钻探施工技术在复杂地层中的应用

2016-09-18赵红军

西部探矿工程 2016年7期

关键词：护壁泥浆套管

赵红军

（广东省核工业地质局二九二大队，广东河源517001）

钻探施工技术在复杂地层中的应用

赵红军*

（广东省核工业地质局二九二大队，广东河源517001）

主要讨论了钻探施工技术在复杂地层中的应用情况，以求为未来钻探施工质量控制提供理论支撑。先简单讨论了影响复杂地层钻探质量的相关要素，包括地层条件因素、钻探工艺因素等；再对钻探施工技术在复杂地层中的实际应用情况进行讨论。从实际应用效果来看，钻探施工技术能有效满足复杂地层处理控制的要求，具有良好的应用价值。对相关工作人员而言，在开展钻探施工技术应用分析中，要重视对钻探施工技术实际操作方法的讨论，为获得更好的施工效果奠定基础。

钻探施工技术；复杂地层；应用

在当前项目施工生产中，生产项目可能面临多重情况的复杂地层，对整个生产过程产生影响，做好复杂地层处理技术的质量控制工作，在提高生产效果中发挥着重要意义。钻探施工技术是常见于复杂地层中的技术类型，在复杂地层施工处理中发挥着重要意义，但从其应用情况来看，依然存在多方面的质量问题，对其应用效果产生影响。对钻探施工在复杂地层中的具体应用进行讨论。

1　影响复杂地层钻探施工效果的相关因素

正确认识到影响复杂地层钻探施工效果的相关要素，在提高钻探施工质量中具有重要意义。因此，需要进一步加强对影响钻探施工效果的相关因素讨论，为获得更好的钻探施工效果奠定基础。

1.1地层条件

目前，常见的复杂地层主要包括各种粘土、泥岩、页岩、盐类地层等（如图1所示），这些地层在强度、脆性、层理等方面具有复杂性，容易影响整体钻探施工质量。例如，若在施工过程中发现岩石的层理方向与垂直方向的层理硬度较大时，很容易在钻孔过程中出现较大的弯曲现象，并且在碰到断层破碎带、溶洞时，出现掉钻、卡钻等不良工况的概率更大，最终对工程施工效率产生影响。

图1　钻孔工艺地质因素统计图

1.2钻探施工工艺

钻孔施工工艺对地层钻探施工效果产生重要影响，是影响施工质量的重要因素。例如，若在钻进过程中不能有效地控制钻进压力，则在钻进过程中就有可能出现钻杆弯曲等现象，导致整个钻孔出现弯曲；若钻机在施工过程中的钻速过快，则更容易导致钻杆在回转过程中的离心力增大，并产生横向振动，最终导致钻孔孔径、孔间距增大；在施工过程中遇到软岩（包括泥岩、页岩等）时，若不能有效控制冲洗液的数量，会导致钻孔孔壁被破坏，最终出现卡钻等现象［1］。

2　钻探施工技术应用分析

2.1选择钻进方法

钻进方法是影响钻探施工的重要因素，《岩心钻探规程》中，根据不同地层强度，将其划分为软（1～3级）、中硬（4～6级）、硬（7～9级）、坚硬（10～12级）4种类型；按照完整性将其划分为：破碎、较完整、完整3种类型。一般在施工中，主要根据其岩石的研磨性、可钻性等进行施工，其施工方法为：（1）岩石等级为1～6级与部分7级岩石，可以选择金刚石、硬质合金钻进；（2）4～12级岩石选择金刚石回转钻进；（3）7～12级岩石可选择钢粒钻进；（4）6～12级岩石可选择金刚石冲击回钻钻进；（5）6～8级岩石可选择硬质合金冲击钻进。在整个钻进过程中，严格按照《岩心钻探规程》的相关内容展开质量控制工作，以保证在复杂地层钻区能获得良好的施工质量。

2.2选择钻孔结构

钻孔结构也是影响钻孔施工质量的重要因素，对钻探施工效率、施工成本等产生重要影响。因此在选择钻孔结构时，需要充分考虑终孔直径、钻孔深度等因素对钻孔施工质量的影响，通过合理选择开孔直径与换径深度，为获得更好的施工效果奠定基础。根据施工经验，在施工过程中主要采用Ø130mm、Ø110mm、Ø91mm等多径成孔，并将Ø75mm作为技术口径备用，采用优质泥浆护孔。

