复杂地层岩心钻探综合治理技术分析

刘希希

摘要：复杂地层钻探过程中，常常会遇到坍塌、渗水等问题，这些问题的出现对于钻孔来说是十分不利的。为了能够更好的提高在复杂地层的钻孔，就需要对这些地层进行合理的分析，这样才能够有效的避免这些问题的出现。本文针对复杂地层钻探困难原因进行分析，然后根据实际情况及钻进要求，合理运用综合治理方法。

关键词：复杂地层；岩心钻探；；原因分析；综合治理

引言

复杂地层是指岩心钻探中孔壁不稳定（坍塌、掉块、遇水膨胀、遇水溶解等）、钻孔漏水或涌水的地层。地质岩心钻探在我国社会经济建设中的有着举足轻重的地位，近几年发展速度也非常迅速的。由于矿山地表的矿产资源被过度的开发，而现有地质岩心技术的落后，矿山的深部矿产资源得不到有效的利用，导致矿山现有的服务年限非常短暂，市场矿产资源需求也得不到满足。为了解决以上问题，我国大部分地区将地质找矿的重心转向矿山深部资源的开发上。开发矿山深部资源将会大大增加复杂地层深孔钻探的施工难度，这对于复杂地层岩心钻探技术的要求大大提高。因此，提高我国复杂地层情况的岩心钻探技术水平的任务就显得十分紧迫。

1复杂地层岩心钻探困难的原因分析

在钻探生产中，从复杂地层的护壁角度来说，是指阻碍钻进的一些特殊岩性的地层。地层松散、胶结不良、软硬互层、吸水膨胀，遇水溶解或地质构造运动而造成的破碎、裂隙、断裂，再加上地下水的融蚀活动等等，给钻探生产带来坍、掉、涌、漏不利因素。

（1）风化作用形成的复杂地层。风化作用破坏了坚固岩石的全部或部份的颗粒之间的联结，使岩石变得疏松，具有较大的缝隙，易于坍塌掉块与漏失。

（2）流水作用、沉积作用形成的复杂地层。流砂层、沉积的泥质地层，皆为流水沉积作用从而使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌、缩经。

（3）地质构造引起的复杂地层。在地质构造运动形成的压力、振力和扭力等作用下，造成所谓压性、张性、扭性、压扭性和张扭性各类断层，这些大都由断层泥、糜棱岩、断层角砾，压碎岩、碎块岩和片状岩等分别组成，此类断层的延伸和宽度可以达几米、十几米、数百米不等。当钻进在破碎带时，由于钻具的频繁碰撞和冲洗液的冲刷，往往形成不同程度的坍塌和漏失。

（4）地下水溶蚀作用形成的复杂地层。水化和溶解是地下水溶蚀对岩石的主要破坏作用。当花岗岩中的长石被水化和溶解时，本来坚硬的长石，经过变化后，碳酸钾溶于水中被带走了，剩下松软的高岭土和石英粒混合体。（2KAlSiO3O8+CO2+2H2O※Al2Si2O5（OH）4+4SiO2+ K2CO3），钻进时极为坍塌。正长石高岭土石英碳酸钾石灰岩（主要成份为Ca2CO3）遇水中的碳酸（气）变成碳酸氢钙，就今形成常见的溶洞，从而带来漏水、涌水等各种复杂问题。

2复杂地层岩心钻探的综合治理措施

钻探生产，施工与预防必须同步进行，采取完善、有效的预防措施是高效、高质施工的重要前提和保证，制定预防措施必须结合生产的每个方面、每项环节和每道工序。进行复杂地层综合治理，既要有技术保障预防措施也要有保证技术工艺落实的制度管理措施。复杂地层综合治理的目标是：钻头寿命长、钻进效率高，冲洗液冲孔护壁堵漏效果好、钻孔孔壁完整、岩粉排除沉淀好、孔内干净，杜绝各类孔内事故。通过多年钻探实践，笔者认为：用有效的管理使机台官兵坚持和使用好钻头、冲洗液是综合治理复杂地层最根本的方法。

