張文斌

摘要：復(fù)雜地層中鉆探施工技術(shù)的應(yīng)用，是當(dāng)前我國(guó)地質(zhì)鉆探領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的熱點(diǎn)話題之一，在鉆探施工技術(shù)中，設(shè)備作業(yè)能力、泥漿體系護(hù)壁堵漏以及鉆進(jìn)施工技術(shù)、事故預(yù)防等諸多方面是關(guān)鍵內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鉆探技術(shù);復(fù)雜地層;應(yīng)用

本文將社會(huì)的快速發(fā)展作為研究背景，針對(duì)復(fù)雜地層的礦山資源開發(fā)與利用，圍繞鉆探施工技術(shù)展開研究，側(cè)重于通過理論研究為我國(guó)鉆探施工技術(shù)水平的提高提供有利的理論參考，降低孔內(nèi)事故發(fā)生概率。在設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)的環(huán)節(jié)中，本文將復(fù)雜地質(zhì)特點(diǎn)和鉆探施工原則作為基本依照，同時(shí)提出復(fù)雜地層鉆探施工的具體鉆進(jìn)方法和相應(yīng)的工藝參數(shù)。

一、鉆探施工設(shè)計(jì)

鉆探施工設(shè)計(jì)是鉆探施工得以順利開展的基礎(chǔ)依據(jù)，要想保證打鉆的科學(xué)性，就必須做好先期的施工設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，進(jìn)而在最大限度上降低鉆探施工事故發(fā)生的概率。首先鉆探施工設(shè)計(jì)需要將復(fù)雜地層的基本資料、鉆孔的深度、鉆進(jìn)工藝及鉆探設(shè)備等納入到考量范圍之內(nèi)，并遵循鉆探施工設(shè)計(jì)原則依照鉆探施工設(shè)計(jì)內(nèi)容逐步展開，鉆探施工設(shè)計(jì)原則與內(nèi)容與下圖1所示：

二、孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉆孔結(jié)構(gòu)主要是指孔身口徑在開孔至終孔之間基本變化，鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇需要考量施工作業(yè)區(qū)域的巖石性質(zhì)、水文地質(zhì)條件，同時(shí)應(yīng)將鉆孔深度、鉆進(jìn)方法及鉆孔用途納入其中。一般情況下合理的孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足以下幾點(diǎn)要求，第一，安全可靠、節(jié)約可行;第二，漏、塌、卡孔內(nèi)事故低發(fā)生概率;第三，在保證鉆進(jìn)效果的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)鉆進(jìn)速度的提升;第四，在滿足鉆進(jìn)平衡要求的基礎(chǔ)上保證安全鉆進(jìn)，同時(shí)相應(yīng)的工藝飾品、設(shè)備條件滿足鉆進(jìn)要求。通過歸納現(xiàn)有的理論研究成果，結(jié)合目前我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)鉆探施工實(shí)踐對(duì)礦區(qū)地層巖石鉆進(jìn)特性規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，內(nèi)容如下：

（1）地表覆蓋層通常在0-15cm，其中屬古礦山尾礦、廢渣堆積層的鉆探是施工難點(diǎn);

（2）覆蓋層以下至500m左右通常為碳酸鹽層，巖石一般為中等硬度（6～8）級(jí);

（3）450～800m左右通常為水敏性凝灰?guī)r縮徑地層，可能內(nèi)夾少量玄武巖，巖石硬度為4～10級(jí);

（4）800～1500m左右為可鉆性的10·12級(jí)堅(jiān)硬巖石，局部地段可能存在嚴(yán)重的硅化或者裂隙發(fā)育。

此規(guī)律僅做理論研究依照，具體的巖石鉆進(jìn)特性規(guī)律還應(yīng)根據(jù)實(shí)際的鉆探施工區(qū)域的地質(zhì)條件展開進(jìn)一步分析。

三、鉆進(jìn)工藝與鉆探設(shè)備優(yōu)選

1.鉆進(jìn)方法。以復(fù)雜地層巖石的可鉆性>6級(jí)為例，選擇孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)、繩索取心鉆進(jìn)、跟管鉆進(jìn)方法、泥漿護(hù)孔。

