地质论文：试论复杂地层深孔钻进的技术

　　 摘要:社会经济的发展对于交通道路的要求更加严格，随着隧道工程数量的增多，施工作业时面临的难度也在不断增加。复杂地层深孔钻探施工则是典型的高难度作业,对钻探施工工艺技术的要求更加严格。针对这一点，本文结合工程实例重点分析了复杂地层深孔钻进的相关问题。
　　 关键词:复杂地层论文；深孔钻进论文；技术论文
　　 在社会现代化建设工程中，对我国自然资源开发使用变得更加普遍，而开发深部矿产资源则是地质找矿的有效途径。在未来的发展时期中，深孔和超深孔的钻探工作量会不断增大,施工队伍遇到的复杂地层深孔钻进施工也会更加艰难。只有借助于先进的施工技术，才能保证钻探工艺得以改进。而要想达到日益增多的深孔钻探施工要求，则要从多个方面展开工作。
　　1案例状况论文
　　 某矿区岩层主要包括了安山岩、蚀变安山岩、砂砾岩、泥岩、碎裂蚀变岩等,而蚀变集中体现在硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化,另外则是碳酸盐化、高岭土化、钾化等。在科技水平的促进下使得找矿工程取得很大的进展,钻孔不断变深,大多钻孔达1000m左右,最深的也实现了1500m,对复杂地层条件下的深孔钻进技术多方探究意义重大。
　　2钻探设备的配置与钻探机具的选择
　　2.1钻探设备的配置
　　为了保证金刚石绳索取心钻进的需要,一般可选择立轴式钻机,应采用全液压动力头式钻机。因为它可实现长行程(3.5m)钻进,工作平稳可靠,可远距离控制钻机操作,劳动强度低,钻机过载保护性能好,回转和给进可实现无级调速,可精确控制钻压、转速,可根据地层条件、机具情况优选钻进参数,能较好的满孔钻进的工艺要求。
　　2.2钻探机具的选择论文
　　深孔钻进采用直接式进口钻杆或铝合金钻杆,取心工具可采用国内外金刚石绳索取心钻具。在破碎地层或坚硬打滑地层应采用金刚石液动潜孔锤绳索取心钻具钻进,随着孔深的增加,回转阻力的加大,为了提高钻进效率和钻孔质量可采用多技术集成的“三合一”(螺杆马达+液动锤+绳索取心)钻进工艺。
　　3钻进工艺的优化
　　3.1钻孔结构
　　 选择钻孔结构过程中必须要结合多方面的信息，如：地质条件、钻孔深度、终孔直径、钻进方案、护孔措施等等，对于开孔直径、换径次数、下套管程序、终孔直径等也要进行综合考虑，这样才能保证钻孔施工有序开展。对孔深在1000m以下的能选择PW(Φ146)开孔,而大于1000m的钻孔则要选择Φ168开孔,选择不同的口径，其钻进深度和换径次数也不一样，施工人员应该参照地质环境，机械设备、工程方案等内容确定孔径大小。
　　3.2钻进方法论文
　　根据岩石的可钻性、研磨性、完整程度来选择钻进方法。可钻性1～6级和部分7级岩石宜选用硬质合金、聚晶金刚石、复合片钻进；可钻性4～12级岩石宜选用普通金刚石回转钻进或绳索金刚石钻进；可钻性7～12级岩石特别是弱研磨性岩石,可选用金刚石冲击回转钻进。松散破碎地层可采用跟管钻进,钻孔深度超过500m的可采用不提钻换钻头绳索取心钻具(套管钻进技术)或反循环连续取心(样)钻进方法。
　　3.3钻进参数选择与组成论文
　　 若复杂地层参照超径之后，受到流速的影响而使得岩粉颗粒在超径处悬浮沉积,停泵后则会发生夹埋问题。这就需要将泵量进行增加处理，以维持岩粉的正常排出。另外，还应该深入分析泵量对孔壁的冲刷以及钻头胎体冲蚀带来的作用。
　　 对遇到钻孔弯曲、超径、破碎岩层等不同环境时，则应该将钻压合理地降低。钻进时要保证钻压处于稳定状态，禁止使用升降机减压。而正常钻进时需保证处于钻机能力和管材强度范围内，可根据需要适当提升转速。当孔深、钻孔弯曲、超径井内阻力过大时，则要降低转速。遇到斜孔钻进操作时，考虑到提升机械转速则尽可能使用高转速,这样能够减小轴心压力的损失。
