復雜地層巖心鉆探綜合治理技術

田 野，張海瑞

（江西有色地質勘查四隊，江西 景德鎮 333000）

巖心鉆探技術在我國社會經濟建設中占有主要的支撐地位，近年來發展非常迅速。由于礦山地表礦產資源過度開采，無法有效利用礦山深部礦產資源，導致礦山壽命極短，礦產資源市場需求不足。現階段，我國大部分區域已將礦山資源從地質尋找重點轉移到深部礦山資源開發，大幅度地提高了對復雜礦床中的巖心鉆探技術的需求。所以，本文針對復雜地層的巖心勘查和鉆探綜合治理技術進行了研究，具有重大的現實意義。

1 巖心鉆探技術總結及現狀

在之前的巖心鉆探工作中，施工孔的角度約為七十五到九十度之間。對于坡度較大的地區，這樣的角度可以增加鉆探部署的密度，深度也會增加。目前，我國的于巖心鉆探工作量明顯增加，迫使鉆探建設成本大幅增加。在市場經濟領先的今天，地質勘探技術不僅是技術難點，而且投資資金也有限。為了更好地開展地質勘探工作，在行業中站穩腳跟，需要深入了解如何在保障項目進度和質量的背景下，確保巖心鉆探技術實現項目效益的最大化。針對這一困難，技術人員可以通過改變礦區巖石和礦床的傾角，盡可能減少鉆探工作量，從而減少項目資金的投入。在保證施工質量的前提下，盡可能縮短工期，使工程效益最大化[1]。

2 復雜底層巖心鉆探的綜合治理技術的應用

2.1 孔壁穩定性分析

復雜的地層是指在巖心鉆探項目的開發過程中，鉆探出來的孔壁極易出現不穩定狀態情況的地層結構（如表1 所示）。其中孔壁不穩定性的問題，主要包括了鉆探項目開發過程中出現的孔壁崩潰和地層斷裂兩個類型，這也是大多數巖心鉆探項目在實際研究和開發的過程中會碰到的一個比較典型的問題。脆性井筒地層出現黏彈性變形、滲漏、井噴、崩潰等問題，大部分原因都是由于沒有對井筒的穩定性情況進行整體綜合評估，所采取措施不當引起的。在淺層巖體的鉆進中，孔壁質量和穩定性并沒有得到應有的認識和重視。對于深孔巖心鉆探技術發展，要高度重視其孔壁質量和穩定性，嚴格執行施工前預測和準備工作，避免由于鉆探操作中的不當或錯誤導致巨大的經濟損失。

表1 孔壁失去穩定性的原因

所謂孔壁失穩，實際上是指孔壁上的應力遠高于孔狀態下的整體強度。一旦孔內鉆探液柱壓力較低，且圍巖對孔壁的應力明顯大于此處巖石的抗剪強度，則孔壁上的巖石很可能被破壞。如果采用有塑性的巖石，一般都會發生收縮徑；如果采用脆性的巖石，通常會導致崩塌。因此，為了有效地控制建筑物的地層孔隙失穩發生，需要提前分析和掌握地層孔隙壓力、地層應力和地層裂縫壓力等影響因素。

2.2 改進鉆探設備分析

如果深部巖心鉆探裝置相對落后，將無法滿足深部地區巖心鉆探。因此，技術人員必須重視深鉆技術的研究。在目前的鉆機作業中，使用全液壓全電動鉆機已經成為比較先進的技術。需要進一步努力，盡快將其發展成為通用鉆井工具和方案，以取代傳統的立式鉆機，并根據需要進一步推動鉆井設備的改進和升級。隨著不同鉆機的改進，也需要提高行業發展中對鉆探設備的監測和加工標準。業內不少企業認為，有必要制定統一的鉆機參數和質量控制標準，并嚴格規定其在行業內進行實施，以此來保障鉆探設備的質量[2]。

3 復雜地層巖心鉆探技術綜合治理措施

在鉆探的施工過程中，預防措施必須和施工同時進行，廣泛有效的預防措施是高效高質量建設的重要前提和保障。預防措施的制定必須與生產的每一個環節、每道工序結合起來。對復雜地層進行綜合治理，既需要技術保障措施，也需要預防措施，以系統管理措施確保技術流程的順利實施。

3.1 嚴格按照實際情況，正確選擇鉆探設備

鑒于復雜地層對鉆探設備的影響，需要結合實際施工情況，加強設備分析，正確選擇鉆探設備，以確保巖心鉆探工作的成功率。首先，施工人員必須對現場的地質性質進行詳細地勘察，并在鉆孔前對地質資料進行詳細地分析。如果施工現場的地層結構比較復雜，則需要進行多次調查，確保研究結果準確，可以確定地層結構的形成因素。其次，根據相關分析結果，選擇最合理的鉆井設備和鉆井工藝，并考慮設備的經濟性。由于地層因素復雜，這些因素也導致地層分布存在較大差異。只有根據施工現場的框架條件，詳細分析復雜地層的形成因素才能采取適當措施避免鉆探事故發生，降低運營的成本。

3.2 提高鉆心效率的新型沖洗液研究

對鉆探孔壁的充分保護是復雜地層綜合治理的重要環節，復雜地層結構松動、塌陷事故屢見不鮮。因此在巖心鉆探施工時，要對井壁進行適當的處理，使黏土黏附在正確的位置，充分利用粘土本身的黏性，有效地固結松散的土壤，是解決井壁問題的重要措施。由于復雜地層中使用的普通粘土流體的局限性，需要使用合適的沖洗液來固化復雜地層。不同于普通沖洗液，新型沖洗液液體的成分更適合復雜的地層。由于含水量低，不會引發地層坍塌或者膨脹。同時，還可以在無固相沖洗液中加入植物膠，可有效增加其自身黏度。事實上，含有植物膠的泥漿可以轉化粘彈性液體，使其具有固結作用，并能承受鉆具的振動和其他外力。通過試驗，新沖洗液用于鉆取巖心孔的腐蝕相對較小，因此可以保證鉆探和取心的效率。

3.3 優化鉆探工藝，注意注漿處理

鉆探前要做好相應的施工準備，制定完備的應急措施。根據施工現場的現狀，除了套管外，還應選擇正確的密封材料，并進行密封，避免安全隱患。具體工作方法如下：首先在水泥砂漿中加入惰性材料和足夠的細砂，有效增加水泥砂漿本身的密度，提高其附著力，減少水稀釋，去除地下水進入孔內；其次在砂漿中倒入麻繩和鋸末，然后根據灌漿壓力確定灌漿量。如果在實際操作中不能明確注射量，此時應密切監測注射壓力，以此確定何時停止注漿；第三灌漿加工過程中，鉆具可以旋轉，但鉆具不能提升，直到灌漿處理完成后，才能向上提拉相關設施；第四灌漿處理后，必須在規定時間內進行掃孔處理，當孔掃到涌水位置時，應停止鉆探操作，而是按照同等量的配比開展二次注漿施工，觀察水泥砂漿不再滲漏后停止[3]。

4 結論

綜上所述，隨著我國鉆探技術的不斷發展，各種鉆探技術得到不斷完善和廣泛應用。但是，這些技術與當今世界上最先進的技術仍有很大差距，鉆探工程建設中還存在較大的問題需要解決。因此，必須培養更多的專業人才，不斷創新性地開發和改進施工技術與更好的設備，解決鉆探施工困難等問題。要認清鉆探實際施工中的重點和難點，并綜合采取多種手段和方法，以此來確保各項巖心鉆探工作的順利進行。