论文部分内容阅读
摘要：岩心钻探过程中，经常因钻孔漏失或者涌水等现象而难以确保冲洗液循环，加之冲洗液自身的性质以及在环状空间中的流动水力作用，孔壁中的岩石相适应，很可能会导致孔壁膨胀、坍塌，进而造成钻孔直径缩小、或者扩大，影响岩心钻进。本文将对复杂地层及其产生的原因进行分析，并在此基础上就如何有效地提高复杂地层的岩心钻探质量、效率，谈一下自己的观点，以供参考。
关键字：复杂地层；岩心钻探；技术措施；研究
在岩心钻探中，地层的复杂程度对于钻进效率，钻探成本，采心率等各方面有着较大的影响。在复杂地层中钻进，相对来讲孔内事故多，效率低，质量差，成本高。如果处理不当甚至造成全孔报废。复杂地层对小口径深孔钻进尤为突出。往往由于钻孔坍塌掉块漏失，造成钻头和减震润滑液的大量消耗以致引起卡钻，烧钻等一系列的事故。严重影响正常钻进。成为现今岩心钻探提高钻进效率降低成本的拦路虎。因此，对复杂地层进行分析研究，制定切实可行的有效护孔和堵漏技术措施以及有效的钻进参数是保证正常钻进。减少事故，降低成本的一项急需解决的任务。
1、产生复杂地层的原因：
近年来，随着国内地质工作的不断深入和勘探事业的快速发展，岩心钻探过程中所遇到的复杂地层数量会变得越来越多，而且已经成为当前对钻探施工影响最大的障碍，因此找到附在地层的产生原因，并采取有效的针对性解决措施显得至关重要。岩心钻探产生复杂地层的原因大致分为地质因素和钻进技术因素两种。
（1）产生复杂地层的地质原因
地质因素是产生复杂地层的重要原因之一。是指岩石本身性质和地质构造运动、风化作用，地下水溶冲刷等因素影响，而使岩土稳定性很弱或失去原有的稳定性和完整性。
首先，岩石的性质。岩石的性质是，由组成岩石的矿物成分和结构构造所决定。对未遭受地质作用破坏的岩层来讲组成岩石的矿物成分越硬，结构越致密，则岩石的稳定性越好。相反，如组成岩石的矿物较软，结构极散，胶结很差，这样的岩石均比较松软松散，岩石的稳定性很差。如，第四系的冲积层和复盖层，以及粘土矿物组成的岩石和粘土层等。在这类地层中钻进应合理选择钻进参数和采取心要的技术措施。
其次，地质构造运动。地层受地质构造运动所引起的各种作用力的破坏而产生断裂和节理裂隙等，从而使地层岩石失去原有的完整性和稳定性。处于背斜轴高的岩石破坏严重，易坍塌，漏失。断层破碎带部分常有各种断层角砾，碎屑物质及断层泥。岩性软硬不均，易坍塌及漏失；节理裂隙的岩层，在钻具震动、敲打以及冲洗液冲刷作用下极易造成坍塌掉块和漏失
最后，风化与地下水作用。岩石受风化作用的破坏而变得破碎极散，失去原有的完整性和稳定性。当水在可溶性岩层的裂隙活动时，由于水的溶蚀作用而产生溶隙，溶孔，溶洞等。在这类地层中钻进时，容易产生钻具掉落、折断和严重的漏失或涌水事故。
（2）产生复杂的底层的技术因素
地质因素是产生复杂底层的内在因素，而由于钻进过程中的外力作用是产生复杂地层的必然结果。合理选择钻进参数克服复杂地层钻进的重中之重。
首先，冲洗液的选择。在钻进中正确选择冲洗液的类型，调整冲洗液的压力、流速等式维护孔壁稳定、防止缩径、坍塌掉块及漏失的重要措施。
其次，钻压的作用。采用过大轴向压力导致钻具弯曲或采用弯曲的钻具在钻进工程中会加剧钻具对孔壁的敲打，促使孔壁坍塌和掉块。
再次，钻速过快。高转速钻进对孔壁产生作用，并带动冲洗液加速对孔壁的冲刷，加剧孔壁的破坏是导致孔壁不稳定的又一因素。
最后，升降钻具过快。过快升降钻具也是造成孔壁不稳定的因素，特别是在钻具与孔壁间隙很小而泥浆粘度又很大时，钻具的抽吸作用对孔壁的稳定性会产生巨大的破坏作用。
