钻探施工技术在复杂地层中的应用分析

张文斌

摘要：复杂地层中钻探施工技術的应用，是当前我国地质钻探领域学术研究的热点话题之一，在钻探施工技术中，设备作业能力、泥浆体系护壁堵漏以及钻进施工技术、事故预防等诸多方面是关键内容。

关键词：钻探技术;复杂地层;应用

本文将社会的快速发展作为研究背景，针对复杂地层的矿山资源开发与利用，围绕钻探施工技术展开研究，侧重于通过理论研究为我国钻探施工技术水平的提高提供有利的理论参考，降低孔内事故发生概率。在设计钻孔结构的环节中，本文将复杂地质特点和钻探施工原则作为基本依照，同时提出复杂地层钻探施工的具体钻进方法和相应的工艺参数。

一、钻探施工设计

钻探施工设计是钻探施工得以顺利开展的基础依据，要想保证打钻的科学性，就必须做好先期的施工设计准备，进而在最大限度上降低钻探施工事故发生的概率。首先钻探施工设计需要将复杂地层的基本资料、钻孔的深度、钻进工艺及钻探设备等纳入到考量范围之内，并遵循钻探施工设计原则依照钻探施工设计内容逐步展开，钻探施工设计原则与内容与下图1所示：

二、孔身结构设计

钻孔结构主要是指孔身口径在开孔至终孔之间基本变化，钻孔结构的选择需要考量施工作业区域的岩石性质、水文地质条件，同时应将钻孔深度、钻进方法及钻孔用途纳入其中。一般情况下合理的孔身结构设计需要满足以下几点要求，第一，安全可靠、节约可行;第二，漏、塌、卡孔内事故低发生概率;第三，在保证钻进效果的基础上能够实现钻进速度的提升;第四，在满足钻进平衡要求的基础上保证安全钻进，同时相应的工艺饰品、设备条件满足钻进要求。通过归纳现有的理论研究成果，结合目前我国复杂地质结构钻探施工实践对矿区地层岩石钻进特性规律进行总结，内容如下：

（1）地表覆盖层通常在0-15cm，其中属古矿山尾矿、废渣堆积层的钻探是施工难点;

（2）覆盖层以下至500m左右通常为碳酸盐层，岩石一般为中等硬度（6～8）级;

（3）450～800m左右通常为水敏性凝灰岩缩径地层，可能内夹少量玄武岩，岩石硬度为4～10级;

（4）800～1500m左右为可钻性的10·12级坚硬岩石，局部地段可能存在严重的硅化或者裂隙发育。

此规律仅做理论研究依照，具体的岩石钻进特性规律还应根据实际的钻探施工区域的地质条件展开进一步分析。

三、钻进工艺与钻探设备优选

1.钻进方法。以复杂地层岩石的可钻性>6级为例，选择孕镶金刚石钻头钻进、绳索取心钻进、跟管钻进方法、泥浆护孔。

2.钻杆柱设计。结合复杂地层地质特性，考虑到钻孔深度和孔内事故的预防与处理两项因素，明确钻杆柱应满足高强度储备需要，所以在设计与选择钻杆柱的环节中应将高强度、高安全性作为基本原则，依照绳索取心钻进方法选择加厚绳索取心钻杆或高质量钻杆。

3.泥浆体系。在复杂地层中开展钻探施工，泥浆体系设计不仅要考虑破岩、清岩、携岩，还要考虑到护孔与堵漏。将上文中岩石钻进特性规律作为依照选择抑制性泥浆体系，并保证泥浆密度窗口的合理性。

4.规程参数。钻进规程参数主要涵盖钻压、转速、泵量等。钻进规程参数的选择一方面需要总结以往的钻探施工进样，另一方面需求针对复杂地层地质条件，在经济效益、钻进成本两方面基础上合理的选择钻进参数。例如当钻探施工区域存在缩径地层时，就需要选择较大的钻压和泵量，同时应用高端的动力头钻机，即保证了钻进转速又不会对岩心采取率存在较大程度的影响。

5.钻探设备优选。本文针对泥浆泵进行简要概述，泥浆泵作为岩心钻研、石油钻井等领域的重要附属设备之一，主要分为活塞式泥浆泵和柱塞式泥浆泵两种类型，钻孔深度在一定程度上决定着泥浆泵的作业压力，一般情况下钻孔深度达，泥浆泵的压力则越高，泥浆泵的优选在于最大输出流量和最大输出压力是否能够满足钻探施工工艺的基本要求，TRIDO BBP40、SLF-60G两种泥浆泵在复杂地层中钻探施工较为常用。

四、钻进工艺

1.跟管钻进工艺。跟管钻进工艺适用于复杂地层的岩心钻探或小口径钻探。针对钻探施工区域的上部复杂地层，可先进行取心钻进后进行跟管钻进。最为常见的跟管钻进系统主要为偏心式、同心式、三瓣式。跟管钻进工艺的优势在于通过多级次的跟管钻进能够实现地层套管护孔，降低孔内施工事故发生概率。

2.绳索取心钻进工艺。绳索取心钻进工艺可以在最大限度上节省起下钻时间，有助于钻进效率的提升。岩心采取率较高、钻头使用寿命较长，安全可靠、成本低是绳索取心钻进工艺的应用优势，绳索取心钻进工艺适用于钻孔深度超过800m的钻探施工。绳索取心钻进工艺中通常将金刚石钻头、长寿命高效钻头作为优选

3.泥浆技术。复杂地层中钻探施工泥浆性能发挥着关键作用，但是优选后的泥浆指标并不能够100%保证地层不发生垮塌，钻探施工人员还应保证钻进工艺的科学、合理。复杂地层中钻探施工要求泥浆具有较好的润滑性能、不含或含有少量固相，满足失水量小等性能要求。

结语

社会的快速发展对资源提出了更高的需求，复杂地层中的矿产资源开发与利用成为我国当前钻探施工领域的重要目标，相较于世界先进的钻探施工技术而言，目前我国的钻探施工技术仍处于持续发展的状态，所以对钻探施工技术的理论研究具备现实意义。

参考文献：

[1]董杰.肃北县长流水金矿复杂地层深孔岩心钻探施工技术研究[J].甘肃科技，2019，35（12）：28-29+48.

[2]刘智光，钟叶青，李超.复杂地层地质钻探施工技术方法[J].工程技术研究，2018（08）：78-81.