钻探施工技术在复杂地层中的应用

钻探施工技术在复杂地层中的应用

陈兵兵

西北水利水电工程有限责任公司，陕西 西安 710000

摘要：从工程实践结果来看，钻探施工技术能够很好的适应复杂地地层环境，因此钻探施工技术是一种很实用的工程施工技术。对有关工作人员来说，在进行钻探施工技术的运用时，要注意探讨其具体的施工技术操作技巧，以便取得较好的施工成果。本文首先对影响钻探施工质量的因素进行了简要分析，其中主要有地层条件、钻探施工技术因素等；然后探讨了钻探施工技术在复杂地层条件下的应用，随后着重论述了钻探施工技术在复杂地层条件下的运用，以供相关人士交流参考。

关键词：钻探施工；施工技术；复杂地层；应用

引言：

在目前工程建设生产中，由于工程地层条件复杂，对工程施工流程都有一定的影响，因此，做好复杂地层条件下的钻探施工技术，对改善工程建设的效益具有十分重大的作用。钻探施工技术是一种在复杂地层条件下普遍采用的施工技术，它对复杂地层条件下的工程治理具有十分重大的作用。

一、影响复杂地层钻探施工技术的因素

（一）地层条件

要充分了解影响钻探施工作业效果的因素，对改善钻探施工作业的质量有着十分关键的作用。为此，必须进一步探讨有关因素对钻探施工作业的影响，以便取得更好地钻探施工作业结果。在地层中普遍存在着各种类型的粘土地层、泥岩地层、页岩地层和盐地层，它们的强度、脆性、层理等因素都比较复杂，从而会对整个钻探施工工程的施工造成不利的影响。比如，在施工中，如果在地层中发现地层的层理和竖直的岩层硬度比较高，那么在钻探施工时很可能出现大的弯折，当遇到断层破碎带、溶洞时，出现掉钻、卡钻等不利条件，从而会对钻探项目的建设造成不利的影响。

（二）钻探施工技术

钻探施工技术直接关系到钻探施工作业的成败，比如，如果在钻探施工技术中无法对钻探施工压力进行有效的调控时，那么在钻探施工中很容易发生钻柱的弯折等问题，从而造成钻头弯折；在钻进时，如果钻头速度太高，很可能使钻柱旋转时的离心作用力增大，引起侧向振动，使钻孔孔径和孔隙增大；当工程建设中遇上泥岩、页岩等软岩时，如果不能对冲刷液量进行有效的调控，将会造成钻探施工孔壁破损，最后造成卡钻等问题。

二、钻探施工技术在复杂地层的应用分析

（一）选择钻孔方法

钻探施工技术对钻探施工作业有很大的作用，《岩心钻探规程》将其分为软性1-3级，中硬4-6级，硬7-9级，坚硬10-12级；根据完整程度分为：破碎、较完整和完整3种。在钻探工程中，按其岩性、可钻性进行工程施工，其施工方式如下：第一，岩层1-6级以及部分7级，可用金刚石或硬质合金钻头进行钻探；第二，对4-12级的 岩层进行旋转钻孔；第三，对7-12级的岩层可选用胎体硬度较低的金刚石钻头进行钻孔；第四，对6-12级的岩层可选用胎体硬度低的金刚石钻头配合水压冲击的液动锤组合施工；第五，6至8级的岩层可选用复合片进行钻孔。在钻探施工全工序中，为确保在错综复杂的钻探施工区域得到较高的施工品质，必须严格遵守《岩心钻探规程》有关的要求。在钻孔施工中，所选用的钻头应是锐利的，不能发生偏转，也不能产生轴上的不均匀，应根据钻孔的深度，选择具有导向作用的岩心管。根据地层条件，在下井前应先测孔斜，并用带导正法进行换径，以避免钻孔倾斜。在打孔过程中，不能单纯的提高钻进速度，不能盲目地施加钻进压力，从而可以有效地避免因软硬相互作用造成的孔斜度。

（二）选择钻孔结构

钻探施工中，钻探施工的钻孔组织形式对钻探施工的效率和成本都有很大的影响。所以，在进行钻孔结构设计时，应充分重视钻孔直径和钻孔深度等对钻孔施工的影响，并对钻孔直径和钻孔深度进行适当的选取，以达到较好的钻探施工效果。结合多年的钻探施工实践，采用130毫米、110毫米、91毫米等多直径的钻孔[1]。

