淺談破碎地層鉆探施工

朱澤淼

摘 要：隨著我國礦產開發的力度的加大，鉆探施工面臨著更加艱巨的地質條件。施工環境地質條件復雜，很容易在施工過程中鉆孔出現坍塌、縮徑、掉塊、鉆孔彎曲，鉆具出現掉鉆、卡鉆、埋鉆等現象。本文從鉆探方法，鉆進工藝等方面出發，研究相應的解決方法，提高破碎地層鉆探施工的效率和質量。

關鍵詞：鉆探；破碎地層；解決方法

近30年來，我國經濟飛速發展，對于礦產的需求也相應的增加。因為大量的礦產資源開發，所以很多探礦工程面臨著更為復雜的地質條件。施工過程中很容易出現坍塌、掉塊等現象，造成鉆孔彎曲，鉆具出現卡鉆、夾鉆等事故的出現。這樣既加大了施工難度，又容易出現安全事故。在這些情況下，必須加強鉆探技術研究，提出相應的解決方法，提高鉆探施工效率和質量。

1 破碎地層影響鉆探施工的主要因素

影響破碎地層施工的因素包括地層因素、施工設備和施工工藝等。施工過程中根據不同的地質條件，要合理的選擇合適的施工設備及方法。如果協調不好各種因素，很容易導致鉆孔施工不順利，出現事故的現象。

1.1 地層因素

破碎地層一般層理和片理較發育、地層產狀變化較大，地層的巖石或上體軟硬不均，彈塑性、水溶性的性質變化很大，斷層、斷裂很多。施工中常遇到漏水、坍塌、掉塊、溶洞等現象。這些現象，極容易影響鉆機的正常施工，會出現巖心采取率不足，鉆孔彎曲等問題。

1.2 鉆探設備因素

鉆探設備的好壞是直接影響鉆探施工，所以鉆探設備配置的合理至關重要。現在有很多隊伍采用立軸式鉆機。這類鉆機采用機械傳動，主動鉆桿在孔口控制不穩定，設備產生強烈震動傳入孔底，對巖心有一定的破壞。如果鉆探設備磨損嚴重，當遇到復雜地層時，不能精確合理控制轉數和鉆壓，也將影響鉆進效率和施工質量。

1.3 鉆進中出現的問題

1.3.1巖心采取率低

鉆進時，巖心應該以柱狀進入內管。巖心在進入內管時與內管產生摩擦力，如果巖心完整受到的摩擦力相對較小。破碎的巖心在進入內管前彼此之間內應力很弱，在扭矩作用下形成破碎巖心，破碎巖心互相磨損，塞住了進入內管的通道。這種情況下，循環水路不暢通，大量巖心磨損參與循環，降低了巖心的采取率。

部分大顆粒狀的巖粉，進入到鉆具外管和內管之間，使內外管間的摩擦力增大，內外管都轉動。在這種情況下，進入內管的不完整巖心相互之間摩擦，細小的巖心顆粒受到震動進入沖洗液中參與循環，造成巖心采取率不足。

1.3.2鉆進中出現夾鉆、埋鉆等現象

鉆進中，轉數過快時，鉆桿橫向震動，使孔壁受到很大的沖擊了，這種情況下大量孔壁有掉塊落入孔底。如果有掉塊卡在擴孔器和孔壁之間，將出現夾鉆的現象。如果大量掉塊和反復被磨損的巖心堆積在孔底，將出現埋鉆的現象。

1.3.3鉆孔彎曲

鉆進壓力過大時，會造成鉆桿彎曲，鉆頭緊壓孔底，鉆桿緊貼孔壁一邊，造成鉆孔彎曲。鉆進轉數過高，很容易造成鉆桿橫向震動，使孔壁間隙增大，造成鉆孔彎曲。如果在復雜地層中使用過量的沖洗液，會沖刷破壞孔壁，使孔壁強度降低，破碎的巖石被沖洗液反復沖刷進入循環系統中，造成鉆孔彎曲。

2 提高鉆探效率的方法

由于破碎地層施工條件的艱難，所以需要提出一些合理的優化建議和方法。從多方面考慮，提高鉆探的施工效率和質量。

2.1 鉆孔結構的選擇

破碎地層層理、片理發育，地層變化較大。鉆孔結構設計和選擇直接影響鉆探的效率和質量。因此，鉆進方法、護孔方法、地質條件等內容是在破碎地層施工前必須要充分考慮的。鉆機開孔前，根據當地的水文條件、終孔深度，選擇合理的開孔直徑、鉆進方法、換徑次數、下套管順序、護孔措施等內容。在破碎地層鉆探施工中，地層情況和施工情況決定開孔直徑和換徑的次數。終孔的深度和直徑根據地質需要和設備的能力來確定。

2.2 鉆探設備的選擇

鉆進施工中，鉆探設備的選擇是否合適直接影響鉆進的效率和質量。施工前，應該根據地層情況、施工設計傾角、施工設計深度、施工工藝等條件選擇合理的鉆探設備。鉆探設備包括鉆機、鉆塔、泥漿泵及其他一些附屬設備。檢查鉆探設備相互之間是否匹配，設備的維護和保養尤其值得注意。嚴格遵照操作規程，確保設備安裝正確。安裝的設備要穩定，保證在出現事故時能夠具備及時處理事故的能力。如果經濟條件允許的情況下，可采用動力頭式鉆機。動力頭鉆機能加強鉆桿導正，減少震動，鉆進平穩，能夠提高施工的效率和質量。

2.3 鉆探工藝的選擇

鉆進施工中，根據地質條件、工作環境、巖石的可鉆性、研磨性和完整程度選擇合理的鉆頭和鉆具，合理準確的設定鉆進壓力、轉數、泵量的參數，保證巖心采取率。加強巖心的采取率，可以考慮使用底噴鉆頭或孔底反循環鉆進。

使用高效的沖洗液來保護孔壁，加大孔內巖粉的排出，盡量保證巖粉被沖洗液全部帶出孔外，不在鉆孔中參與循環。地層破碎嚴重時，可降低泵量，保證巖心的采取率。泵量控制在既能冷卻鉆頭，又能攜帶巖粉。如果出現漏水現象，可采用聚丙烯酰胺加水泥漿液、聚丙烯酰胺加水玻璃等方法堵漏。

確定巖石的可鉆性，選擇合適的鉆頭。不同地層可以使用金剛石或硬質合金鉆頭。準備長度合適的短鉆桿和鉆具，合理確定每一個回次的機上余尺。巖石破碎嚴重，極易堆積在孔底，反復磨損，出現進尺距離短但內管已堵住無法進巖心的情況，這時要加大提內管次數，保證巖心的采取率。

3 結論

破碎地層施工，受其他因素影響大。因此要加強鉆孔結構、鉆探工藝等方面的認知和了解。根據實際情況，加強自身能力和工作態度，使工作效率和質量得到提高。

參考文獻：

[1] 湯鳳林.巖心鉆探學[M].中國地質大學出版社，2009.

[2] 孫長青.鉆探施工中坍塌與縮徑地層的處理[J].煤炭技術，2015，30（9）：159-160.

[3] 付文.論鉆探中復雜地層的處理和防治[J].建筑工程技術與設計，2014.