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        淺談破碎地層鉆探施工

        2016-05-30 21:02:42朱澤淼
        科技風(fēng) 2016年7期
        關(guān)鍵詞:解決方法

        朱澤淼

        摘 要:隨著我國礦產(chǎn)開發(fā)的力度的加大,鉆探施工面臨著更加艱巨的地質(zhì)條件。施工環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜,很容易在施工過程中鉆孔出現(xiàn)坍塌、縮徑、掉塊、鉆孔彎曲,鉆具出現(xiàn)掉鉆、卡鉆、埋鉆等現(xiàn)象。本文從鉆探方法,鉆進工藝等方面出發(fā),研究相應(yīng)的解決方法,提高破碎地層鉆探施工的效率和質(zhì)量。

        關(guān)鍵詞:鉆探;破碎地層;解決方法

        近30年來,我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,對于礦產(chǎn)的需求也相應(yīng)的增加。因為大量的礦產(chǎn)資源開發(fā),所以很多探礦工程面臨著更為復(fù)雜的地質(zhì)條件。施工過程中很容易出現(xiàn)坍塌、掉塊等現(xiàn)象,造成鉆孔彎曲,鉆具出現(xiàn)卡鉆、夾鉆等事故的出現(xiàn)。這樣既加大了施工難度,又容易出現(xiàn)安全事故。在這些情況下,必須加強鉆探技術(shù)研究,提出相應(yīng)的解決方法,提高鉆探施工效率和質(zhì)量。

        1 破碎地層影響鉆探施工的主要因素

        影響破碎地層施工的因素包括地層因素、施工設(shè)備和施工工藝等。施工過程中根據(jù)不同的地質(zhì)條件,要合理的選擇合適的施工設(shè)備及方法。如果協(xié)調(diào)不好各種因素,很容易導(dǎo)致鉆孔施工不順利,出現(xiàn)事故的現(xiàn)象。

        1.1 地層因素

        破碎地層一般層理和片理較發(fā)育、地層產(chǎn)狀變化較大,地層的巖石或上體軟硬不均,彈塑性、水溶性的性質(zhì)變化很大,斷層、斷裂很多。施工中常遇到漏水、坍塌、掉塊、溶洞等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象,極容易影響鉆機的正常施工,會出現(xiàn)巖心采取率不足,鉆孔彎曲等問題。

        1.2 鉆探設(shè)備因素

        鉆探設(shè)備的好壞是直接影響鉆探施工,所以鉆探設(shè)備配置的合理至關(guān)重要。現(xiàn)在有很多隊伍采用立軸式鉆機。這類鉆機采用機械傳動,主動鉆桿在孔口控制不穩(wěn)定,設(shè)備產(chǎn)生強烈震動傳入孔底,對巖心有一定的破壞。如果鉆探設(shè)備磨損嚴重,當遇到復(fù)雜地層時,不能精確合理控制轉(zhuǎn)數(shù)和鉆壓,也將影響鉆進效率和施工質(zhì)量。

        1.3 鉆進中出現(xiàn)的問題

        1.3.1巖心采取率低

        鉆進時,巖心應(yīng)該以柱狀進入內(nèi)管。巖心在進入內(nèi)管時與內(nèi)管產(chǎn)生摩擦力,如果巖心完整受到的摩擦力相對較小。破碎的巖心在進入內(nèi)管前彼此之間內(nèi)應(yīng)力很弱,在扭矩作用下形成破碎巖心,破碎巖心互相磨損,塞住了進入內(nèi)管的通道。這種情況下,循環(huán)水路不暢通,大量巖心磨損參與循環(huán),降低了巖心的采取率。

        部分大顆粒狀的巖粉,進入到鉆具外管和內(nèi)管之間,使內(nèi)外管間的摩擦力增大,內(nèi)外管都轉(zhuǎn)動。在這種情況下,進入內(nèi)管的不完整巖心相互之間摩擦,細小的巖心顆粒受到震動進入沖洗液中參與循環(huán),造成巖心采取率不足。

        1.3.2鉆進中出現(xiàn)夾鉆、埋鉆等現(xiàn)象

        鉆進中,轉(zhuǎn)數(shù)過快時,鉆桿橫向震動,使孔壁受到很大的沖擊了,這種情況下大量孔壁有掉塊落入孔底。如果有掉塊卡在擴孔器和孔壁之間,將出現(xiàn)夾鉆的現(xiàn)象。如果大量掉塊和反復(fù)被磨損的巖心堆積在孔底,將出現(xiàn)埋鉆的現(xiàn)象。

