论钻探中复杂地层的处理和防治

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。

关键词：经济；钻探；防治；措施

引言

自改革开放以来，我国的经济总量和科技发展水平都得到了显著的提升，各行各业的发展都进入了一个高速增长的时代，全国各地的城市建设规模在不断扩大，矿产资源消耗量也在不断增加。因此很多建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程在改建扩建的同时，就可能要面临更为复杂的地质条件，比如产状较陡、软硬不均的岩石地层、断层破碎带、岩溶地区、海洋湖泊等，很容易在钻进过程中出现卡钻、掉钻、埋钻以及钻孔弯曲等现象，导致钻孔报废，严重者可能会出现重大的安全事故，因此复杂地层中的钻探施工难度更大，这时就必须加强复杂地层中的钻探技术研究，提出更为合理有效的钻探措施，提高钻探工作的效率，避免安全事故的发生。

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。

以大华钨矿孔410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φ111mm，钻头入岩时便下入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。

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，均采用清水加剂钻探。清水加剂钻探经济易得，而且减少钻进阻力，提高机械钻速。但是，当遇到复杂地层时，清水加剂就显得力不从心，往往会与选用清水加剂的初衷背道而驰。因此，在钻进工作前，首先应查看此地以前的钻孔资料，如果原有的资料记录了地层复杂情况，为了全局的经济性，应该选用低固相泥浆。

1、水敏性地层，易吸水膨胀、缩径的地层： （1）一般水敏性地层：SH和ST-1按基本无固相配方制浆后加入0.2%以上（按浆液重量）的Na-CMC（钠羧甲基纤维素），降低失水量； （2）较强水敏性地层：SH或ST-1按低固相泥浆配方制浆后加入0.2%-0.3%（按泥浆重量）Na-CMC，可进一步降低失水量，抑制地层水化膨胀。 2、基岩挤压破碎带，护壁比较困难，易坍塌掉块地层；可在SH或ST-1无固相或低固相泥浆中加入：KHm（腐植酸钾）1-1.5%Na-CMC0.2%以上

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。

参考文献

[1]赵国隆，刘广志，李常茂.勘探工程技术.上海科学技术出版社，2003，12

[2]李世忠，等.钻探工艺学。北京；地质出版社，1922

[3]胡郁乐，张绍和.钻探事故预防与处理知识问答。中南大学出版社，2010，3

[4]刘广志，岩心钻探事故预防与处理。地质出版社，1986，10