钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨

钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨

赵华

武汉建荣岩土工程有限公司 湖北 武汉 430051

摘要：我国煤矿井下地质条件复杂，特别是在松软煤层、断层褶皱等发育地带，受到多种因素的影响，经常容易出现钻孔垮塌、钻不进去等现象，浪费大量时间，大大增加劳动强度。钻探工程中，相关人员需要全面分析复杂地层钻进技术的应用优势和价值，同时掌握多种类型的复杂地层，了解其形成原因，采用相应的勘探方法，选择最佳钻进技术，提高工作开展质量和效率。

关键词：钻探工程；复杂地层；钻进技术

引言

复杂地层钻井是小口径岩芯钻探生产中的一大难题。钻探过程中容易遇到裂隙发育、断裂、结构松软、剥落等复杂地层，降低岩心采取率，破岩效率相对较差，增加成本，同时在钻进过程中经常产生漏失、坍塌等问题，增加钻探工程施工难度。

1钻进技术阐述

煤矿开采过程中面对恶劣环境，当出现任何问题，容易造成生命财产等多个方面的严重损失。所以煤矿开工之前，相关工作人员全面研究和分析实际地质条件，相对应的开采工作，开展地质勘测工作过程中，采用定向钻进技术全面提高煤矿开采工作质量和效率，进一步保证生产人员的安全。定向钻进技术和其他井下地质勘探技术存在一定差异性，需要经过人工实践操作，转变钻头钻进轨迹、相关空间位置^[1]。实地探测过程中，相关工作人员需要将探头放在深井区域，合理调整钻头参数和孔深，之后结合钻进设备的钻孔轨迹，详细计算出孔垂周围的位移参数，不断改进和优化钻进探头数据，获得钻孔前方煤炭的实际地质条件。相关工作人员在实践操作中通过钻孔设备的运行轨迹，明确勘测点和周围地层变化等信息，保证煤矿生产高效顺利开展。

2复杂地质形成原因分析

⑴地层矿物岩石。部分地层中，钻进工作开展会造成原有矿物岩石结构转变成复杂地层。如，某地层主要包含黏土和泥页岩等物质，打开钻孔之后，冲洗液会立即进入到钻孔表面的底层中，造成黏土和泥页岩等遇水之后降低其强度，同时降低颗粒的胶结性，同时后续钻具和冲洗液的循环影响，造成地层破碎、掉块、地层泥质中包含较高含量的蒙脱石，泥质会吸收部分冲洗液、水分出现膨胀、缩颈，引发钻探安全事故。钻进盐膏层的过程中，岩膏层会产生溶蚀现象，迅速扩大钻孔。

⑵风化作用能够损坏坚固岩石全部或者部分颗粒之间的连接，造成岩石缓慢疏松，出现裂隙、断裂等现象。长期风化或者受到气压外力影响下增加漏失、坍塌现象发生几率。

⑶流水作用对地层地形产生的作用主要包含流水冲击和沉积作用。沉积泥质地层、流砂层都是受到流水沉积影响产生的。流水作用降低岩石胶结性，容易出现坍塌和缩颈现象。

⑷地质运动造成较大振动和压力，其作用会产生压性、张性、压扭性等多种类型断层，普遍包含断层泥、压碎岩、碎块岩等成分，宽度和延伸度能够达到几米、数百米。这些断层皮水地带钻探过程中，经常受到钻具碰撞、冲洗液冲刷，产生相应程度上的漏失、坍塌。

⑸岩性自身原因。多种类型的黏土层、泥页岩地层都会受到钻具、冲洗液碰撞和冲刷作用下，经常容易产生裂隙、破碎和断裂现象，泥质含量较高的情况下，泥质遇水出现膨胀现象，降低孔壁稳定性。

⑹溶蚀作用。地下水主要经过水化和溶解对岩石产生损坏。如花岗岩被地下水水化和溶解的情况下，受到水溶解的影响减少其中的碳酸钾，不能溶于水的石英粒、高岭土的混合体，钻进岩石的过程中容易产生坍塌现象^[2]。碳酸转变成碳酸氢钙，构成人们常见的溶洞，容易出现漏水和涌水等现象。

