿橫向震動，使孔壁受到很大的沖擊了，這種情況下大量孔壁有掉塊落入孔底。如果有掉塊卡在擴(kuò)孔器和孔壁之間，將出現(xiàn)夾鉆的現(xiàn)象。如果大量掉塊和反復(fù)被磨損的巖心堆積在孔底，將出現(xiàn)埋鉆的現(xiàn)象。

1.3.3鉆孔彎曲

鉆進(jìn)壓力過大時，會造成鉆桿彎曲，鉆頭緊壓孔底，鉆桿緊貼孔壁一邊，造成鉆孔彎曲。鉆進(jìn)轉(zhuǎn)數(shù)過高，很容易造成鉆桿橫向震動，使孔壁間隙增大，造成鉆孔彎曲。如果在復(fù)雜地層中使用過量的沖洗液，會沖刷破壞孔壁，使孔壁強(qiáng)度降低，破碎的巖石被沖洗液反復(fù)沖刷進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)中，造成鉆孔彎曲。

2 提高鉆探效率的方法

由于破碎地層施工條件的艱難，所以需要提出一些合理的優(yōu)化建議和方法。從多方面考慮，提高鉆探的施工效率和質(zhì)量。

2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇

破碎地層層理、片理發(fā)育，地層變化較大。鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計和選擇直接影響鉆探的效率和質(zhì)量。因此，鉆進(jìn)方法、護(hù)孔方法、地質(zhì)條件等內(nèi)容是在破碎地層施工前必須要充分考慮的。鉆機(jī)開孔前，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃臈l件、終孔深度，選擇合理的開孔直徑、鉆進(jìn)方法、換徑次數(shù)、下套管順序、護(hù)孔措施等內(nèi)容。在破碎地層鉆探施工中，地層情況和施工情況決定開孔直徑和換徑的次數(shù)。終孔的深度和直徑根據(jù)地質(zhì)需要和設(shè)備的能力來確定。

2.2 鉆探設(shè)備的選擇

鉆進(jìn)施工中，鉆探設(shè)備的選擇是否合適直接影響鉆進(jìn)的效率和質(zhì)量。施工前，應(yīng)該根據(jù)地層情況、施工設(shè)計傾角、施工設(shè)計深度、施工工藝等條件選擇合理的鉆探設(shè)備。鉆探設(shè)備包括鉆機(jī)、鉆塔、泥漿泵及其他一些附屬設(shè)備。檢查鉆探設(shè)備相互之間是否匹配，設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)尤其值得注意。嚴(yán)格遵照操作規(guī)程，確保設(shè)備安裝正確。安裝的設(shè)備要穩(wěn)定，保證在出現(xiàn)事故時能夠具備及時處理事故的能力。如果經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，可采用動力頭式鉆機(jī)。動力頭鉆機(jī)能加強(qiáng)鉆桿導(dǎo)正，減少震動，鉆進(jìn)平穩(wěn)，能夠提高施工的效率和質(zhì)量。

2.3 鉆探工藝的選擇

鉆進(jìn)施工中，根據(jù)地質(zhì)條件、工作環(huán)境、巖石的可鉆性、研磨性和完整程度選擇合理的鉆頭和鉆具，合理準(zhǔn)確的設(shè)定鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)數(shù)、泵量的參數(shù)，保證巖心采取率。加強(qiáng)巖心的采取率，可以考慮使用底噴鉆頭或孔底反循環(huán)鉆進(jìn)。

使用高效的沖洗液來保護(hù)孔壁，加大孔內(nèi)巖粉的排出，盡量保證巖粉被沖洗液全部帶出孔外，不在鉆孔中參與循環(huán)。地層破碎嚴(yán)重時，可降低泵量，保證巖心的采取率。泵量控制在既能冷卻鉆頭，又能攜帶巖粉。如果出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，可采用聚丙烯酰胺加水泥漿液、聚丙烯酰胺加水玻璃等方法堵漏。

確定巖石的可鉆性，選擇合適的鉆頭。不同地層可以使用金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭。準(zhǔn)備長度合適的短鉆桿和鉆具，合理確定每一個回次的機(jī)上余尺。巖石破碎嚴(yán)重，極易堆積在孔底，反復(fù)磨損，出現(xiàn)進(jìn)尺距離短但內(nèi)管已堵住無法進(jìn)巖心的情況，這時要加大提內(nèi)管次數(shù)，保證巖心的采取率。

3 結(jié)論

破碎地層施工，受其他因素影響大。因此要加強(qiáng)鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆探工藝等方面的認(rèn)知和了解。根據(jù)實際情況，加強(qiáng)自身能力和工作態(tài)度，使工作效率和質(zhì)量得到提高。

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