复杂的地层对于岩心钻探的影响是巨大的，特别是当前岩心钻探向着深孔类发展，认真分析岩层特性，选择合理的钻进参数，制定有限的施工技术方案，在岩心钻探中就尤为重要。
（3）复杂地层岩心采取率低的原因分析
钻进过程中岩心被钻头磨削、进入到内管之中，而且在进入内管之前还受其他几种作用力：第一，钻头回转磨削过程中对岩心的摩擦力，会导致岩心扭矩，尤其是不完整的地层岩心组成分子结合，所形成的内应力非常的弱，岩心直径越小这种内应力越低，在扭力矩作用下，整体或局部碎裂，碎裂的岩心往往堆落挤压在钻头内台阶处，堵塞通道；第二，冲洗液对岩心的侵蚀。该种冲击力对岩心的破坏非常的严重，岩心受到侵蚀后变软变散，有的还会迅速剥落，再受到液流的高压冲击，马上分散坍落。第三，绳索取心钻具是单动双管钻具，按设计理念钻进过程中外管转动，斜孔施工中，内管必定受到外管的摩擦力作用，也要转动，造成岩心采取率不足。
2、加强复杂地层岩心钻探的有效策略
基于以上分析可知，复杂地层岩心钻探施工条件非常的复杂，需要立足实际，做出有效的施工方案设计，只有这样才能确保钻探施工质量和效率。笔者从钻探工艺选择、钻机设备选择、钻孔结构布置等方面，分别进行阐释。
（1）钻探工艺选择
实践中，复杂地层岩心钻探过程中，要实时对钻机压力、钻进速度进行适当的调整.根据该区域岩石地层的研磨性、可钻性以及完整度，有针对性地选擇钻具和施工工艺；在此过程中，还应当根据孔中的水位变化情况、冲洗液应用状况以及涌水量和翻浆速度等，适时地对钻机钻进速度和压力进行调整。比如，地层岩石的实际可钻性相对较低，则建议选择硬质合金或者会刚石钻头，采取旋转式的钻进方式；地层岩石可钻性相对较高时，应当以硬质合金、金刚石钻头冲击回转钻进；若为断层破碎带，则应当准确判断水量与水力之间的关系，建议选用长度适当的短钻杆。在此过程中，还要严格按照起拔钻进工艺进行施工操作，以免出现裂隙，因岩块掉落其中而导致卡钻现象。
（2）钻孔结构选择与布置
对于复杂地层而言，因岩层片理、层理发育问题，导致地层产状和岩石的硬度、强度变化相对较大，因此钻孔结构的选择与布置，直接关系着钻机钻探质量和效率。基于此，笔者认为在复杂地层岩心钻机开钻前，应当对当地的水文和地质物探资料进行收集和整理，根据先疏后密、深浅以及点线相结合的布置原则布孔；同时，应当注意钻孔深度、钻孔形成以及终孔直径的确定，含水量较大的基岩层、岩溶地带，钻孔时应当有效穿透含水层、或者岩溶发育带；在确保钻探准确的基础上，尽量保证能够一孔多用。
（3）复杂岩层钻机设备选择
从实践来看，钻机设备的优劣直接关系着钻机钻机质量和效率，因此实践中应当根据该复杂地层水文地质条件选择钻机参数。一般而言，钻探设备主要有钻机、泥浆泵规格以及钻塔类型，在选择钻探设备时应严格按照钻孔设计倾角、深度以及结构进行操作，比如电动机、动力机以及正反向一体化钻头选择时，应当注意结合实际情况。钻探施工中，应当严格按照岩心钻探规程之要求，注意钻机设备的更换与保养，尤其是磨损严重的一些钻头和泥浆泵等，应当及时进行更换。
结语：复杂地层条件下的岩心钻井过程中，很容易出现卡钻、断钻以及埋钻和烧钻现象，同时还会出现钻进不到底、憋泵以及钻杆磨损比较严重等现象，这将会对地质勘查工作造成非常严重的影响。基于此，笔者认为复杂地层岩心钻进实践中，应当加强思想重视、不断创新钻进技术，只有这样才能确保钻探质量，才能保障我国地质勘查事业的可持续发展。
参考文献：
[1]曾广晖. 试论岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺[J]. 中华民居，2012（22）
[2]刘燕飞.刍议复杂地层中的护壁堵漏有效方法[J]. 城市建设，2012（17）