2.鉆桿柱設(shè)計(jì)。結(jié)合復(fù)雜地層地質(zhì)特性，考慮到鉆孔深度和孔內(nèi)事故的預(yù)防與處理兩項(xiàng)因素，明確鉆桿柱應(yīng)滿足高強(qiáng)度儲(chǔ)備需要，所以在設(shè)計(jì)與選擇鉆桿柱的環(huán)節(jié)中應(yīng)將高強(qiáng)度、高安全性作為基本原則，依照繩索取心鉆進(jìn)方法選擇加厚繩索取心鉆桿或高質(zhì)量鉆桿。

3.泥漿體系。在復(fù)雜地層中開展鉆探施工，泥漿體系設(shè)計(jì)不僅要考慮破巖、清巖、攜巖，還要考慮到護(hù)孔與堵漏。將上文中巖石鉆進(jìn)特性規(guī)律作為依照選擇抑制性泥漿體系，并保證泥漿密度窗口的合理性。

4.規(guī)程參數(shù)。鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)主要涵蓋鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等。鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的選擇一方面需要總結(jié)以往的鉆探施工進(jìn)樣，另一方面需求針對(duì)復(fù)雜地層地質(zhì)條件，在經(jīng)濟(jì)效益、鉆進(jìn)成本兩方面基礎(chǔ)上合理的選擇鉆進(jìn)參數(shù)。例如當(dāng)鉆探施工區(qū)域存在縮徑地層時(shí)，就需要選擇較大的鉆壓和泵量，同時(shí)應(yīng)用高端的動(dòng)力頭鉆機(jī)，即保證了鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速又不會(huì)對(duì)巖心采取率存在較大程度的影響。

5.鉆探設(shè)備優(yōu)選。本文針對(duì)泥漿泵進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，泥漿泵作為巖心鉆研、石油鉆井等領(lǐng)域的重要附屬設(shè)備之一，主要分為活塞式泥漿泵和柱塞式泥漿泵兩種類型，鉆孔深度在一定程度上決定著泥漿泵的作業(yè)壓力，一般情況下鉆孔深度達(dá)，泥漿泵的壓力則越高，泥漿泵的優(yōu)選在于最大輸出流量和最大輸出壓力是否能夠滿足鉆探施工工藝的基本要求，TRIDO BBP40、SLF-60G兩種泥漿泵在復(fù)雜地層中鉆探施工較為常用。

四、鉆進(jìn)工藝

1.跟管鉆進(jìn)工藝。跟管鉆進(jìn)工藝適用于復(fù)雜地層的巖心鉆探或小口徑鉆探。針對(duì)鉆探施工區(qū)域的上部復(fù)雜地層，可先進(jìn)行取心鉆進(jìn)后進(jìn)行跟管鉆進(jìn)。最為常見的跟管鉆進(jìn)系統(tǒng)主要為偏心式、同心式、三瓣式。跟管鉆進(jìn)工藝的優(yōu)勢(shì)在于通過多級(jí)次的跟管鉆進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)地層套管護(hù)孔，降低孔內(nèi)施工事故發(fā)生概率。

2.繩索取心鉆進(jìn)工藝。繩索取心鉆進(jìn)工藝可以在最大限度上節(jié)省起下鉆時(shí)間，有助于鉆進(jìn)效率的提升。巖心采取率較高、鉆頭使用壽命較長(zhǎng)，安全可靠、成本低是繩索取心鉆進(jìn)工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，繩索取心鉆進(jìn)工藝適用于鉆孔深度超過800m的鉆探施工。繩索取心鉆進(jìn)工藝中通常將金剛石鉆頭、長(zhǎng)壽命高效鉆頭作為優(yōu)選

3.泥漿技術(shù)。復(fù)雜地層中鉆探施工泥漿性能發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但是優(yōu)選后的泥漿指標(biāo)并不能夠100%保證地層不發(fā)生垮塌，鉆探施工人員還應(yīng)保證鉆進(jìn)工藝的科學(xué)、合理。復(fù)雜地層中鉆探施工要求泥漿具有較好的潤(rùn)滑性能、不含或含有少量固相，滿足失水量小等性能要求。

結(jié)語

社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)資源提出了更高的需求，復(fù)雜地層中的礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用成為我國(guó)當(dāng)前鉆探施工領(lǐng)域的重要目標(biāo)，相較于世界先進(jìn)的鉆探施工技術(shù)而言，目前我國(guó)的鉆探施工技術(shù)仍處于持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)，所以對(duì)鉆探施工技術(shù)的理論研究具備現(xiàn)實(shí)意義。

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