复杂地层钻探安全影响因素与防范对策探讨

复杂地层钻探安全影响因素与防范对策探讨

洪帅

神火集团大磨岭煤矿    河南新密    452383

摘要：现代地下施工、开采的过程中，复杂地层钻探地现象较为常见。为了提升复杂地层钻探的安全性，本文分别分析了复杂地层钻探的安全影响因素与防范对策，通过了解相关的原因，并采取针对性的措施进行处理，以便于避免相关因素带来的影响，保证地下作业的安全、稳定展开。

关键词：复杂地层；钻探安全；影响因素；防范对策

随着现代生产能力的提升，复杂地层资源的逐渐开发和勘探深度的增加变得更加普遍，如海底石油、页岩气等资源的开发。钻探作业的安全水平也随着复杂地层而面临巨大的挑战。同时，现代钻探作业技术的不同，使其在不同复杂地层环境下发挥的作用有较大的区别，研究复杂地层钻探的安全影响因素，有助于掌握复杂地层钻探的安全管理规律，为保障作业安全、提升生产效率打下良好的基础。

一、复杂地层钻探安全影响因素

（一）地质条件

地质条件是影响钻探作业安全性的主要因素。首先，复杂地层可能存在构造变化、褶皱、断层等地质结构异常，相关因素都会增加钻井时的地质风险，容易发生塌陷和崩塌现象。同时，地层的不均匀性、非均质性以及硬度差异，也对钻井作业具有重要影响，不同的岩性在作业中会导致不同的钻井困难和安全问题。其次，地下水的渗透、含水层的稳定性、地下水压力等因素在复杂地层钻井中是重要的考虑因素，地下水的运移会影响井孔稳定性和岩屑稳定性，需要采取相应的控制措施，避免地下水引发的安全问题。此外，如果地质构造中存在活动性断层，会进一步引起地层位移和不稳定性，从而增加了钻井作业的风险。

（二）井眼稳定性

在地质条件复杂的地层中，井眼稳定性受到各方面因素的影响。首先，复杂的地层会导致井壁稳定性受到挑战。钻探的过程中，地质结构的变化、地层岩性的不均匀性以及地应力的变化都可能导致井壁的不稳定，增加钻井事故的风险。其次，井眼垮塌也是复杂地层钻探常见的问题。地层的非均质性、易崩塌性等因素容易导致井眼边坡塌方，从而造成井眼垮塌，影响钻井进度和井底设备的完整性。同时，钻探过程无时无刻受到地层闭合压力的影响。地层复杂的情况下，地层闭合压力的变化，容易对井眼稳定性带来影响，引起井眼垮塌现象。

（三）设备与工艺

复杂地层的钻探工作，需要针对其的特点，选择合适的钻具结构和尺寸，以满足不同地质条件下的钻井作业需求。对于特定地层情况，还需要考虑使用特殊的钻井工具，如扩孔器、定向钻井工具等。此时，钻头的性能直接关系到钻进效率和钻井质量。并需要根据具体的情况，合理选择合适的钻头类型、牙型、切削结构和钻头规格，从而降低钻井的风险并提高钻井效率。其次，钻井液的成分和性能，也需要根据复杂地层的地质条件进行调整，才能保持井底稳定、有效地清除岩屑和降低地层压力。比如通常情况下会使用水作为钻井液，但根据实际的要求，也会替换为泥浆对孔壁进行保护，以更好地适应地层压力。

（四）井底流体

井底流体的存在会影响井眼的稳定性，特别是在非常规地层中，井底流体容易导致井壁塌方、井眼垮塌等安全问题。首先，井底流体的存在会增加井底压力，导致井下压力控制难度增加。在高压地层或者高温地层中，井底流体的影响更加显著，需要更为严格的压力控制措施，以确保钻井作业的安全性。其次，井底流体中可能含有污染物质，如固体颗粒、化学物质等，相关物质会对钻井工具和设备造成腐蚀和磨损，增加了钻井作业中工具失效的风险，影响了钻井操作的安全性。此外，当井底流体不受控制时，容易引发井涌现象，即产生异常的液体循环，导致钻头堵塞、井壁崩塌等问题，从而增加钻井操作的危险性，对钻井安全性构成威胁。

二、复杂地层钻探安全防范对策

（一）强化地质勘探

地质勘探是钻井作业前的重要环节，直接影响到对地层情况的了解和钻探过程中所面对的风险和挑战。首先，对勘探区域地地层进行详细地分析和识别，确保准确识别岩性、构造、孔隙结构等特征，并据此制定相应的钻井方案。在此过程中，需要对地层进行岩心取样分析，了解地层的物理性质、化学性质、透水性和透气性等信息，为后续钻井过程提供重要参考。并通过地震勘探手段获取地下结构和地层特征的信息，辅助理解地质构造、断裂带分布等，为钻井方案的设计提供参考。同时，调查地下水位、水文地质条件等信息，以及时发现并处理可能影响到钻井安全的水文地质问题。此外，通过测井等手段获取地层物理性质数据，获取地层压力、井壁稳定性分析等信息，从而确定合适的钻井液性，并建立压力管理策略。