　　3.4钻孔护壁与堵漏
　　3.4.1复杂地层深孔钻探对冲洗液的要求：(1)具有良好的护壁性能。冲洗液具有较低的滤失量和较强的造壁性,具有吸附、粘结孔壁作用,形成的泥皮薄而韧性强,能有效保护孔壁稳定。(2)具有良好的润滑性能。粘附系数小,能有效降低摩擦阻力,降低回转阻力,防止粘附卡钻等,减少动力和材料消耗,延长钻具寿命。(3)能防止钻具结垢。冲洗液应具有超低固相和极细分散性,流变性能好,能有效防止钻具结垢,避免内管打捞失败。(4)具有良好的携带岩粉、清洗孔底和冷却钻头的性能。冲洗液的粘度、切力、动塑比等应适中。
　　3.4.2钻孔冲洗液的选择：(1)如果覆盖层的对上部较松散、易坍塌，则要使用护壁性能好的泥浆。具体调配方法:纯碱+膨润土+中粘纤维素+植物胶+PHP。泥浆性能参数:粘度低于35s内、密度1.03kg/L；失水量在11～15mL；pH值8.5；(2)遇到结构性能异常的地层，则需要使用性能优越的低固相泥浆,泥浆体系为:烧碱(NaOH)+膨润土+高粘纤维素(Na-CMC)+植物胶+聚丙烯酰胺(PHP)。泥浆性能参数:粘度18～25s、密度1.03～1.05kg/L；失水量10～15mL；pH值8～9。(3)钻进水敏性地层后则选择低固相钾盐泥浆。这样可以对水敏性地层的膨胀缩径和坍塌水化问题严格控制。泥浆配方:烧碱(NaOH)+膨润土+低粘纤维素+植物胶+EZMUDDP(泥页岩稳定剂)+氯化钾(KCl)+聚丙烯酰胺(PHP)。泥浆性能参数:粘度25～35s、密度1.07～1.1kg/L；失水量6-8mL；pH值8.5-9。
　　3.4.3钻孔漏失的处理:施工过程中出现孔内漏失后则马上中断钻进,采取必要的堵漏。现实操作环节里，应该按照孔内状况制定合适的堵漏方案:(1)Aus～plug堵漏剂堵漏:适合中、大裂隙堵漏,首先使用清水浸泡,然后泵送冲洗液根，持续浸泡的时间需按照孔深大小而定，一般情况时间多控制在唉25min内，这样可以保证堵漏剂到达裂隙,达裂隙之后立刻停泵,等待30min之后则观察效果。(2)孔隙性漏失及小裂隙的堵漏:将粘土、乳化沥青、惰性材料融合在冲洗液中，然后结合可凝聚冲洗液实施随钻堵漏。水玻璃泥浆则要随钻堵漏,水玻璃的加量通常在3%～5%,适合常规裂隙的堵漏，在护壁方面也能起到一定的作用。(3)803堵漏剂:主要用于大裂隙,每桶添加膨润土8%～12%,持续搅拌20min,再加8%～12%的大裂隙堵漏剂实施灌入,按照裂隙、地下水位以掌握实际替浆泵量,直至堵漏剂完全压入裂隙，持续等待30min后送水，观察返水情况决定是否再堵。(4)混凝土纤维+水泥:封堵的最大直径是9mm的孔洞，每方加2～4kg，长度在9～12mm的纤维,水泥浆的水灰比在0.5,先加水泥再添加纤维。配好浆后,由孔口倒入，然后将替浆水灌入,持续等待30min之后送浆测水位。(5)水泥网袋堵漏:钻孔施工碰到溶洞、老坑道等大洞穴时,则要选择网袋注浆封堵洞穴。网袋的尺寸在6～7mm,网袋的伸展直径在2m。
　　4结语
　　 综上所言，深部钻探工程技术在收集地下深部矿产实物地质资料中是最佳方式。施工人员应该对钻探设备的配置、钻探机具、钻进工艺等相关技术高度关注，针对复杂地层深孔钻进施工操作严格控制。
　　
　　参考文献
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　　[2]史晓亮,刘晓阳,段隆臣,汤凤林.新型打滑地层钻头的研究[J].吉林大学学报(地球科学版),2004,(03).
　　[3]靳冠英.中国大陆科学钻探工程钻井数据统计查询系统[D].中国地质大学（北京）,2006

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