2.3重视对施工方法的改进

朱益明［2］等在许家咀矿区施工中，在原有钻孔技术的基础上，对生产技术做进一步优化处理，收到良好效果，其主要优化措施包括：

（1）钻孔结构的优化与改进。在该工程项目中，重视对钻孔结构的改进与优化，将传统的“四级口径，三级套管”钻孔进行优化，成为“五级口径，四级套管”的钻孔结构。其处理方法为：（1）通过Ø150mm口径钻孔，在钻穿第四系土层后，设置Ø146mm套管，其管深为（18±2）mm；（2）以Ø130mm的钻孔穿过浅部溶洞，并设置Ø127mm套管，以充分隔离溶洞与风化层，套管深度为（150±50）m；（3）依靠绳索取芯钻具的优点，选择JS113绳索取芯钻具，在钻至地下水位后（在该项目中，地下水位深度约为330m），设置Ø108mm套管护壁，保证孔内清洗液能连续上返到孔口；（4）选择S95绳索取芯钻具，在化学泥浆护壁帮助下逐步打穿强水敏地层，并设置Ø89mm套管护壁，并以S75绳索取芯工艺联合化学泥浆护壁的方法钻至终孔。

（2）改进冲洗液。在该工程项目中，原冲洗液组成主要为PHP+清水+皂化油的无固相泥浆，这种泥浆不能满足抑制地层水敏性的需要，导致在钻孔过程中出现卡钻、埋钻的情况时有发生，最终影响工程质量。为有效解决该问题，该项目技术人员对抑制水敏性的泥浆进行研究，最终确定：要在低固相泥浆液中加入腐植酸钾、PHP，并根据需要添加广谱护壁剂等，使其成为化学泥浆。在现场配置中，保证泥浆比重为1.05～ 1.10g/cm3，粘度为30～35s，pH值为8，按照该比例进行配置处理。从后期该改进方法的应用情况来看，该改进措施具有良好的应用价值。

而针对堵漏技术处理中，根据地层漏失程度对其进行优化，通过向泥浆中添加磺化沥青等惰性材料，避免冲洗液过度损失；采用高标号水泥封孔，并向水泥浆中加入水玻璃以加快水泥凝固。在经过上述处理后，分别选取4个钻孔，对其下管处理的相关内容进行分析，保证冲洗液能循环运作，其基本资料如表1所示。

表1　钻孔下管资料统计表

从该工程的实际情况来看，提示相关工作人员，在开展钻探施工技术质量控制中，要重视对施工质量问题的发掘，在充分认识影响工程质量的相关要素后，再对施工技术进行优化，争取能有效地解决钻探施工中的质量风险。

2.4组合钻探工艺

冉恒谦等［3］通过研究发现，组合钻探工艺在复杂地层中的应用情况良好，能有效地满足其质量控制的需要，为未来钻探施工技术的应用与创新奠定坚实基础。

2.4.1组合钻探工艺的基本原理与特点

组合钻探工艺的实质，就是通过联合应用空气反循环连续取样、水利反循环连续取样等技术的综合型地质钻探技术。在技术应用过程中，空气反循环连续取样技术充分利用了双壁钻杆，再以循环媒介为基础的前提下，以冲击回钻的方式进行施工。在循环过程中，循环介质以双壁钻杆内外管环隙中心为媒介而到达表面，并以收集到的地质样品为核心，为复杂地层分析提供有效样本。从应用情况来看，该技术方法具有成本低、适用范围广等优点，尤其是在干旱地区的应用效果更加明显。

2.4.2使用范围

组合钻探工艺通过空气反循环联合取样，主要被应用在干旱缺水或取芯困难的地层找矿中，其钻进深度为（250±50）m，能满足多种形式下的钻孔施工需要。

2.4.3应用情况分析

该技术在我国已经得到广泛推广，并在贵州、黑龙江、新疆等地区得到广泛应用。例如，黑龙江齐齐哈尔矿产勘查总院在应用该方法后，在6个月的时间内连续钻探深度超过22000m，与原有技术相比，该技术的生产效率更高，且生产成本下降约60%，收到良好的应用效果。