浅谈破碎地层钻探施工

摘 要：随着我国矿产开发的力度的加大，钻探施工面临着更加艰巨的地质条件。施工环境地质条件复杂，很容易在施工过程中钻孔出现坍塌、缩径、掉块、钻孔弯曲，钻具出现掉钻、卡钻、埋钻等现象。本文从钻探方法，钻进工艺等方面出发，研究相应的解决方法，提高破碎地层钻探施工的效率和质量。

关键词：钻探；破碎地层；解决方法

近30年来，我国经济飞速发展，对于矿产的需求也相应的增加。因为大量的矿产资源开发，所以很多探矿工程面临着更为复杂的地质条件。施工过程中很容易出现坍塌、掉块等现象，造成钻孔弯曲，钻具出现卡钻、夹钻等事故的出现。这样既加大了施工难度，又容易出现安全事故。在这些情况下，必须加强钻探技术研究，提出相应的解决方法，提高钻探施工效率和质量。

1 破碎地层影响钻探施工的主要因素

影响破碎地层施工的因素包括地层因素、施工设备和施工工艺等。施工过程中根据不同的地质条件，要合理的选择合适的施工设备及方法。如果协调不好各种因素，很容易导致钻孔施工不顺利，出现事故的现象。

1.1 地层因素

破碎地层一般层理和片理较发育、地层产状变化较大，地层的岩石或上体软硬不均，弹塑性、水溶性的性质变化很大，断层、断裂很多。施工中常遇到漏水、坍塌、掉块、溶洞等现象。这些现象，极容易影响钻机的正常施工，会出现岩心采取率不足，钻孔弯曲等问题。

1.2 钻探设备因素

钻探设备的好坏是直接影响钻探施工，所以钻探设备配置的合理至关重要。现在有很多队伍采用立轴式钻机。这类钻机采用机械传动，主动钻杆在孔口控制不稳定，设备产生强烈震动传入孔底，对岩心有一定的破坏。如果钻探设备磨损严重，当遇到复杂地层时，不能精确合理控制转数和钻压，也将影响钻进效率和施工质量。

1.3 钻进中出现的问题

1.3.1岩心采取率低

钻进时，岩心应该以柱状进入内管。岩心在进入内管时与内管产生摩擦力，如果岩心完整受到的摩擦力相对较小。破碎的岩心在进入内管前彼此之间内应力很弱，在扭矩作用下形成破碎岩心，破碎岩心互相磨损，塞住了进入内管的通道。这种情况下，循环水路不畅通，大量岩心磨损参与循环，降低了岩心的采取率。

部分大颗粒状的岩粉，进入到钻具外管和内管之间，使内外管间的摩擦力增大，内外管都转动。在这种情况下，进入内管的不完整岩心相互之间摩擦，细小的岩心颗粒受到震动进入冲洗液中参与循环，造成岩心采取率不足。

1.3.2钻进中出现夹钻、埋钻等现象

钻进中，转数过快时，钻杆横向震动，使孔壁受到很大的冲击了，这种情况下大量孔壁有掉块落入孔底。如果有掉块卡在扩孔器和孔壁之间，将出现夹钻的现象。如果大量掉块和反复被磨损的岩心堆积在孔底，将出现埋钻的现象。

1.3.3钻孔弯曲

钻进压力过大时，会造成钻杆弯曲，钻头紧压孔底，钻杆紧贴孔壁一边，造成钻孔弯曲。钻进转数过高，很容易造成钻杆横向震动，使孔壁间隙增大，造成钻孔弯曲。如果在复杂地层中使用过量的冲洗液，会冲刷破坏孔壁，使孔壁强度降低，破碎的岩石被冲洗液反复冲刷进入循环系统中，造成钻孔弯曲。

2 提高钻探效率的方法

由于破碎地层施工条件的艰难，所以需要提出一些合理的优化建议和方法。从多方面考虑，提高钻探的施工效率和质量。

2.1 钻孔结构的选择

破碎地层层理、片理发育，地层变化较大。钻孔结构设计和选择直接影响钻探的效率和质量。因此，钻进方法、护孔方法、地质条件等内容是在破碎地层施工前必须要充分考虑的。钻机开孔前，根据当地的水文条件、终孔深度，选择合理的开孔直径、钻进方法、换径次数、下套管顺序、护孔措施等内容。在破碎地层钻探施工中，地层情况和施工情况决定开孔直径和换径的次数。终孔的深度和直径根据地质需要和设备的能力来确定。

2.2 钻探设备的选择

钻进施工中，钻探设备的选择是否合适直接影响钻进的效率和质量。施工前，应该根据地层情况、施工设计倾角、施工设计深度、施工工艺等条件选择合理的钻探设备。钻探设备包括钻机、钻塔、泥浆泵及其他一些附属设备。检查钻探设备相互之间是否匹配，设备的维护和保养尤其值得注意。严格遵照操作规程，确保设备安装正确。安装的设备要稳定，保证在出现事故时能够具备及时处理事故的能力。如果经济条件允许的情况下，可采用动力头式钻机。动力头钻机能加强钻杆导正，减少震动，钻进平稳，能够提高施工的效率和质量。

2.3 钻探工艺的选择

钻进施工中，根据地质条件、工作环境、岩石的可钻性、研磨性和完整程度选择合理的钻头和钻具，合理准确的设定钻进压力、转数、泵量的参数，保证岩心采取率。加强岩心的采取率，可以考虑使用底喷钻头或孔底反循环钻进。

使用高效的冲洗液来保护孔壁，加大孔内岩粉的排出，尽量保证岩粉被冲洗液全部带出孔外，不在钻孔中参与循环。地层破碎严重时，可降低泵量，保证岩心的采取率。泵量控制在既能冷却钻头，又能携带岩粉。如果出现漏水现象，可采用聚丙烯酰胺加水泥浆液、聚丙烯酰胺加水玻璃等方法堵漏。

确定岩石的可钻性，选择合适的钻头。不同地层可以使用金刚石或硬质合金钻头。准备长度合适的短钻杆和钻具，合理确定每一个回次的机上余尺。岩石破碎严重，极易堆积在孔底，反复磨损，出现进尺距离短但内管已堵住无法进岩心的情况，这时要加大提内管次数，保证岩心的采取率。

3 结论

破碎地层施工，受其他因素影响大。因此要加强钻孔结构、钻探工艺等方面的认知和了解。根据实际情况，加强自身能力和工作态度，使工作效率和质量得到提高。

参考文献：

[1] 汤凤林.岩心钻探学[M].中国地质大学出版社，2009.

[2] 孙长青.钻探施工中坍塌与缩径地层的处理[J].煤炭技术，2015，30（9）：159-160.

[3] 付文.论钻探中复杂地层的处理和防治[J].建筑工程技术与设计，2014.