（二）针对地层特点优化井眼结构

针对地层特点优化井眼结构，可以提高钻井效率和降低风险。根据地层的渗透性、压力、脆性等特点，设计相应的钻井液配方，以维持井眼稳定，降低井壁崩塌和井涌的风险。比如在高压、高温的条件下，需要选用高密度、高黏度的钻井液，以支撑井眼壁，防止井壁塌方。其次，根据地层的物理性质和预计遇到的岩性变化，设计合适的井眼尺寸。合理设计井眼直径和井眼弯曲半径，以减少井眼不稳定引发的问题，并确保钻头、钻具等设备的顺利下井和回收。同时，根据对应的地质条件，采取井眼支护技术。比如地层易崩塌的脆性页岩中，需要采用较小直径的井眼，采用较小直径的钻杆和钻头，以减少对地层的破坏和扰动。同时采用慢速下钻的技术，控制钻进速度，以避免地层力学性质突变引起的井眼塌陷。并通过设置井上套管，提供井眼的强固支撑。同时，合理设计井眼冲洗方案，以清除井眼内的岩屑、保持井眼清洁，并降低井涌的风险。此外，结合地层的岩性、压力等因素，进行井眼完整性措施的设计，比如采取套管程序、封固设计等，以确保井眼的完整性和稳定性。

（三）合理选择钻探设备与工艺

根据地层特点选择合适的钻探设备，可以降低复杂地层钻探过程中的安全风险，保障钻探作业的顺利进行。首先，钻探设备的选择需要根据地层特点、作业环境进行选择，确保钻头、钻具、钻机符合钻探作业的要求。比如在溶洞地层的钻探过程中，常规处理法可以通过抛填、化学浆等方式进行钻探作业，在此基础上，可以采用跟管钻探法，并使用同心钻进系统，实现钻头转动，套管不动的钻进效果。从而使套管能够有效保护钻孔，提升钻进的安全性。其次，积极使用自动化技术，通过自动钻进系统、远程监控的方式，以提高作业效率，并减少人为操作错误导致的事故风险。利用自动钻进系统，根据钻井的工艺参数和实时监控的数据，自动调整钻头的速度、下压力和进给速度，从而保持良好的钻进状态。同时，需要配备足够的安全装备，准备防爆设备、逃生装置、气体检测设备等，以应对可能存在的安全风险情况。并建立紧急救援措施，以应对钻探过程中可能发生的紧急情况。

（四）强化井底流体管理

强化井底流体，能够降低井底流体对复杂地层钻探安全性的影响。首先，利用现代化的监测设备和技术对井底流体进行实时监测，监测井底压力、井底温度、井底液位等参数，及时发现异常情况。并采取井底压力控制，提升钻进过程中压力的稳定性，根据实时监测到的井底压力变化情况，调整钻井液的流速和流量，保持井底压力在安全范围内。其次，合理设计稳定的钻井液配方和性能参数，确保钻井液的密度、黏度和过滤性等符合地层特点，防止井底流体对钻井作业的不利影响。同时，建立完善的应急预案和处置措施，当发生井涌时，可以快速做出反应，减小事故带来的损失。此外，定期对与井底流体管理相关的设备（如泵浦、管线等）进行维护和检修，确保设备运行正常，减少设备故障导致的井底流体管理风险。

（五）完善风险评估与管理机制

在复杂地层钻探工作的开展中，需要在确保详细地质勘探的基础上，深入开展地质构造、破碎带、高温高压等危险因素的识别和评估。通过评估地层稳定性、井眼塌陷、井壁失稳、超压等风险的具体内容，综合判断风险的可能性、影响程度和紧急程度，以便于进一步建立风险控制措施，进行定制化的风险管理。同时，根据风险评估结果，制定相应的风险管理计划明确风险管控的目标、原则、方法和措施，以及相应的责任人和时间安排。例如选择适当的钻探技术和设备，合理设计井眼结构，采用合适的钻井液和固井材料等。同时，应制定详细的应急预案，在突发情况下能够迅速采取行动，保证人员安全和钻探进度。

结语：深入研究复杂地层钻探中的安全影响因素，有助于预测潜在的安全风险，提前采取措施进行预防。在此过程中，应当充分重视地质条件对钻探过程带来的影响，通过定制化、精准化的管理措施，根据具体的地质特点和井址条件，实现更加精准的安全管理和风险控制，有效减少复杂地层钻探的风险，减少作业中的安全隐患。

参考文献：

[1] 张卫东. 复杂地层钻探安全影响因素与防范对策 [J]. 冶金管理, 2023, (09): 85-87.

[2] 马子龙. 复杂地层钻探安全影响因素与防范对策 [J]. 世界有色金属, 2020, (20): 219-220.

[3] 宋文. 复杂地层钻探安全影响因素与防范对策 [J]. 中国石油和化工标准与质量, 2020, 40 (20): 27-29.