復雜地層中的鉆探技術研究
復雜地層中的鉆探技術研究
摘要 隨著建筑項目、礦井、鐵礦、油田等工程項目的改建、擴建，鉆探施工面臨的地質條件也變得更為復雜，比如斷層破碎帶、巖溶地區(qū)、海洋湖泊等，很容易在鉆進過程中出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、埋鉆以及鉆孔彎曲等現(xiàn)象。通過分析影響復雜地層中鉆探施工的地層條件、鉆探施工工藝以及鉆機設備條件等因素，從鉆探方法、鉆機設備選型、鉆孔結構布置等角度出發(fā)，研究相應的解決措施，對于提高復雜地層巖心機械鉆探施工效率和質量，降低工程成本具有十分重要的現(xiàn)實意義。
關鍵詞 復雜地層；鉆探技術；解決措施
0 引言
自改革開放以來，我國的經濟總量和科技發(fā)展水平都得到了顯著的提升，各行各業(yè)的發(fā)展都進入了一個高速增長的時代，全國各地的城市建設規(guī)模在不斷擴大，礦產資源消耗量也在不斷增加。因此很多建筑項目、礦井、鐵礦、油田等工程在改建擴建的同時，就可能要面臨更為復雜的地質條件，比如產狀較陡、軟硬不均的巖石地層、斷層破碎帶、巖溶地區(qū)、海洋湖泊等，很容易在鉆進過程中出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、埋鉆以及鉆孔彎曲等現(xiàn)象，導致鉆孔報廢，嚴重者可能會出現(xiàn)重大的安全事故，因此復雜地層中的鉆探施工難度更大，這時就必須加強復雜地層中的鉆探技術研究，提出更為合理有效的鉆探措施，提高鉆探工作的效率，避免安全事故的發(fā)生。
1 影響復雜地層鉆探施工的主要因素
一般來說影響復雜地層鉆探機械施工的因素主要包括地層條件、鉆探施工工藝以及鉆機設備條件等，在鉆機鉆探過程中如果控制協(xié)調不好各種影響因素，很容易導致鉆孔彎曲、少鉆、漏鉆，進而影響對礦體含量、產狀的準確評價和判斷，或是地層承載力、壓縮性等參數(shù)有效的評估。
1.1 地層條件
復雜地層主要包括各種鹽類地層、各種粘土、泥巖、頁巖地層、含有流砂、砂礫的地層、斷層裂隙發(fā)育的地層、巖溶地層、高壓油、氣、水地層以及高地應力、高溫地層，這類地層的巖石或土體強度、硬度、彈塑性、脆性、水溶性和水化性等性質一般都復雜多變，層理、片理發(fā)育，地層產狀變化較大，極易影響鉆機的鉆探施工，比如當巖石的層理方向與垂直于層理方向的硬度比較大時，很容易導致鉆孔發(fā)生大的彎曲，碰到斷層破碎帶、溶洞時很容易發(fā)生卡鉆、掉鉆以及埋鉆現(xiàn)象，碰到卵石地層就可能導致鉆機鉆進困難，影響施工效率。
1.2 鉆探施工工藝
鉆探施工工藝也是影響復雜地層鉆探施工效率和質量的重要因素，比如當鉆進時壓力過大時，會造成鉆桿彎曲，繼而導致鉆孔發(fā)生彎曲；當鉆機旋轉時速過高，很容易造成鉆桿回轉離心力增大產生橫向振動，繼而導致鉆孔孔徑、孔壁間隙增大；當鉆機鉆進過程中遇到泥巖、頁巖等軟巖，如果使用的沖洗液量過大，會將鉆孔孔壁沖壞，致使鉆機卡鉆、埋鉆。
1.3 鉆機設備條件