        1.3.3鉆孔彎曲

        鉆進壓力過大時,會造成鉆桿彎曲,鉆頭緊壓孔底,鉆桿緊貼孔壁一邊,造成鉆孔彎曲。鉆進轉(zhuǎn)數(shù)過高,很容易造成鉆桿橫向震動,使孔壁間隙增大,造成鉆孔彎曲。如果在復(fù)雜地層中使用過量的沖洗液,會沖刷破壞孔壁,使孔壁強度降低,破碎的巖石被沖洗液反復(fù)沖刷進入循環(huán)系統(tǒng)中,造成鉆孔彎曲。

        2 提高鉆探效率的方法

        由于破碎地層施工條件的艱難,所以需要提出一些合理的優(yōu)化建議和方法。從多方面考慮,提高鉆探的施工效率和質(zhì)量。

        2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇

        破碎地層層理、片理發(fā)育,地層變化較大。鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計和選擇直接影響鉆探的效率和質(zhì)量。因此,鉆進方法、護孔方法、地質(zhì)條件等內(nèi)容是在破碎地層施工前必須要充分考慮的。鉆機開孔前,根據(jù)當?shù)氐乃臈l件、終孔深度,選擇合理的開孔直徑、鉆進方法、換徑次數(shù)、下套管順序、護孔措施等內(nèi)容。在破碎地層鉆探施工中,地層情況和施工情況決定開孔直徑和換徑的次數(shù)。終孔的深度和直徑根據(jù)地質(zhì)需要和設(shè)備的能力來確定。

        2.2 鉆探設(shè)備的選擇

        鉆進施工中,鉆探設(shè)備的選擇是否合適直接影響鉆進的效率和質(zhì)量。施工前,應(yīng)該根據(jù)地層情況、施工設(shè)計傾角、施工設(shè)計深度、施工工藝等條件選擇合理的鉆探設(shè)備。鉆探設(shè)備包括鉆機、鉆塔、泥漿泵及其他一些附屬設(shè)備。檢查鉆探設(shè)備相互之間是否匹配,設(shè)備的維護和保養(yǎng)尤其值得注意。嚴格遵照操作規(guī)程,確保設(shè)備安裝正確。安裝的設(shè)備要穩(wěn)定,保證在出現(xiàn)事故時能夠具備及時處理事故的能力。如果經(jīng)濟條件允許的情況下,可采用動力頭式鉆機。動力頭鉆機能加強鉆桿導(dǎo)正,減少震動,鉆進平穩(wěn),能夠提高施工的效率和質(zhì)量。

        2.3 鉆探工藝的選擇

        鉆進施工中,根據(jù)地質(zhì)條件、工作環(huán)境、巖石的可鉆性、研磨性和完整程度選擇合理的鉆頭和鉆具,合理準確的設(shè)定鉆進壓力、轉(zhuǎn)數(shù)、泵量的參數(shù),保證巖心采取率。加強巖心的采取率,可以考慮使用底噴鉆頭或孔底反循環(huán)鉆進。

        使用高效的沖洗液來保護孔壁,加大孔內(nèi)巖粉的排出,盡量保證巖粉被沖洗液全部帶出孔外,不在鉆孔中參與循環(huán)。地層破碎嚴重時,可降低泵量,保證巖心的采取率。泵量控制在既能冷卻鉆頭,又能攜帶巖粉。如果出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,可采用聚丙烯酰胺加水泥漿液、聚丙烯酰胺加水玻璃等方法堵漏。

        確定巖石的可鉆性,選擇合適的鉆頭。不同地層可以使用金剛石或硬質(zhì)合金鉆頭。準備長度合適的短鉆桿和鉆具,合理確定每一個回次的機上余尺。巖石破碎嚴重,極易堆積在孔底,反復(fù)磨損,出現(xiàn)進尺距離短但內(nèi)管已堵住無法進巖心的情況,這時要加大提內(nèi)管次數(shù),保證巖心的采取率。

        3 結(jié)論

        破碎地層施工,受其他因素影響大。因此要加強鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆探工藝等方面的認知和了解。根據(jù)實際情況,加強自身能力和工作態(tài)度,使工作效率和質(zhì)量得到提高。

        參考文獻:

        [1] 湯鳳林.巖心鉆探學(xué)[M].中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2009.

        [2] 孫長青.鉆探施工中坍塌與縮徑地層的處理[J].煤炭技術(shù),2015,30(9):159-160.

        [3] 付文.論鉆探中復(fù)雜地層的處理和防治[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014.

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