鉆探施工技術在復雜地層中的應用分析

張文斌

摘要：復雜地層中鉆探施工技術的應用，是當前我國地質鉆探領域學術研究的熱點話題之一，在鉆探施工技術中，設備作業能力、泥漿體系護壁堵漏以及鉆進施工技術、事故預防等諸多方面是關鍵內容。

關鍵詞：鉆探技術;復雜地層;應用

本文將社會的快速發展作為研究背景，針對復雜地層的礦山資源開發與利用，圍繞鉆探施工技術展開研究，側重于通過理論研究為我國鉆探施工技術水平的提高提供有利的理論參考，降低孔內事故發生概率。在設計鉆孔結構的環節中，本文將復雜地質特點和鉆探施工原則作為基本依照，同時提出復雜地層鉆探施工的具體鉆進方法和相應的工藝參數。

一、鉆探施工設計

鉆探施工設計是鉆探施工得以順利開展的基礎依據，要想保證打鉆的科學性，就必須做好先期的施工設計準備，進而在最大限度上降低鉆探施工事故發生的概率。首先鉆探施工設計需要將復雜地層的基本資料、鉆孔的深度、鉆進工藝及鉆探設備等納入到考量范圍之內，并遵循鉆探施工設計原則依照鉆探施工設計內容逐步展開，鉆探施工設計原則與內容與下圖1所示：

二、孔身結構設計

鉆孔結構主要是指孔身口徑在開孔至終孔之間基本變化，鉆孔結構的選擇需要考量施工作業區域的巖石性質、水文地質條件，同時應將鉆孔深度、鉆進方法及鉆孔用途納入其中。一般情況下合理的孔身結構設計需要滿足以下幾點要求，第一，安全可靠、節約可行;第二，漏、塌、卡孔內事故低發生概率;第三，在保證鉆進效果的基礎上能夠實現鉆進速度的提升;第四，在滿足鉆進平衡要求的基礎上保證安全鉆進，同時相應的工藝飾品、設備條件滿足鉆進要求。通過歸納現有的理論研究成果，結合目前我國復雜地質結構鉆探施工實踐對礦區地層巖石鉆進特性規律進行總結，內容如下：

（1）地表覆蓋層通常在0-15cm，其中屬古礦山尾礦、廢渣堆積層的鉆探是施工難點;

（2）覆蓋層以下至500m左右通常為碳酸鹽層，巖石一般為中等硬度（6～8）級;

（3）450～800m左右通常為水敏性凝灰巖縮徑地層，可能內夾少量玄武巖，巖石硬度為4～10級;

（4）800～1500m左右為可鉆性的10·12級堅硬巖石，局部地段可能存在嚴重的硅化或者裂隙發育。

此規律僅做理論研究依照，具體的巖石鉆進特性規律還應根據實際的鉆探施工區域的地質條件展開進一步分析。

三、鉆進工藝與鉆探設備優選

1.鉆進方法。以復雜地層巖石的可鉆性>6級為例，選擇孕鑲金剛石鉆頭鉆進、繩索取心鉆進、跟管鉆進方法、泥漿護孔。

2.鉆桿柱設計。結合復雜地層地質特性，考慮到鉆孔深度和孔內事故的預防與處理兩項因素，明確鉆桿柱應滿足高強度儲備需要，所以在設計與選擇鉆桿柱的環節中應將高強度、高安全性作為基本原則，依照繩索取心鉆進方法選擇加厚繩索取心鉆桿或高質量鉆桿。

3.泥漿體系。在復雜地層中開展鉆探施工，泥漿體系設計不僅要考慮破巖、清巖、攜巖，還要考慮到護孔與堵漏。將上文中巖石鉆進特性規律作為依照選擇抑制性泥漿體系，并保證泥漿密度窗口的合理性。

4.規程參數。鉆進規程參數主要涵蓋鉆壓、轉速、泵量等。鉆進規程參數的選擇一方面需要總結以往的鉆探施工進樣，另一方面需求針對復雜地層地質條件，在經濟效益、鉆進成本兩方面基礎上合理的選擇鉆進參數。例如當鉆探施工區域存在縮徑地層時，就需要選擇較大的鉆壓和泵量，同時應用高端的動力頭鉆機，即保證了鉆進轉速又不會對巖心采取率存在較大程度的影響。

5.鉆探設備優選。本文針對泥漿泵進行簡要概述，泥漿泵作為巖心鉆研、石油鉆井等領域的重要附屬設備之一，主要分為活塞式泥漿泵和柱塞式泥漿泵兩種類型，鉆孔深度在一定程度上決定著泥漿泵的作業壓力，一般情況下鉆孔深度達，泥漿泵的壓力則越高，泥漿泵的優選在于最大輸出流量和最大輸出壓力是否能夠滿足鉆探施工工藝的基本要求，TRIDO BBP40、SLF-60G兩種泥漿泵在復雜地層中鉆探施工較為常用。

四、鉆進工藝

1.跟管鉆進工藝。跟管鉆進工藝適用于復雜地層的巖心鉆探或小口徑鉆探。針對鉆探施工區域的上部復雜地層，可先進行取心鉆進后進行跟管鉆進。最為常見的跟管鉆進系統主要為偏心式、同心式、三瓣式。跟管鉆進工藝的優勢在于通過多級次的跟管鉆進能夠實現地層套管護孔，降低孔內施工事故發生概率。

2.繩索取心鉆進工藝。繩索取心鉆進工藝可以在最大限度上節省起下鉆時間，有助于鉆進效率的提升。巖心采取率較高、鉆頭使用壽命較長，安全可靠、成本低是繩索取心鉆進工藝的應用優勢，繩索取心鉆進工藝適用于鉆孔深度超過800m的鉆探施工。繩索取心鉆進工藝中通常將金剛石鉆頭、長壽命高效鉆頭作為優選

3.泥漿技術。復雜地層中鉆探施工泥漿性能發揮著關鍵作用，但是優選后的泥漿指標并不能夠100%保證地層不發生垮塌，鉆探施工人員還應保證鉆進工藝的科學、合理。復雜地層中鉆探施工要求泥漿具有較好的潤滑性能、不含或含有少量固相，滿足失水量小等性能要求。

結語

社會的快速發展對資源提出了更高的需求，復雜地層中的礦產資源開發與利用成為我國當前鉆探施工領域的重要目標，相較于世界先進的鉆探施工技術而言，目前我國的鉆探施工技術仍處于持續發展的狀態，所以對鉆探施工技術的理論研究具備現實意義。

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