2.1解决坚硬致密地层钻头寿命短、钻进效率低下问题的钻头措施

此类地层，机台通常采取四种做法：一是选取软胎体钻头 二是酸溶法 三是投砂法 四是微烧法。这些方法都不能从根本上解决这类地层的正常钻进问题，而且还会大大缩短钻头寿命，甚至发生卡钻、烧钻事故。因此，可以选用一种用于有效解决“打滑”地层及金矿常见地层钻进的广谱钻头。这种钻头在钻进坚硬致密地层时的钻进效率可以达到2.9～3.1m/h、寿命60～75m，而常规钻头的时效仅为0.2m/h、寿命3～5m。这种广谱钻头在其他金矿勘查钻探的相似地层中，可以达到单颗钻头达600m的寿命纪录。因此，解决坚硬致密地层钻头寿命短、钻进效率低的问题，选取优质广谱钻头是关键。

2.2解决不稳定地层的冲洗液配制措施

多数不稳定地层，都可以通过冲洗液解决钻孔孔壁稳定问题，尤其在层位较深，套管无法下达的情况下，冲洗液就显得更加重要。在施工实践中，不停钻的随钻护壁堵漏技术通常被采用，其好处是大大缩短施工周期，减少施工工序。

①破碎（漏失）地层用冲洗液的配制。中度破碎（漏失）地层：对于此类地层宜使用PHP-水玻璃冲洗液 该冲洗液的特点是：在钻孔内冲洗液静止状态时呈胶冻状，在冲洗液循环时呈液体状，既能满足冲孔要求也能满足堵漏要求。其配方为：PHP0.1%～0.3%+水玻璃5%～8%+水。严重破碎（漏失）地层：如果漏失裂隙不大，可以使用不分散水泥浆液（随钻堵漏冲洗液），漏失裂隙较大时可以在水泥浆液中填加锯沫等填充材料。

②松软地层。此类地层的冲洗液必须有抑制地层水化变软的作用，同时要保持冲洗液自身无失水现象。

2.3保证顺利钻进的施工操作要求

①操作技术及工艺参数要求。复杂地层钻进不同于常规的稳定地层，机台在制定具体措施的基础上要对全员进行操作培训和思想教育，使之既懂得如何操作又能认识到正确操作的重要性，并养成良好的施工操作习惯。做到：提下钻时必须限制卷扬速度，轻提轻放，防止出现压力激动及钻具对钻孔的抽吸作用；提钻后必须保证冲洗液及时回灌，保持孔内压力平衡；钻遇破碎、松软地层时钻进参数要相应改变，尤其是冲洗液量要根据实际情况适当减小，防止高速液流对孔壁冲刷。

②冲洗液使用管理要求。许多情况下，复杂地层失稳是由冲洗液得不到及时维护和调整致使性能失效引起的。钻进中，必须保证冲洗液性能的一致性和针对性。做到：尽量加大循环槽长度和宽度，使冲洗液有足够时间沉淀净化，以保证孔底干净，避免岩粉重复破碎和停泵岩粉沉降埋钻；机台和班组设专人管理冲洗液，及时制定和调整冲洗液配制方案，定时监测冲洗液性能变化、随时调整随时配制填加和维护，始终保持冲洗液的性能。

③设备、管材及使用要求。在条件允许的情况下，尽量使用进尺行程长的全液压钻机，管材尤其是钻杆接手螺纹强度要满足要求。做到：保证设备的良好运行状态，减少机故造成的钻孔停待时间；钻杆接手螺纹要涂抹丝扣油，拧卸时要同心，防止钻杆丝扣非正常磨损；下钻时仔细检查钻杆，避免不符合要求的钻杆下入孔内。

④生產组织要求。机台必须建立起完善的生产报告制度和班组间问题反馈习惯，发现问题必须及时报告、及时通气，以利于及时调整施工技术方案。

结语

综上所述，复杂地层的钻探施工，必须采取综合治理方法，使施工生产中的每个方面、每项环节、每道工序的生产资源都能达到最优化配置，这样才能有效解决复杂地层钻进问题，提高钻孔完孔率和优质孔率。以上是笔者对岩心钻探复杂地层治理技术的一些认识和经验，在此和同行们交流探讨，希望对解决复杂地层钻进问题有所帮助。

参考文献

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