关于岩芯钻探工程复杂地层施工问题的探讨_钻探复杂地层论文

　　摘要：地质钻探的钻孔技术目的是获取矿山地质资料和岩土层的各项物理、力学、化学参数。钻探工作中经常遇到地层渗漏、孔壁坍塌、钻孔缩径等复杂地质情况，由于孔壁的不稳定，常会出现卡钻、埋钻事故。若不及时治理，就可能造成孔内事故频繁发生，处理时间过长，或将导致钻孔报废。为了快速、安全、准确的钻探取心，就要从最初钻探设计时便开始采取“预防为主，防治结合”的原则。结合云南楚雄市小水井金矿钻探等实例，总结出钻前预留一级孔径、钻中采用套管与钻井液堵漏等方法，为后续钻进工作达到又快又好的效果，提供一些技术参考。
　　关键词：钻探；防治；措施
　　0引言
　　“工欲善其事，必先利其器”，为了快速安全的钻进，首先便要搞清所钻地层的基本性质。有关资料统计，复杂地层在地质钻探中的工程进尺只占总进尺的30％左右，而完成这些工程量所要花费的工程成本，却占整个工程成本的60％以上，而且90％以上因事故而报废的工程量又都发生在这些复杂地层的钻进中。所以钻探中遇复杂地层时，应慎重的采取适当和有效的钻进方法。就笔者多年的钻探施工技术管理经验来看,针对复杂地层，不论采用何种钻探工艺，其设计和实施时都应本着“预防为主，防治结合”的原则进行。
　　1复杂地层的性质分析
　　在钻探过程中，遇到的复杂地层通常可分为两类：一是在构造运动作用下形成的复杂破碎地层，即由地质构造运动所产生的挤压、张拉、剪切等作用，使岩层产生节理、裂隙、裂缝、断层和片理，其中坚硬的脆性岩石受构造力的剧烈作用最容易形成复杂破碎地层。二是由外力地质作用所形成的复杂破碎地层，即风化层、河流冲积层、洪积层，风积层。岩层经风化作用变为岩性较松散、胶结不良的风化层，而冲积、洪积、风积作用形成的各种沉积层一般含有粘土、流砂、卵石、砾石、漂石成为复杂的地层。由于在破碎地层中，碎块状岩石的大小不均、胶结性差、结构松散、换层频繁、软硬悬殊、颗粒级配悬殊等特点，所以在钻进过程中碎块不能稳定受力，容易发生滚动，产生多个切削面，使得破岩效率降低，岩心采取率低，容易出现垮孔、掉块和卡钻等事故；再者因为破碎地层渗透性强，容易造成冲洗液漏失，或者出现涌水等事故。钻探实践表明，在复杂破碎地层钻进施工，技术上主要存在“三难”——钻进难、护壁难、取芯难。
　　2预防措施
　　2．1采用大于常规口径一级的口径开孔
　　采用大于要求口径一级的钻孔口径开孔，目的是应对上部复杂地层。由于采用的口径级别大两级，当钻遇复杂地层时，即使下人套管，换用小一级口径钻头继续钻进时，仍能保证采取岩心的直径符合要求。
　　以楚雄市小水井金矿金矿为例。其终孔口径要求不小于φ75 mm，取心的钻具选用S75的绳索取心钻具或φ76 mm普通单动双管钻具，开孔口径便选取了φ110 mm，钻头入岩时便下人φ108mm的孔口套管。 φ108 mm的孔口套管下过后，换S95绳索取心钻进100～300 m(现在有深孔复杂地层系列绳索取心钻具S95一SF)，此时便遇到钻井液漏失严重等复杂状况，钻至此段钻孔时，使用堵漏泥浆快速穿过，然后下人φ89 mm套管，隔离上部复杂地层。这时，再换φ75 mm(钻头φ76．5～77．5 mm)绳索取心钻进。注意不可看到岩心稍完整便下入孔口套管，应该选择没有复杂情况的岩层时下入，如蚀化层与破碎地层等就不适宜下人孔口套管。
　　同样，如果要求使用取心钻具为φ59 mm绳索取心或φ66mm普通双管，孔径大一级，便需要开孔直径是φ91 mm，但现在一般要求常规钻进最小口径为φ75mm。
　　2．2深孔不可小径“一径到底”
　　深孔，一般指设计孔深为1000～3000 m的钻孔。小径，目前即指φ75、59 mm的绳索取心口径或φ66 mm的普通双管口径。全国危机矿山接替资源找矿项目管理办公室技术管理处要求的钻孔口径≮59 mm(原则上不允许采用φ56 mm的口径)。
　　在深孔施工中，不可在下过孔口管后，没有过渡孔段而直接换成φ75、59或66 mm的钻具转入常规口径钻进，并一径到底。
　　原因在于：在钻进中遇复杂地层孔段，由于采用一径到底”的方式，不能下套管，因此无法发挥套管应对复杂地层的优势。特别在孔深200 m上下，甚至300 m以内，若扩孔下套管隔离，孔段太长，扩孔难度增大，造成的经济损失太大；若不下套管隔离，复杂地层孔段难以治理，继续向深孔段钻进，上部孔段仍有隐患。
　　简单地说，常规的护孔堵漏措施中，套管隔离是最有效且高效的方法，任何时候都不要放弃套管护孔这一可靠的技术手段。
　　2．3钻井液选配
　　一般的钻探工作中，尤其在水资源丰富地区，均采用清水钻探。清水钻探经济易得，而且减少钻进阻力，提高机械钻速。但是，当遇到复杂地层时，清水就显得力不从心，往往会与选用清水的初衷背道而驰。因此，在钻进工作中，首先应查看此地以前的钻孔资料，如果曾经发生过复杂情况，为了全局的经济性，应该选用低固相泥浆。
　　如SM—KHm超低固相泥浆与普通泥浆及SM植物胶泥浆相比，性能稳定，悬浮力强，流变性好，可稳定井壁，保证岩心的采取率。适用于结构松散，钻进中孔壁稳定性差，水敏性强，自然造浆严重，孔壁易出现缩径现象的地层。这种钻井液在云南岩土工程勘察设计研究院所承担的深孔勘查项目中取得了良好的效果。
　　3治理措施
　　在某些地区，即使事先采取预防措施，孔下的复杂情况仍然难以对付。通过上面复杂地层性质分析可以知道，常见的地层复杂情况包括力学不稳定地层和漏通地层。这两种复杂情况成因不同，应该分而治之。
　　3．1力学不稳定地层
　　力学不稳定地层也即指外力地质作用形成的地层，由于受地质成因或受构造运动产生多向挤压作用，地层内部受力不均匀，一旦被钻穿后，就破坏了原始的平衡状态，加之受重力作用使孔壁产生不稳定的坍塌、掉块现象。
　　此种复杂地层分布不均，一般占钻孔进尺的几十至几百米。针对这种地层不稳定的性质，其应对方法一般为采用“三高”钻井液，并应用高速钻进配合。可总结为以下施工顺序：高性能泥浆护壁→先止涌后堵漏快速穿过→惰性材料高分子交联冻胶泥浆封堵→建立水泥孔壁→套管隔离→延伸钻进。