钻探工程中的复杂地层钻进技术分析

钻探工程中的复杂地层钻进技术分析

石文科

新疆维吾尔自治区地质矿产勘察开发局第八地质大队

新疆维吾尔自治区阿克苏地区阿克苏市 843100

摘要：为了满足水文、矿产等诸多方面的需求，地质钻探已然成为一门炙手可热的重要行业。但在实际钻探生产过程中，总会因为复杂地层而引发各种孔内事故。不仅影响钻探工程进度，还影响了矿芯采取率。因此，本文主要从复杂地层的成因入手，深入分析钻进技术的应用策略，并对措施成果进行小结，以供参考。

关键词：钻探工程；复杂地层；钻进技术

引言

在复杂地层中进行钻进工作始终是小口径岩心钻探的技术难题。复杂地层从护壁角度来讲，指的是对钻进工作具有阻碍作用的所有特殊岩性的地层。复杂地层包括胶结不良地层、遇水膨胀性地层、软硬互层、松散地层、溶蚀性地层以及由于地质运动导致的裂隙、破碎、断裂性地层。在这些复杂地层中进行钻进容易导致漏失、涌水、掉块、坍塌等情况，若如处理失当，还会导致钻进困难甚至施工事故。

1、应用钻进技术过程遇到的问题及其原因分析

（1）风化作用下形成的复杂地层：松散的孔隙地层（如流砂层、砂砾石层等）或者风化裂隙发育地层，钻探过程中遇到这种类型的地层，很容易出现孔壁垮塌、超孔超径、涌砂等状况。

（2）地质运动导致的复杂地层：岩层在形成过程中在不同地质运动（若挤压、沉积、溶蚀等）的作用下，形成像碎石带、松散层等复杂情况。钻进工程中若遇到构造裂隙或成岩裂隙等因素形成的断层、节理发育地层，就会导致井壁掉块、坍塌、漏水等情况。

（3）地层本身的矿物岩石组成造成的复杂地层：由于地层本身存在着储油、气、水的封闭型的背斜构造，或者逆掩断层封闭构造，会给钻探施工带来极大的工作难度。一旦出现问题将会出现井喷等一系列不良后果。

（4）岩性自身导致的复杂地层：由于岩浆活动或放射性矿物相关的地层，都属于高温地层，当地热井或超深井遇到这类地层时，泥浆处理剂将会失效，导致地层不稳定，带来的危害也是可想而知的。因此，在钻进施工过程中，若不能及时处理很容易出现掉钻、埋钻等情况。

（5）溶蚀作用导致的复杂地层：地下水主要通过水化与溶解对岩石进行破坏。当花岗岩被地下水水化并溶解时，原本坚硬的花岗岩中的碳酸钾在水中溶解并被带走，无法溶于水的石英粒与高岭土的混合体，在钻进岩石时就容易发生坍塌。碳酸（气）变成碳酸氢钙，形成平时见到的溶洞，容易发生漏水、涌水等问题。

2、钻探工程在复杂地层中钻进技术的对策探讨

2.1、组合钻探技术

顾名思义，该工艺技术正是通过把多种传统钻井工艺技术的优点融合在一起所开发出来的钻井工艺技术，具体来说就是将传统空气反循环法、绳讨取心和水力反循环法中的钻井工艺技术优势有机融合起来的一门钻井工艺技术。但是，该工艺技术必须通过液体的循环介质方可顺利进行工作。此工艺技术主要适用于较为干燥缺水的无水地区，和在探取测井岩心困难的复杂地貌上进行勘查，从该工艺技术初期，就开始在中国甘肃、西藏等地方进行了使用。相对于与传统的勘查工艺技术，组合钻井工艺技术可以将效率至少提升五倍以上，同时也能够极大的节省施工成本。该科技在国内外的地质勘探中都拥有着非常广阔的发展前景。