（三）对施工方案的改进

对钻孔的构造进行了优化和改善。在钻探施工中，重点对钻孔的构造进行了改造和优化，将传统的“四级口径，三级套管”钻孔进行优化，成为“五级口径，四级套管”的钻孔结构。第一，用150 mm直径的钻头，在钻探施工4级地层后，用146毫米的管深度；第二，在150米处用130毫米的孔进行钻探，并且提供127毫米的套管，以完全隔绝洞穴和风化层；第三利用绳索取心钻机的优势，选用JS113绳索钻头，在进入井底后，采用108 mm的套管保护，以确保钻孔中的清洁液体能够持续回流到孔口；第四选用S95绳索带心钻头，借助化学井壁的辅助，逐渐穿透高水敏感层，并在89 mm的井管内安装了89 mm的护壁管，采用S75绳索和化学钻探施工液相结合的方式进行钻孔，如下图一所示为钻头类型。

在钻探工程施工中，采用的是 PHP+清水+皂化油的非固相泥浆，由于其不能有效地控制地层的水敏性能，致使钻探施工中出现卡钻、埋钻等问题，从而对工程的施工造成不利的后果。为了有效地克服这一难题，工程技术人员通过对抗水敏作用的钻探施工（冲洗液）液进行了试验，最后得出结论：在低固相冲洗液中掺入 PHP、腐植酸钾和PHP，形成了一种新型的化学泥浆。在现场调配时，应以1.05—1.10克/立方厘米、30—35秒、 pH 8的泥浆为准。经实践证明，这种改进方案是可行的。

在堵漏技术中，应依据储层渗漏情况，采用乳化沥青等非活性物质加入到钻探施工液中，以防止钻探施工液过量流失；该方法以高质量的水泥作为密封材料，并将水玻璃添加到水泥中，以加速其固化。在完成以上技术后，选择4个钻孔，对井下渗漏层的处理进行了相应的分析，以确保冲洗液能够循环继续工作。结合钻探施工项目的具体情况，提出了在实施钻探施工技术和质量管理时应注意的问题，在了解了有关影响因素后，对钻探施工技术进行技术改进，以达到最大限度地消除钻探施工过程中的质量隐患[2]。

图 1钻头类型

（四）组合钻探技术

相关技术人员认为组合钻探技术在复杂地层条件下施工，能较好地满足复杂地层条件下的质量要求，为今后钻探施工技术的推广和创新打下了坚实的基础。组合钻探施工技术的本质是将孔中反循环连续取样和水利反循环连续取样相结合的综合性钻探施工技术。在技术上，采用逆向循环连续采样技术，充分发挥了双层钻柱和基于周期介质的影响，采用了冲击波回采法。循环介质以两根螺旋钻杆内筒和内筒环形间隙为介质，以采集的岩样为核心，对复杂岩层进行深入研究。从实际工程使用结果来看，成本低，适用范围广，特别是在旱区使用，其效益更为显著。适用区域为复合钻探施工技术，运用大气－反循环联合采样技术，在干旱、缺水、岩心难以获取的情况下，采用250米的钻探施工深度，可适应各种地层条件下的钻探施工作业。通过实际应用，现已在全国范围内推广，并在贵州，黑龙江和新疆等地进行了大量的应用。以黑龙江齐齐哈尔矿业勘探研究院为例，采用这种技术，6个多月的时间里，已完成了22000米以上的钻探施工作业，其产量明显提高了，而且降低了60%左右的生产费用，取得了较好的经济效益。

三、结束语

本文重点论述了钻探施工技术在复杂地层条件下的运用，并根据有关数据，对其最佳方案进行了探讨。综上所述，在地层条件较差的情况下，采用钻探技术进行钻孔施工技术时，必须注意钻探施工技术的参数设定和调控，并根据当地的地层情况，对其进行合理的施工技术设计，以便取得较好的效果。

参考文献：

[1] 赵志杰, 孔令玺, 丁宁宁,等. 毕力赫金矿中深孔复杂地层钻探施工技术[J]. 河北地层, 2022(002):000.

[2] 丁宁宁, 张博, 赵志杰. 邢台白涧铁矿中深孔复杂地层钻探施工技术[J]. 河北地层, 2022(002):000.