鉆機設備質量的好壞及鉆機型號的選擇是影響復雜地層鉆探施工的直接因素。如果鉆機磨損嚴重或是鉆進功率偏低，當遇到復雜地層時很容易發(fā)生鉆機轉速、鉆速以及鉆壓等參數(shù)的匹配調整不到所需的要求，影響鉆進效率和施工質量。
2 提高復雜地層鉆探施工質量和效率的有效措施
鑒于復雜地層極為艱苦的施工條件，需要提出有效的應對措施來提高鉆探施工的施工效率和質量，本文從鉆探方法、鉆機設備選型以及鉆孔結構布置等幾個角度入手分別進行介紹。
2.1 鉆探方法的選擇
在復雜地層中鉆機的鉆機壓力和速度要適時進行調整，充分根據巖石地層的可鉆性、研磨性以及完整程度等特征選擇鉆具和鉆進方法，同時還要根據孔中水位的變化、沖洗液的消耗和漏失情況、涌水位置和涌水量、水溫的異常、翻漿速度、顏色等情況適時調整鉆機壓力和速度，比如當?shù)貙訋r石的可鉆性比較低時可以選用硬質合金、金剛石或復合片組頭進行回轉鉆進，當可鉆性比較高時可以選用硬質合金或金剛石鉆頭進行沖擊回轉鉆進或鋼粒鉆進，當遇到斷層破碎帶、溶洞時，要準確判斷聚水量和水力連通關系，注意使用適當長度的短鉆桿或巖心管，有效保持鉆具的剛性鉆進進度，同時還要按照起拔鉆進工藝施工，防止裂隙中的巖塊掉落造成卡鉆，泥沙、碎屑不能順利排出孔外時造成埋鉆，或是鉆頭在溶洞中甩開脫。
2.2 鉆孔結構的布置與選擇
復雜地層中由于巖層的層理、片理發(fā)育，地層產狀、巖石的強度和硬度等變化較大，鉆孔結構的布置和選擇直接影響到鉆機的鉆探效率和工程施工成本，因此在鉆機開鉆之前，要注意收集整理當?shù)氐乃牡刭|條件和物探資料，然后按照先疏后密、點線、深淺結合的原則進行布孔，同時還要注意合理選擇鉆孔的深度、終孔直徑以及鉆孔形式，對于含水的基巖層或巖溶地區(qū)，鉆孔應穿透含水層或巖溶發(fā)育帶。同時在保證鉆探工作準確性的前提下，盡量做到一孔多用。
2.3 鉆探設備的選擇
鉆機設備的好壞以及選型的合適與否直接影響著鉆機的鉆機效率，因此一定要根據礦區(qū)水文地質巖石的鉆機難易程度進行鉆機參數(shù)的選型。鉆探設備主要包
括鉆機、泥漿泵的型號，鉆塔類型等，鉆探設備的選擇要嚴格根據鉆孔的設計深度、傾角、結構，巖層變化形式以及鉆機的鉆進方法等進行，比如應盡量選擇電動機動力機、正反向一體化鉆頭等。在鉆探施工過程中要嚴格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》中規(guī)定的鉆探常用設備配套標準，注意鉆機設備的保養(yǎng)和更換，對于磨損嚴重的鉆頭、泥漿泵要及時更換，保證鉆機按最大效率工作。
同時還要注意選擇空氣、泡沫或清水等合理的沖洗介質。當鉆進穩(wěn)定的地層時，可以選用清水作為沖洗液，當鉆到含水豐富、松軟的砂層或礫石地層時，可以選擇高密度沖洗液，當?shù)貙勇┦乐貢r可以考慮使用堵漏材料。
3 結論
復雜地層的鉆探工作作業(yè)條件惡劣，施工過程中受流砂、砂礫的地層、斷層裂隙發(fā)育的地層、巖溶地層、高壓油、氣、水地層以及高地應力、高溫地層等因素影響大，因此相關技術人員要認真做好復雜地層鉆孔的設計與布置，按照鉆進設備及具體地質情況，改變施工工藝，切實提高鉆進工作效率。
參考文獻
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