2.2、反循环钻探技术

反循环法的钻井技术主要可分成水力反循环法钻井技术和空气反循环法钻井技术，它是以介质为划分基础的，因此循环方法也和正循环相反。由水流、泥浆或压缩空气通过钻具环空后到达钻井的最下方，然后再通过钻头、钻具等返回到地层。在组织施工期间，无论是采取何种钻井技术，都要正确的认识到其存在的优点和不足，并且针对于存在的问题提出相应的问题解决方案。虽然水力反循环法钻井技术大多是在勘探水资源的时候使用，但针对于某些较干燥或无水区域，该技术的应用范围也会有局限。另外，虽然水力反循环技术在实际使用时能够探取到相对完整的岩体样本，取心质量也非常好，而且对岩石的判断也非常准确，不过由于其钻孔速率较慢，因此效率远不及空气反循环法的钻井技术。相反，由于空气反循环法技术并不适宜于进行对自然资源的勘探，而且由于通过该技术所探取得信息的不准确，可能会对今后进行的资源勘察工作有一定的限制影响。不过，空气反循环法技术仍然具备制造成本小、人员劳动强度低、钻井效益大等优势。总而言之，在施工期间要按照地质情况采取合适的钻进技术。

2.3、液动潜孔锤钻探技术

在众多钻井技术当中，以水动潜孔锤钻井技术较为领先，它主要是在使用时是通过冲洗水与潜孔锤之间产生作用力，使潜孔锤与钻头之间形成一定的反应，从而导致钻头与岩层产生撞击，进而得到一定的勘探资料。该技术在使用过程中，钻机还需要对岩体进行不断的冲击，如此一来，才能适应于某些相对坚硬的地质环境。液动潜孔锤钻井技术，极大地提高了硬岩的钻孔利用率，有效减少了钻井成本，同时由于钻井质量较好，可应用于复杂岩性地层的钻孔。同时，为减少对潜孔锤的损坏，在进行冲洗水时要保证浆液具备较低的黏稠度，并控制清洗水的含砂量，从而使得其具备很好的润滑性能。

2.4、绳索取心技术

绳索取心钻孔技术是当前领域应用率最大的一种钻孔技术，在应用它时探取的岩心质量通常很高，而需要的钻孔深度则较低。此外，利用绳索式取心的钻井技术也可以提高钻井效果，从而降低钻具在正常工作时的提升速度所花费的时间。但当采用该工艺技术时，需要通过专门带钢丝绳长度的打捞装置实施打捞，通过打捞装置可以将孔底的内管衔接起来，从而将其抽取到地层中上来。设计打捞装置的主要工作目的是为降低阻塞状况，以便降低对钻杆的损坏。而地质勘察施工中所采用的绳索取心式钻孔工艺技术，则对施工机具技能的要求颇高，可降低施工人员的工作劳动强度。因此，就深层结构而言，由于深层结构指的是地质状况相对复杂且钻井深度较深，而在通过绳索取钻探技术进行开展勘察工作时，必须综合地考察内因和外因等多种原因，对所获取的岩心信息加以认真的分析研究，并通过对具体的环境条件和学科的基础知识来加以探讨，然后再以自己的工作经历作为辅助来作出最后的分析，获取结论。另外，在勘察施工进行前还必须制订出尽可能全面的紧急预案，防止错误性的作业。

2.5、空气泡沫钻进技术

空气发泡钻孔术，是把气体、液体加上少许发泡剂搅拌起来的发泡流体作为冲洗介质的钻孔术。在开展地质勘察工作时出现采空区、空巷等各种问题岩层时，采用传统的钻孔技术将很难顺利勘探到合适的地质信息，甚至在施工期间会形成多种不同类型的施工事故。而采用空气泡沫钻孔技术则能够合理地处理钻孔漏掉等施工困难，从而有效地改善地质勘察钻进工作。

结束语

总而言之，复杂地层的形成原因主要包括矿物岩石构成、风化作用、流水作用、地质运动作用、溶蚀作用与岩性自身特点等内外部因素。针对六种不同的复杂地形可以采取不同的钻进技术，通过钻进泥浆排出量、胶结度、失水度与润滑度的控制，来减少岩层破碎的可能性，降低钻进的难度，保证钻探工作的效率与质量。

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