[3]刘俊明. 关于地质钻探中孔内出现问题的探索[J]. 商品与质量：建筑与发展，2012（03）
[4]刘鸣.岩心钻探工程电力驱动安全技术应用与实践[J].价值工程，2013（12）
关键字：复杂地层；岩心钻探；技术措施；研究
在岩心钻探中，地层的复杂程度对于钻进效率，钻探成本，采心率等各方面有着较大的影响。在复杂地层中钻进，相对来讲孔内事故多，效率低，质量差，成本高。如果处理不当甚至造成全孔报废。复杂地层对小口径深孔钻进尤为突出。往往由于钻孔坍塌掉块漏失，造成钻头和减震润滑液的大量消耗以致引起卡钻，烧钻等一系列的事故。严重影响正常钻进。成为现今岩心钻探提高钻进效率降低成本的拦路虎。因此，对复杂地层进行分析研究，制定切实可行的有效护孔和堵漏技术措施以及有效的钻进参数是保证正常钻进。减少事故，降低成本的一项急需解决的任务。
1、产生复杂地层的原因：
近年来，随着国内地质工作的不断深入和勘探事业的快速发展，岩心钻探过程中所遇到的复杂地层数量会变得越来越多，而且已经成为当前对钻探施工影响最大的障碍，因此找到附在地层的产生原因，并采取有效的针对性解决措施显得至关重要。岩心钻探产生复杂地层的原因大致分为地质因素和钻进技术因素两种。
（1）产生复杂地层的地质原因
地质因素是产生复杂地层的重要原因之一。是指岩石本身性质和地质构造运动、风化作用，地下水溶冲刷等因素影响，而使岩土稳定性很弱或失去原有的稳定性和完整性。
首先，岩石的性质。岩石的性质是，由组成岩石的矿物成分和结构构造所决定。对未遭受地质作用破坏的岩层来讲组成岩石的矿物成分越硬，结构越致密，则岩石的稳定性越好。相反，如组成岩石的矿物较软，结构极散，胶结很差，这样的岩石均比较松软松散，岩石的稳定性很差。如，第四系的冲积层和复盖层，以及粘土矿物组成的岩石和粘土层等。在这类地层中钻进应合理选择钻进参数和采取心要的技术措施。
其次，地质构造运动。地层受地质构造运动所引起的各种作用力的破坏而产生断裂和节理裂隙等，从而使地层岩石失去原有的完整性和稳定性。处于背斜轴高的岩石破坏严重，易坍塌，漏失。断层破碎带部分常有各种断层角砾，碎屑物质及断层泥。岩性软硬不均，易坍塌及漏失；节理裂隙的岩层，在钻具震动、敲打以及冲洗液冲刷作用下极易造成坍塌掉块和漏失
最后，风化与地下水作用。岩石受风化作用的破坏而变得破碎极散，失去原有的完整性和稳定性。当水在可溶性岩层的裂隙活动时，由于水的溶蚀作用而产生溶隙，溶孔，溶洞等。在这类地层中钻进时，容易产生钻具掉落、折断和严重的漏失或涌水事故。
（2）产生复杂的底层的技术因素
地质因素是产生复杂底层的内在因素，而由于钻进过程中的外力作用是产生复杂地层的必然结果。合理选择钻进参数克服复杂地层钻进的重中之重。
首先，冲洗液的选择。在钻进中正确选择冲洗液的类型，调整冲洗液的压力、流速等式维护孔壁稳定、防止缩径、坍塌掉块及漏失的重要措施。
其次，钻压的作用。采用过大轴向压力导致钻具弯曲或采用弯曲的钻具在钻进工程中会加剧钻具对孔壁的敲打，促使孔壁坍塌和掉块。
再次，钻速过快。高转速钻进对孔壁产生作用，并带动冲洗液加速对孔壁的冲刷，加剧孔壁的破坏是导致孔壁不稳定的又一因素。
最后，升降钻具过快。过快升降钻具也是造成孔壁不稳定的因素，特别是在钻具与孔壁间隙很小而泥浆粘度又很大时，钻具的抽吸作用对孔壁的稳定性会产生巨大的破坏作用。
复杂的地层对于岩心钻探的影响是巨大的，特别是当前岩心钻探向着深孔类发展，认真分析岩层特性，选择合理的钻进参数，制定有限的施工技术方案，在岩心钻探中就尤为重要。
（3）复杂地层岩心采取率低的原因分析
