地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的成因與處理

郭軍（湖南省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)　湖南永州　425000）

地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的成因與處理

郭軍
（湖南省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)湖南永州425000）

礦產(chǎn)類(lèi)的建筑材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的地位。但是隨著市場(chǎng)對(duì)這類(lèi)資源開(kāi)采開(kāi)發(fā)力度的增加，其勘探力度和鉆探要求也在不斷加強(qiáng)和提高，解決好地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的問(wèn)題，對(duì)獲取地質(zhì)、礦產(chǎn)信息、開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)建材和獲取原材料有著十分重要的意義。這類(lèi)原材料廣泛的存在于復(fù)雜地層中如：優(yōu)質(zhì)石材；石膏；磷、硫礦等等。本文對(duì)地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)、分析和處理。有效的解決了鉆探這類(lèi)地層的實(shí)際問(wèn)題。

建材；鉆探；孔壁；坍塌

1　引言

地質(zhì)鉆探工作的關(guān)鍵問(wèn)題是揭露地層獲取地層深處的信息，為礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)提供依據(jù)，為達(dá)到合理開(kāi)發(fā)利用，保障生命、財(cái)產(chǎn)安全提供依據(jù)，為維護(hù)礦產(chǎn)行業(yè)和諧穩(wěn)定發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在礦開(kāi)發(fā)利用中，經(jīng)常受到有害地質(zhì)因素會(huì)困擾，如深孔的多巖層表現(xiàn)出來(lái)的復(fù)雜性、軟弱地層表現(xiàn)出來(lái)的孔壁失穩(wěn)坍塌、縮徑等等問(wèn)題，嚴(yán)重影響地質(zhì)鉆探生產(chǎn)的安全。如何發(fā)現(xiàn)、控制或降低有害地質(zhì)因素危害，是保障安全，預(yù)防事故，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

2　地質(zhì)鉆探

地質(zhì)鉆探的主要目的是查明地質(zhì)情況，以獲取礦體的產(chǎn)狀、品相、儲(chǔ)量以及巖石力學(xué)樣、大地構(gòu)造、水文等信息為目的的鉆孔施工。在地質(zhì)鉆探中，經(jīng)常會(huì)遇到構(gòu)造破碎帶而發(fā)生的鉆孔坍塌、涌水漏水、礦層取芯困難等突出問(wèn)題。特別是近來(lái)大部分鉆孔都具有深度大，地質(zhì)情況復(fù)雜，受地表自然條件制約的特點(diǎn)，使上述不良地質(zhì)情況給鉆探帶來(lái)的危害并造成的損失表現(xiàn)的尤為突出。

3　地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的成因與處理

地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的成因：

（1）孔壁失穩(wěn)的主要原因：多發(fā)生在結(jié)構(gòu)帶、軟弱地層、節(jié)理裂隙發(fā)育地層和厚的軟弱礦層。而有些礦的形成，正是通過(guò)不斷的淹埋沉積，在若干萬(wàn)年的地殼運(yùn)動(dòng)中形成的礦藏。這些地層往往既有泥巖、砂巖等沉積巖又有火山等地質(zhì)運(yùn)動(dòng)后重新膠結(jié)形成的巖石。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)中，一旦受到擠壓，產(chǎn)生變形斷裂破碎，使地質(zhì)情況變得非常復(fù)雜。在鉆探中產(chǎn)生的不利影響也更加嚴(yán)重。埋鉆、夾鉆、鉆孔坍塌而無(wú)法施工，給鉆探施工帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）地質(zhì)鉆探中孔壁失穩(wěn)的預(yù)見(jiàn)性判斷。在開(kāi)鉆前，仔細(xì)研究鉆孔地質(zhì)資料，收集臨孔及本礦區(qū)的鉆孔資料和地質(zhì)信息，大致了解礦區(qū)地層的組成，了解各巖層的厚度與埋深，以及受力情況（主要是指擠壓變形情況）；了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，以便獲取鉆孔位置與地質(zhì)構(gòu)造帶的位置關(guān)系等信息。然后，對(duì)這些信息進(jìn)行認(rèn)真分析，合理的設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)和各鉆探參數(shù)，做到有的放矢，為施工過(guò)程創(chuàng)造有利條件。在實(shí)際鉆探施工中，嚴(yán)密監(jiān)視鉆探機(jī)具的每一個(gè)細(xì)小反應(yīng)，在回次鉆探中，鉆探速度會(huì)有突然變快或時(shí)快時(shí)慢的現(xiàn)象并伴隨著蹩泵，則多為鉆遇軟層引起；如同時(shí)伴有鉆具不穩(wěn)和巖心采取率低、漏水，則有可能鉆遇破碎構(gòu)造帶等等。應(yīng)當(dāng)結(jié)合先期掌握的地質(zhì)資料，分析判斷，準(zhǔn)確的判斷是快速解決問(wèn)題的基礎(chǔ)。

4　解決鉆孔孔壁失穩(wěn)的方法

在鉆探施工中，應(yīng)該在充分分析地質(zhì)資料信息同時(shí)，操作人員要熟練的掌握鉆機(jī)的操控技術(shù)，對(duì)鉆探過(guò)程中出現(xiàn)的各種情況全面分析。發(fā)現(xiàn)地層變軟，應(yīng)采取相應(yīng)措施：

