復(fù)雜地層中的鉆探技術(shù)研究

摘要 隨著建筑項(xiàng)目、礦井、鐵礦、油田等工程項(xiàng)目的改建、擴(kuò)建，鉆探施工面臨的地質(zhì)條件也變得更為復(fù)雜，比如斷層破碎帶、巖溶地區(qū)、海洋湖泊等，很容易在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、埋鉆以及鉆孔彎曲等現(xiàn)象。通過分析影響復(fù)雜地層中鉆探施工的地層條件、鉆探施工工藝以及鉆機(jī)設(shè)備條件等因素，從鉆探方法、鉆機(jī)設(shè)備選型、鉆孔結(jié)構(gòu)布置等角度出發(fā)，研究相應(yīng)的解決措施，對(duì)于提高復(fù)雜地層巖心機(jī)械鉆探施工效率和質(zhì)量，降低工程成本具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 復(fù)雜地層；鉆探技術(shù)；解決措施

0 引言

自改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)總量和科技發(fā)展水平都得到了顯著的提升，各行各業(yè)的發(fā)展都進(jìn)入了一個(gè)高速增長的時(shí)代，全國各地的城市建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，礦產(chǎn)資源消耗量也在不斷增加。因此很多建筑項(xiàng)目、礦井、鐵礦、油田等工程在改建擴(kuò)建的同時(shí)，就可能要面臨更為復(fù)雜的地質(zhì)條件，比如產(chǎn)狀較陡、軟硬不均的巖石地層、斷層破碎帶、巖溶地區(qū)、海洋湖泊等，很容易在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、埋鉆以及鉆孔彎曲等現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢，嚴(yán)重者可能會(huì)出現(xiàn)重大的安全事故，因此復(fù)雜地層中的鉆探施工難度更大，這時(shí)就必須加強(qiáng)復(fù)雜地層中的鉆探技術(shù)研究，提出更為合理有效的鉆探措施，提高鉆探工作的效率，避免安全事故的發(fā)生。

1 影響復(fù)雜地層鉆探施工的主要因素

一般來說影響復(fù)雜地層鉆探機(jī)械施工的因素主要包括地層條件、鉆探施工工藝以及鉆機(jī)設(shè)備條件等，在鉆機(jī)鉆探過程中如果控制協(xié)調(diào)不好各種影響因素，很容易導(dǎo)致鉆孔彎曲、少鉆、漏鉆，進(jìn)而影響對(duì)礦體含量、產(chǎn)狀的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和判斷，或是地層承載力、壓縮性等參數(shù)有效的評(píng)估。

1.1 地層條件

復(fù)雜地層主要包括各種鹽類地層、各種粘土、泥巖、頁巖地層、含有流砂、砂礫的地層、斷層裂隙發(fā)育的地層、巖溶地層、高壓油、氣、水地層以及高地應(yīng)力、高溫地層，這類地層的巖石或土體強(qiáng)度、硬度、彈塑性、脆性、水溶性和水化性等性質(zhì)一般都復(fù)雜多變，層理、片理發(fā)育，地層產(chǎn)狀變化較大，極易影響鉆機(jī)的鉆探施工，比如當(dāng)巖石的層理方向與垂直于層理方向的硬度比較大時(shí)，很容易導(dǎo)致鉆孔發(fā)生大的彎曲，碰到斷層破碎帶、溶洞時(shí)很容易發(fā)生卡鉆、掉鉆以及埋鉆現(xiàn)象，碰到卵石地層就可能導(dǎo)致鉆機(jī)鉆進(jìn)困難，影響施工效率。

1.2 鉆探施工工藝

鉆探施工工藝也是影響復(fù)雜地層鉆探施工效率和質(zhì)量的重要因素，比如當(dāng)鉆進(jìn)時(shí)壓力過大時(shí)，會(huì)造成鉆桿彎曲，繼而導(dǎo)致鉆孔發(fā)生彎曲；當(dāng)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)速過高，很容易造成鉆桿回轉(zhuǎn)離心力增大產(chǎn)生橫向振動(dòng)，繼而導(dǎo)致鉆孔孔徑、孔壁間隙增大；當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中遇到泥巖、頁巖等軟巖，如果使用的沖洗液量過大，會(huì)將鉆孔孔壁沖壞，致使鉆機(jī)卡鉆、埋鉆。

1.3 鉆機(jī)設(shè)備條件

鉆機(jī)設(shè)備質(zhì)量的好壞及鉆機(jī)型號(hào)的選擇是影響復(fù)雜地層鉆探施工的直接因素。如果鉆機(jī)磨損嚴(yán)重或是鉆進(jìn)功率偏低，當(dāng)遇到復(fù)雜地層時(shí)很容易發(fā)生鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、鉆速以及鉆壓等參數(shù)的匹配調(diào)整不到所需的要求，影響鉆進(jìn)效率和施工質(zhì)量。

2 提高復(fù)雜地層鉆探施工質(zhì)量和效率的有效措施

鑒于復(fù)雜地層極為艱苦的施工條件，需要提出有效的應(yīng)對(duì)措施來提高鉆探施工的施工效率和質(zhì)量，本文從鉆探方法、鉆機(jī)設(shè)備選型以及鉆孔結(jié)構(gòu)布置等幾個(gè)角度入手分別進(jìn)行介紹。