钻进过程中岩心被钻头磨削、进入到内管之中，而且在进入内管之前还受其他几种作用力：第一，钻头回转磨削过程中对岩心的摩擦力，会导致岩心扭矩，尤其是不完整的地层岩心组成分子结合，所形成的内应力非常的弱，岩心直径越小这种内应力越低，在扭力矩作用下，整体或局部碎裂，碎裂的岩心往往堆落挤压在钻头内台阶处，堵塞通道；第二，冲洗液对岩心的侵蚀。该种冲击力对岩心的破坏非常的严重，岩心受到侵蚀后变软变散，有的还会迅速剥落，再受到液流的高压冲击，马上分散坍落。第三，绳索取心钻具是单动双管钻具，按设计理念钻进过程中外管转动，斜孔施工中，内管必定受到外管的摩擦力作用，也要转动，造成岩心采取率不足。
2、加强复杂地层岩心钻探的有效策略
基于以上分析可知，复杂地层岩心钻探施工条件非常的复杂，需要立足实际，做出有效的施工方案设计，只有这样才能确保钻探施工质量和效率。笔者从钻探工艺选择、钻机设备选择、钻孔结构布置等方面，分别进行阐释。
（1）钻探工艺选择
实践中，复杂地层岩心钻探过程中，要实时对钻机压力、钻进速度进行适当的调整.根据该区域岩石地层的研磨性、可钻性以及完整度，有针对性地选擇钻具和施工工艺；在此过程中，还应当根据孔中的水位变化情况、冲洗液应用状况以及涌水量和翻浆速度等，适时地对钻机钻进速度和压力进行调整。比如，地层岩石的实际可钻性相对较低，则建议选择硬质合金或者会刚石钻头，采取旋转式的钻进方式；地层岩石可钻性相对较高时，应当以硬质合金、金刚石钻头冲击回转钻进；若为断层破碎带，则应当准确判断水量与水力之间的关系，建议选用长度适当的短钻杆。在此过程中，还要严格按照起拔钻进工艺进行施工操作，以免出现裂隙，因岩块掉落其中而导致卡钻现象。
（2）钻孔结构选择与布置
对于复杂地层而言，因岩层片理、层理发育问题，导致地层产状和岩石的硬度、强度变化相对较大，因此钻孔结构的选择与布置，直接关系着钻机钻探质量和效率。基于此，笔者认为在复杂地层岩心钻机开钻前，应当对当地的水文和地质物探资料进行收集和整理，根据先疏后密、深浅以及点线相结合的布置原则布孔；同时，应当注意钻孔深度、钻孔形成以及终孔直径的确定，含水量较大的基岩层、岩溶地带，钻孔时应当有效穿透含水层、或者岩溶发育带；在确保钻探准确的基础上，尽量保证能够一孔多用。
（3）复杂岩层钻机设备选择
从实践来看，钻机设备的优劣直接关系着钻机钻机质量和效率，因此实践中应当根据该复杂地层水文地质条件选择钻机参数。一般而言，钻探设备主要有钻机、泥浆泵规格以及钻塔类型，在选择钻探设备时应严格按照钻孔设计倾角、深度以及结构进行操作，比如电动机、动力机以及正反向一体化钻头选择时，应当注意结合实际情况。钻探施工中，应当严格按照岩心钻探规程之要求，注意钻机设备的更换与保养，尤其是磨损严重的一些钻头和泥浆泵等，应当及时进行更换。
结语：复杂地层条件下的岩心钻井过程中，很容易出现卡钻、断钻以及埋钻和烧钻现象，同时还会出现钻进不到底、憋泵以及钻杆磨损比较严重等现象，这将会对地质勘查工作造成非常严重的影响。基于此，笔者认为复杂地层岩心钻进实践中，应当加强思想重视、不断创新钻进技术，只有这样才能确保钻探质量，才能保障我国地质勘查事业的可持续发展。
参考文献：
[1]曾广晖. 试论岩芯钻探中复杂地层的护孔工艺[J]. 中华民居，2012（22）
[2]刘燕飞.刍议复杂地层中的护壁堵漏有效方法[J]. 城市建设，2012（17）
[3]刘俊明. 关于地质钻探中孔内出现问题的探索[J]. 商品与质量：建筑与发展，2012（03）
[4]刘鸣.岩心钻探工程电力驱动安全技术应用与实践[J].价值工程，2013（12）