（1）降低鉆速，降低鉆速的好處有利于巖、礦心的采取率。軟弱層的機(jī)械強(qiáng)度都不高，在外力作用下及易消耗破碎形成泥粉和大顆粒的鉆渣。泥粉會(huì)使鉆井液比重急劇增大而增加井漏的風(fēng)險(xiǎn)；會(huì)使鉆井液有害固相增加，鉆井液變的粘稠，形成的泥餅酥松粗糙容易剝落而使井壁容易坍塌；由于孔壁坍塌在孔底鉆頭等外力作用，形成的顆粒對(duì)孔壁研磨使孔壁擴(kuò)大，而擴(kuò)大的孔壁又增加了孔壁坍塌概率。因此，降低鉆進(jìn)速度等于變相的延長(zhǎng)了鉆井液的循環(huán)時(shí)間，有利于鉆井液的凈化。是有效的控制井壁失穩(wěn)的第一步。

（2）根據(jù)地層及時(shí)調(diào)整鉆井液的性能：井壁失穩(wěn)多為水敏性地層或欠平衡地層引起，增加鉆井液的護(hù)壁性能，向鉆井液中加入適量的高分子集合物材料提高鉆井液的粘度。向鉆井液體內(nèi)添加以K+為主的泥頁(yè)巖抑制劑，增加鉆井液對(duì)泥頁(yè)巖及水敏性地層的抑制性，使水敏性地層不至于無(wú)限度的水化而失穩(wěn)。及時(shí)除砂和除出有害固相。保證鉆井液的性能是穩(wěn)定井壁必要步驟。

（3）控制泵量。軟弱地層和礦體，不耐沖刷，遇這類(lèi)地層或礦體，一定要綜合考慮各方面的因素，泵量控制的不好，往往使一系列措施前功盡棄，遵循大泵量返渣，小泵量鉆進(jìn)的原則，既要保證孔內(nèi)干凈，又要保障鉆進(jìn)中必要的冷卻與潤(rùn)滑，減少鉆井液對(duì)井壁的沖刷破壞。

（4）平衡壓力：巖石和巖層中存在著應(yīng)力，鉆孔鉆開(kāi)地層，這些力會(huì)使巖層發(fā)生變性。在軟弱地層中，多受上部地層的壓力影響，使鉆孔孔壁向孔內(nèi)收縮的現(xiàn)象表現(xiàn)的更為突出。在鉆進(jìn)作業(yè)中，提升鉆具應(yīng)向孔內(nèi)補(bǔ)灌鉆井液，使孔內(nèi)壓力差不至于過(guò)大；根據(jù)地層情況采用加重鉆井液；上下鉆具勻速穩(wěn)定，不使孔內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的激動(dòng)壓差，消除鉆井過(guò)程中由于升降鉆具引起的不利因素，也是降低孔壁失穩(wěn)造成孔內(nèi)事故的重要手段。

（5）孔壁失穩(wěn)對(duì)深孔繩索鉆進(jìn)的困擾及處理。

金剛石繩索鉆進(jìn)，以它鉆井速度快，起下鉆次數(shù)少，巖礦心采取率高，鉆孔孔壁規(guī)整，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。在繩索鉆進(jìn)沉積巖類(lèi)地層中，有時(shí)會(huì)莫名其妙的發(fā)生鉆機(jī)蹩車(chē)、蹩泵等現(xiàn)象。特別是在鉆進(jìn)由完整的硬巖層進(jìn)入軟弱地層時(shí)，由于上部巖石完整堅(jiān)硬而形成的孔徑相對(duì)規(guī)整。繩索鉆具與鉆孔的環(huán)狀間隙較小，鉆進(jìn)一旦進(jìn)入軟弱層后，形成的鉆削顆粒變大。這些鉆削隨著鉆井液在上返的過(guò)程中，在堅(jiān)硬巖石形成的孔壁處，受到環(huán)狀間隙的限制積聚到一起。阻塞鉆井液上返通道形成蹩泵。甚至一些較粗堅(jiān)硬的顆粒，進(jìn)入環(huán)狀間隙中，形成卡鉆蹩鉆，嚴(yán)重時(shí)形成孔內(nèi)事故。這些問(wèn)題除采取上述處理辦法外，通過(guò)增大鉆具與鉆孔的環(huán)狀間隙，增加排渣能力可以解決這類(lèi)問(wèn)題。

5　結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)鉆探工作的主要目的是為了有效的獲取地質(zhì)信息。如何能夠快速準(zhǔn)確的獲取地質(zhì)資料，是鉆探工作必須解決問(wèn)題。只有進(jìn)行仔細(xì)部署，選擇符合實(shí)際需要的施工設(shè)備與工藝，綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，加強(qiáng)施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，才能確保地質(zhì)鉆探工作的順利進(jìn)行。

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P634

A

1673-0038（2015）51-0199-02

2015-11-26

郭軍（1964-），男，工程師，本科，主要從事固體礦產(chǎn)勘查鉆探工作。