鉆探施工技術在復雜地層中的應用

趙紅軍

（廣東省核工業地質局二九二大隊，廣東河源517001）

鉆探施工技術在復雜地層中的應用

趙紅軍*

（廣東省核工業地質局二九二大隊，廣東河源517001）

主要討論了鉆探施工技術在復雜地層中的應用情況，以求為未來鉆探施工質量控制提供理論支撐。先簡單討論了影響復雜地層鉆探質量的相關要素，包括地層條件因素、鉆探工藝因素等；再對鉆探施工技術在復雜地層中的實際應用情況進行討論。從實際應用效果來看，鉆探施工技術能有效滿足復雜地層處理控制的要求，具有良好的應用價值。對相關工作人員而言，在開展鉆探施工技術應用分析中，要重視對鉆探施工技術實際操作方法的討論，為獲得更好的施工效果奠定基礎。

鉆探施工技術；復雜地層；應用

在當前項目施工生產中，生產項目可能面臨多重情況的復雜地層，對整個生產過程產生影響，做好復雜地層處理技術的質量控制工作，在提高生產效果中發揮著重要意義。鉆探施工技術是常見于復雜地層中的技術類型，在復雜地層施工處理中發揮著重要意義，但從其應用情況來看，依然存在多方面的質量問題，對其應用效果產生影響。對鉆探施工在復雜地層中的具體應用進行討論。

1　影響復雜地層鉆探施工效果的相關因素

正確認識到影響復雜地層鉆探施工效果的相關要素，在提高鉆探施工質量中具有重要意義。因此，需要進一步加強對影響鉆探施工效果的相關因素討論，為獲得更好的鉆探施工效果奠定基礎。

1.1地層條件

目前，常見的復雜地層主要包括各種粘土、泥巖、頁巖、鹽類地層等（如圖1所示），這些地層在強度、脆性、層理等方面具有復雜性，容易影響整體鉆探施工質量。例如，若在施工過程中發現巖石的層理方向與垂直方向的層理硬度較大時，很容易在鉆孔過程中出現較大的彎曲現象，并且在碰到斷層破碎帶、溶洞時，出現掉鉆、卡鉆等不良工況的概率更大，最終對工程施工效率產生影響。

圖1　鉆孔工藝地質因素統計圖

1.2鉆探施工工藝

鉆孔施工工藝對地層鉆探施工效果產生重要影響，是影響施工質量的重要因素。例如，若在鉆進過程中不能有效地控制鉆進壓力，則在鉆進過程中就有可能出現鉆桿彎曲等現象，導致整個鉆孔出現彎曲；若鉆機在施工過程中的鉆速過快，則更容易導致鉆桿在回轉過程中的離心力增大，并產生橫向振動，最終導致鉆孔孔徑、孔間距增大；在施工過程中遇到軟巖（包括泥巖、頁巖等）時，若不能有效控制沖洗液的數量，會導致鉆孔孔壁被破壞，最終出現卡鉆等現象［1］。

2　鉆探施工技術應用分析

2.1選擇鉆進方法

鉆進方法是影響鉆探施工的重要因素，《巖心鉆探規程》中，根據不同地層強度，將其劃分為軟（1～3級）、中硬（4～6級）、硬（7～9級）、堅硬（10～12級）4種類型；按照完整性將其劃分為：破碎、較完整、完整3種類型。一般在施工中，主要根據其巖石的研磨性、可鉆性等進行施工，其施工方法為：（1）巖石等級為1～6級與部分7級巖石，可以選擇金剛石、硬質合金鉆進；（2）4～12級巖石選擇金剛石回轉鉆進；（3）7～12級巖石可選擇鋼粒鉆進；（4）6～12級巖石可選擇金剛石沖擊回鉆鉆進；（5）6～8級巖石可選擇硬質合金沖擊鉆進。在整個鉆進過程中，嚴格按照《巖心鉆探規程》的相關內容展開質量控制工作，以保證在復雜地層鉆區能獲得良好的施工質量。

2.2選擇鉆孔結構

鉆孔結構也是影響鉆孔施工質量的重要因素，對鉆探施工效率、施工成本等產生重要影響。因此在選擇鉆孔結構時，需要充分考慮終孔直徑、鉆孔深度等因素對鉆孔施工質量的影響，通過合理選擇開孔直徑與換徑深度，為獲得更好的施工效果奠定基礎。根據施工經驗，在施工過程中主要采用?130mm、?110mm、?91mm等多徑成孔，并將?75mm作為技術口徑備用，采用優質泥漿護孔。