3复杂地层中钻进技术的应用措施

结合上述几种类型复杂地层形成原因，依据相关理论研究和实践经验，提出针对性的钻进技术应用措施。

⑴针对矿物岩石、流水和风化作用形成复杂地层的钻进技术。钻探过程中，相关工作人员需要确定勘测点位，结合电法仪器能够精准的探测出位置异常的地址条件，之后科学合理的设计钻孔详细方位，钻进设备工作过程中，施工人员实时关注返渣岩性的相关转变，综合掌握当前位置有无异常现象。钻孔局部方位内的构造情况难以进行精准掌握，造成地面钻孔受到多方面的限制。施工人员采用定向钻孔技术能够超前探测出需要开采的地址条件，在实地钻探工作开展过程中，可以结合开采要求合理设计分支钻孔，之后结合分支钻孔获取各项信息数据，进而详细计算出煤层厚度，全面提升煤矿开采成效。

部分复杂地层钻进施工过程中，施工人员在下钻的过程中严格管控相对应的点位、钻速，防止产生孔壁断裂、掉块等现象。施工人员采用黏度较大冲洗液连接孔壁破碎岩石，避免孔壁坍塌，钻入盐度高的地层，采用高盐度钻进泥浆，有效避免地层盐岩受到溶蚀影响增大孔径^[3]。钻探破碎程度较大地层的情况下，应用具有堵塞功能的物质渗入地层，促进松散、破碎岩石有效连接在一起，保证钻孔表面岩石的稳固性，当其达到相应强度的情况下再开展钻进工作。

⑵针对溶蚀作用造成的复杂地层钻进技术。溶蚀性地层包含多种裂隙，冲洗液会通过裂隙进入到地层，造成钻进工作开展过程中出现大量泥浆流失问题，不能产生返浆现象。因此，相关施工人员需要科学合理的选择相适应钻孔结构，全面提高施工效率，钻孔深度、终孔结构对施工质量产生直接影响，在实地钻探过程中，需要施工人员不断优化和完善钻孔技术，改良钻孔结构，可以利用套管替代以往的钻杆，在不起钻的条件下，直接取出钻具组合的钻进及时。该种套管钻进技术能够有效减少劳动量，节约起下钻时间，同时在完成钻孔工作之后，能够取出相关钻孔设备，放进PVR-U筛管中，防止出现塌孔等安全事故，提高瓦斯抽采率。另外，除部分硬岩地区之外，能够利用定向钻孔技术，有效保证钻孔在特定层位中获得有效延伸，扩大瓦斯抽采范围，同时该技术能够一孔多用。井下定向钻孔技术能够有效解决瓦斯多种抽放问题，但是钻进工艺和设备等多个方面依然存在不同问题，需要人们不断改进和创新生产技术，提高瓦斯利用的安全高效性。

⑶针对地质运动造成的复杂地层钻进技术。构造破碎裂岩等相关复杂地层，大多处于应力平衡状态，开展钻进工作的过程中，容易造成岩层不平衡，同时受到冲洗液的影响，出现掉钻现象，断泥层中黏土矿物，吸水膨胀出现卡钻、缩颈现象。施工人员开展钻孔工作之前，准备套管、钻头、拆卸工具和报表等，保证钻探设备及其安装质量，及时调整不合理位置，保证钻探工作安全有序地开展。施工人员进行深钻孔工作中，将孔口出挖坑埋入定向管，钻进基岩之后下入套管，针对部分浅孔施工而言，可以利用泥浆保护孔壁，当产生严重坍塌现象，需要利用人工造壁的方法钻入基岩，之后下入套管。另外，施工人员在换径过程中可以利用综合式导向钻具，避免钻孔弯曲。

4结束语

钻探工程需要保证钻孔质量和安全，结合岩石性质、水文条件和钻孔深度等多方面的因素，全面分析和考量选择最优钻进结构，配置针对性钻具，按照相应直径、深度在复杂地层中制造满足规定标准的钻孔。相关人员要加大新型钻进技术的研究和应用力度，更好地解决多种复杂地层施工问题，保证钻孔作业高效顺利地完成。

参考文献：

[1]浦静怡, 段立强, 马少华. 钻探工程中的复杂地层钻进技术分析[J]. 世界有色金属, 2021(11):2-2.

[2]赵伟, 吴红. 浅析钻探施工技术在复杂地层中的应用[J]. 华东科技：综合, 2020(3):2-2.

[3]邢元猛. 钻探施工技术在复杂地层中的应用[J]. 中国金属通报, 2021(6):2-2.