2.1 鉆探方法的選擇

在復(fù)雜地層中鉆機(jī)的鉆機(jī)壓力和速度要適時(shí)進(jìn)行調(diào)整，充分根據(jù)巖石地層的可鉆性、研磨性以及完整程度等特征選擇鉆具和鉆進(jìn)方法，同時(shí)還要根據(jù)孔中水位的變化、沖洗液的消耗和漏失情況、涌水位置和涌水量、水溫的異常、翻漿速度、顏色等情況適時(shí)調(diào)整鉆機(jī)壓力和速度，比如當(dāng)?shù)貙訋r石的可鉆性比較低時(shí)可以選用硬質(zhì)合金、金剛石或復(fù)合片組頭進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，當(dāng)可鉆性比較高時(shí)可以選用硬質(zhì)合金或金剛石鉆頭進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或鋼粒鉆進(jìn)，當(dāng)遇到斷層破碎帶、溶洞時(shí)，要準(zhǔn)確判斷聚水量和水力連通關(guān)系，注意使用適當(dāng)長度的短鉆桿或巖心管，有效保持鉆具的剛性鉆進(jìn)進(jìn)度，同時(shí)還要按照起拔鉆進(jìn)工藝施工，防止裂隙中的巖塊掉落造成卡鉆，泥沙、碎屑不能順利排出孔外時(shí)造成埋鉆，或是鉆頭在溶洞中甩開脫。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)的布置與選擇

復(fù)雜地層中由于巖層的層理、片理發(fā)育，地層產(chǎn)狀、巖石的強(qiáng)度和硬度等變化較大，鉆孔結(jié)構(gòu)的布置和選擇直接影響到鉆機(jī)的鉆探效率和工程施工成本，因此在鉆機(jī)開鉆之前，要注意收集整理當(dāng)?shù)氐乃�文地質(zhì)條件和物探資料，然后按照先疏后密、點(diǎn)線、深淺結(jié)合的原則進(jìn)行布孔，同時(shí)還要注意合理選擇鉆孔的深度、終孔直徑以及鉆孔形式，對(duì)于含水的基巖層或巖溶地區(qū)，鉆孔應(yīng)穿透含水層或巖溶發(fā)育帶。同時(shí)在保證鉆探工作準(zhǔn)確性的前提下，盡量做到一孔多用。

2.3 鉆探設(shè)備的選擇

鉆機(jī)設(shè)備的好壞以及選型的合適與否直接影響著鉆機(jī)的鉆機(jī)效率，因此一定要根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)巖石的鉆機(jī)難易程度進(jìn)行鉆機(jī)參數(shù)的選型。鉆探設(shè)備主要包

括鉆機(jī)、泥漿泵的型號(hào)，鉆塔類型等，鉆探設(shè)備的選擇要嚴(yán)格根據(jù)鉆孔的設(shè)計(jì)深度、傾角、結(jié)構(gòu)，巖層變化形式以及鉆機(jī)的鉆進(jìn)方法等進(jìn)行，比如應(yīng)盡量選擇電動(dòng)機(jī)動(dòng)力機(jī)、正反向一體化鉆頭等。在鉆探施工過程中要嚴(yán)格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》中規(guī)定的鉆探常用設(shè)備配套標(biāo)準(zhǔn)，注意鉆機(jī)設(shè)備的保養(yǎng)和更換，對(duì)于磨損嚴(yán)重的鉆頭、泥漿泵要及時(shí)更換，保證鉆機(jī)按最大效率工作。

同時(shí)還要注意選擇空氣、泡沫或清水等合理的沖洗介質(zhì)。當(dāng)鉆進(jìn)穩(wěn)定的地層時(shí)，可以選用清水作為沖洗液，當(dāng)鉆到含水豐富、松軟的砂層或礫石地層時(shí)，可以選擇高密度沖洗液，當(dāng)?shù)貙勇┦��?yán)重時(shí)可以考慮使用堵漏材料。

3 結(jié)論

復(fù)雜地層的鉆探工作作業(yè)條件惡劣，施工過程中受流砂、砂礫的地層、斷層裂隙發(fā)育的地層、巖溶地層、高壓油、氣、水地層以及高地應(yīng)力、高溫地層等因素影響大，因此相關(guān)技術(shù)人員要認(rèn)真做好復(fù)雜地層鉆孔的設(shè)計(jì)與布置，按照鉆進(jìn)設(shè)備及具體地質(zhì)情況，改變施工工藝，切實(shí)提高鉆進(jìn)工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]何楊，王偉.淺談鉆探施工技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用[J].吉林地質(zhì)，2008，27(4)：100-101.

[2]孫滿軍，馮基東，楊振雷，等.淺談第四系復(fù)雜地層鉆探技術(shù)[J].吉林地質(zhì)，2010，29(2)：151-152.

[3]張承勤，劉輝，陳修星.復(fù)雜地層鉆進(jìn)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2001(z1)：159-162，165.