2.3重視對施工方法的改進

朱益明［2］等在許家咀礦區施工中，在原有鉆孔技術的基礎上，對生產技術做進一步優化處理，收到良好效果，其主要優化措施包括：

（1）鉆孔結構的優化與改進。在該工程項目中，重視對鉆孔結構的改進與優化，將傳統的“四級口徑，三級套管”鉆孔進行優化，成為“五級口徑，四級套管”的鉆孔結構。其處理方法為：（1）通過?150mm口徑鉆孔，在鉆穿第四系土層后，設置?146mm套管，其管深為（18±2）mm；（2）以?130mm的鉆孔穿過淺部溶洞，并設置?127mm套管，以充分隔離溶洞與風化層，套管深度為（150±50）m；（3）依靠繩索取芯鉆具的優點，選擇JS113繩索取芯鉆具，在鉆至地下水位后（在該項目中，地下水位深度約為330m），設置?108mm套管護壁，保證孔內清洗液能連續上返到孔口；（4）選擇S95繩索取芯鉆具，在化學泥漿護壁幫助下逐步打穿強水敏地層，并設置?89mm套管護壁，并以S75繩索取芯工藝聯合化學泥漿護壁的方法鉆至終孔。

（2）改進沖洗液。在該工程項目中，原沖洗液組成主要為PHP+清水+皂化油的無固相泥漿，這種泥漿不能滿足抑制地層水敏性的需要，導致在鉆孔過程中出現卡鉆、埋鉆的情況時有發生，最終影響工程質量。為有效解決該問題，該項目技術人員對抑制水敏性的泥漿進行研究，最終確定：要在低固相泥漿液中加入腐植酸鉀、PHP，并根據需要添加廣譜護壁劑等，使其成為化學泥漿。在現場配置中，保證泥漿比重為1.05～ 1.10g/cm3，粘度為30～35s，pH值為8，按照該比例進行配置處理。從后期該改進方法的應用情況來看，該改進措施具有良好的應用價值。

而針對堵漏技術處理中，根據地層漏失程度對其進行優化，通過向泥漿中添加磺化瀝青等惰性材料，避免沖洗液過度損失；采用高標號水泥封孔，并向水泥漿中加入水玻璃以加快水泥凝固。在經過上述處理后，分別選取4個鉆孔，對其下管處理的相關內容進行分析，保證沖洗液能循環運作，其基本資料如表1所示。

表1　鉆孔下管資料統計表

從該工程的實際情況來看，提示相關工作人員，在開展鉆探施工技術質量控制中，要重視對施工質量問題的發掘，在充分認識影響工程質量的相關要素后，再對施工技術進行優化，爭取能有效地解決鉆探施工中的質量風險。

2.4組合鉆探工藝

冉恒謙等［3］通過研究發現，組合鉆探工藝在復雜地層中的應用情況良好，能有效地滿足其質量控制的需要，為未來鉆探施工技術的應用與創新奠定堅實基礎。

2.4.1組合鉆探工藝的基本原理與特點

組合鉆探工藝的實質，就是通過聯合應用空氣反循環連續取樣、水利反循環連續取樣等技術的綜合型地質鉆探技術。在技術應用過程中，空氣反循環連續取樣技術充分利用了雙壁鉆桿，再以循環媒介為基礎的前提下，以沖擊回鉆的方式進行施工。在循環過程中，循環介質以雙壁鉆桿內外管環隙中心為媒介而到達表面，并以收集到的地質樣品為核心，為復雜地層分析提供有效樣本。從應用情況來看，該技術方法具有成本低、適用范圍廣等優點，尤其是在干旱地區的應用效果更加明顯。

2.4.2使用范圍

組合鉆探工藝通過空氣反循環聯合取樣，主要被應用在干旱缺水或取芯困難的地層找礦中，其鉆進深度為（250±50）m，能滿足多種形式下的鉆孔施工需要。

2.4.3應用情況分析

該技術在我國已經得到廣泛推廣，并在貴州、黑龍江、新疆等地區得到廣泛應用。例如，黑龍江齊齊哈爾礦產勘查總院在應用該方法后，在6個月的時間內連續鉆探深度超過22000m，與原有技術相比，該技術的生產效率更高，且生產成本下降約60%，收到良好的應用效果。

3　結束語

主要討論了鉆探施工技術在復雜地層中的應用情況，并結合相關資料，對其具有的優化方法進行分析。總體而言，在復雜地層地區應用鉆探施工技術時，需要重視對鉆探規程參數的設置與控制，并在當地地層條件的基礎上，進一步優化施工處理方案，為獲得更好的施工結果奠定基礎。

［1］焦德全.復雜地層中的鉆探技術研究［J］.科技傳播（應用技術），2012（3）：112-115.

［2］朱益明，張軍，胡飛，等.許家咀礦區復雜地層鉆探施工技術方法改進［J］.資源環境與工程，2014，28（3）：293-296.

［3］冉恒謙，張金昌，謝文衛，等.地質鉆探技術與應用研究［J］.地質學報，2011，85（11）：1806-1822.

P634

B

1004-5716（2016）07-0041-03

2015-07-02

2015-07-08

趙紅軍（1973-），男（漢族），吉林德惠人，工程師，現從事地質勘查探礦工程技術工作。